證明三點共線問題的方法

2021-05-06 04:42:20 字數 2841 閱讀 7744

1、利用梅涅勞斯定理的逆定理

例1、如圖1,圓內接δabc為不等邊三角形,過點a、b、c分別作圓的切線依次交直線bc、ca、ab於、、,求證:、、三點共線。

解:記,易知

又易證.則.

同理.故.

由梅涅勞斯定理的逆定理,知、、三點共線。

2、利用四點共圓(在圓內,主要由角相等或互補得到共線)

例2 、如圖,以銳角δabc的一邊bc為直徑作⊙o,過點a作⊙o的兩條切線,切點為m、n,點h是δabc的垂心.求證:m、h、n三點共線。(96中國奧數)

證明:射線ah交bc於d,顯然ad為高。

記ab與⊙o的交點為e,易知c、h、e三點共線。

聯結om、on、dm、dn、mh、nh,

易知,∴a、m、o、d、n五點共圓,更有a、m、d、n四點共圓,

此時,因為(b、d、h、e四點共圓),

即;又,所以,故

同理,。

因為,所以,m、h、n三點共線。

3、利用面積法

如果,點e、f位於直線mn的異側,則直線mn平分線段ef,即m、n與ef的中點三點共線。

例3 、如圖,延長凸四邊形abcd的邊ab、dc交於點e,延長邊ad、bc交於點f,又

m、n、l分別是ac、bd、ef的中點,求證:m、n、l三點共線。

證明:設bc的中點為o,輔助線如圖所示,

由可知,

點o必在內,此時,

同理,。

因此。此時,直線mn平分ef,即m、n、l三點共線。

注:利用梅涅勞斯定理的逆定理也可證明此題。

4、利用同一法

儘管同一法是一種間接證法,但它卻是一各很有用的證法,觀察例4後,你會感到,同一法在證明三點共線問題時,也有其用武之地。

例4 、如圖4(a),凸四邊形abcd的四邊皆與⊙o相切,切點分別為p、m、q、n,設pq與

mn交於s,證明:a、s、c三點共線。

證明:如圖4(b),令pq與ac交於,

易證互補。

而,則,

故。再令mn與ac交於。同理可得

但,所以。利用合比性質得,。

因此,,可斷定與必重合於點s,故a、s、c三點共線。

注:觀察本題圖形,顯然還可證得b、s、d三點共線;換言之,ac、bd、pq、mn四線共點。

5、利用位似形的性質

如果與是兩個位似三角形,點o為位似中心,那麼不僅a、、o;b、、o;c、、o分別三點共線,而且、的兩個對應點與位似中心o也三點共線,位似形的這種性質,對於證明三點共線,頗為有用。

例5、如圖,內部的三個等圓⊙、⊙、⊙兩兩相交且都經過點p,其中每兩個圓都與的一邊相切,已知o、i分別是的外心、內心,證明:i、p、o三點共線。

證明:聯結、、。由已知得

、、。可斷定與是一對位似三角形,

且易知的內心i是兩者的位似中心。

因為⊙、⊙、⊙為等圓,

即,所以點p是的外心。又點o是的外心,故p、o兩點是兩個位似三角形的對應點,利用位似形的性質,即得i、p、o三點共線。

6、 利用反證法

有的幾何題利用直接證法很難,而用反證法卻能很快達到預期目的。

例6、如圖,梯形abcd中、dc//ab,對形內的三點、、,如果到四邊距離之和皆相等,那麼,、、三點共線,試證之。

證明:先看兩點,

設直線分別交ad、bc於m 、n,

於,於,

於,於。

因為dc//ab,則點到ab、cd的距離之和等於點到ab、cd的距離之和。由已知可得。過點作ad的平行線、過點作bc的平行線得交點p(由於ad與bc不平行)。記交於g,交於h。

觀察上式有。所以,。

因為有兩條高,所以,是等腰三角形,則。

故。再用反證法證明點一定在上:假設點不在上,聯結並延長分別交ad、bc於,易知點在mn的異側;因為點到ad、bc的距離之和等於點到ad、bc的距離之和,由上述證明過程知必有。

事實上,觀察圖形只能得到,矛盾,這說明點必在上,即mn上,因此、、三點共線。

7、 用塞瓦定量的逆定理

變三點共線為三線共點,利用塞瓦定理的逆定理,在圓內接凸六邊形abcdef中,若

,則ad、be、cf三線共點;反之亦然,利用這個結果來證明某些三點共線問題,可立竿見影。

例7、如圖7,凸四邊形abcd內接於圓,延長ad、bc交於點p,作pe、pf切圓於e、f,又ac與bd交於k,證明:e、k、f三點共線。

解:聯結ae、ed、cf、fb得凸六邊形abfcde。

欲證e、k、f三點共線,即ac、bd、ef三線共點,

只須證。

注意到。

則。又pe=pf,

則。故。

因此,ac、bd、ef三線共點,即e、k、f三點共線。

練習題1、 在中,,它的內切圓切bc、ca、ab於d、e、f。設fe與bc交

於,fd與ac交於,de與ba交於。求證:、、三點共線。

(提示:方法1)

2、 證明:圓外切凸四邊形對角線的中點及圓心三點共線。(提示:利用面積法)

3、 凸四邊形abcd內接於圓,ac與bd交於p,過點a、d分別作bd、ac的垂線交於點k,

過ab、cd的中點分別作bd、ac的垂線交於點l.證明:p、k、l三點共線。

(提示:設第一組垂線的垂足為m、n,第二組垂線的垂足為x、y,尋證mn//xy,得出與位似。)

4、 圖8,凸四邊形abcd的,以ac、bd、cd為一邊分別作三個正三角形:

。證明:p、q、r三點共線。

(提示:延長ad、bc交於點e,顯然c、d、r、e四點共圓,

再尋找其他的四點共圓,利用方法2)

5、 ⊙o的弦ac、bd交於點s,過點a、b分別作⊙o的切線得交點p,延長ad、bc得交

點q,求證:p、s、q三點共線。(提示:設射線qs交ab於點k,設線段pq交ab於點,利用同一法,設法證明點k與重合)

證明三點共線的又一方法及應用

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