断弦定理
通过折纸

下面的小程序展示了阿基米德的一个优美定理。

在三角形ABC的外接圆上,点P是圆弧ACB的中点。PM垂直于AC或BC的最长值。证明M将折线ABC一分为二。

为明确起见,假设AC>BC,因此M位于AC上,定理说明

(1)AM=MC+BC。

为了深入了解问题的可能根源,我们将从等腰三角形APF开始,其中AP=PF。从顶点开始的高度自然会在中点M处切割基础AF。现在在MF上选择任意点C。画线PC并在PC中反射F以获得B。三角形PCB和PCF相等,它们的相应元素也相等。重要的是,B和F的角度是相等的。但后者是等腰三角形中的底角之一。因此,它等于另一个底角。及物性,我们看到CAP和CBP的角度相等。如果是这样的话,四边形ABCP为循环的,循环的.

这表明,Broken Chord定理中的配置自然是由纸张折叠为了证明,只需打开纸。或者看起来。。。


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如果applet不运行怎么办?

我们可以从将AC扩展到F开始,如另一个证据但首先要注意的是,该问题呈现出由相同圆弧所对的几对内接角。对于这个证明,我们感兴趣的是三对(都不同于所用的一对在别处):

 α=∠PAC=∠PBC,
β=∠ABP=∠ACP,
γ=∠BAC=∠BPC。

这三个角度不是独立的。由于ΔAPB是等腰的,我们观察到

(2)α + γ = β.

我们现在开始施工。设F位于AC的延伸上,使CF=BC。ΔBCF为等腰。其顶角位于ΔABC的外部,由此我们得出结论:

∠BCF=α+β+γ=2β。

如果T是PC穿过BF的点(小程序中未显示),则∠FCT垂直于∠ACP=β。这意味着PC是∠BCF的平分线,F确实是B在PC中的反射。展开完成。

内森·鲍勒提出了一个简短而直接的论点。首先观察到

∠BAP+∠BCP=π。

但是

∠BAP=∠ABP=β=∠ACP。

因此,PC是ΔBCF的C处的外角平分线。反过来,这意味着B的反射F落在AC的延伸上。展开的更短路径!

作为一个额外的见解,请注意我们可能在PC顶点A而不是B中进行了反射。这将产生另一个等腰三角形BPG,等于APF。现在可以根据三角形是通过绕P旋转从彼此获得的这一事实来建立证明。

工具书类

  1. S.E.Louridas、M.Th.Rassias、,欧几里德几何中的问题求解和专题选择,施普林格,2013(69-71)

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