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发表于 2007-12-28 19:22:28
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蝴蝶定理:过一个圆的弦AB的中点M引任意两条弦CD和EF,连接CF和ED交弦AB于P、Q,求证:PM=MQ
本定理及证明的方法,详见人民教育出版社、辽宁教育出版社2001年共同出版的21世纪中学生工具书系列《中学数学命题词典》第164页~ 167页。该书注记了蝴蝶定理的由来和对该定理的评价,同时给出了中学教师斯特温(Steven)1973年的解法(解法1);单墫教授1983年的解法(解法2);和加拿大考克斯赛特教授(Pro.Coxeter)的解法(解法3)。阅后,觉其解题方法和技巧令人振奋,令人赞叹! 对比分析解法1与解法3 可知,他们通过设元变换求解,异曲同工。解法2 是利用解析法证明的,解法简洁明了,堪称一绝。遗憾的是,这三种解法,对于初中学生难以接受。本文拟用初等数学方法给出蝴蝶定理一个新的简洁的证明。
关于弦的知识,我们有:
如图 1:在圆的内接四边形中,①对于两条对角线,
由相交弦定理(称之为定理1)知:AM•MC=BM•MD;
定理1反映出的是:两对角线相交,交点分每条弦成两段,
两段所成积的关系的一种内在性质。
②除此之外,我们还可以证明每条弦相互被分成两段后,
尚有如下商的关系: ,
我们不妨称之为:对角线分比定理(以下简称为定理2)。
作为圆幂定理的“一位新成员”,反映出两条对角线交点分每
条弦成两段后,两段间的关系的又一个重要性质。
一、 关于定理2的证明
定理2:已知圆内接四边形ABCD的对角线AC、BD
相交于M,
则
证明:
如图2 作ME交AB于E,使∠AME=∠ABC,
则⊿ABC∽⊿AME,从而
= (1)
且,M、E、B、C四点共圆,连接C、E两点,
从而∠ACE=∠ABD=∠ACD
又∠ACD=180。-∠ABC=180。-∠AME=∠CME
所以⊿ADC∽⊿EMC,
于是 = (2)
(1)、(2)两式相乘即得: 证毕。
二、定理2的应用——应用初等方法对蝴蝶定理的新证
证明:
如图3: 连接AC、AE、AD、 AF、BE、BC、BF和BD
根据定理2,在圆内接四边形AFBC、BEAD、BCAD、
AFBE中分别有:
(1) (2)
(3)(∵AM=MB)
(4)(∵AM=MB)
(1)除(2)左边得:
× = [(3)、(4)代入可得]
所以: = 即: =
所以:AP=BQ 从而 PM=MQ 蝴蝶定理即证。
参考文献:
1 余红兵 严镇军 构造法解题 中国科学技术大学出版社2001年7月第二版
2于海洋 人民教育出版社 辽宁教育出版社 中学数学名题词典 2001年7月第一版
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