西瓦定理的證明
西瓦(1647—1734),義大利著名數學家,在他的著作中,記載有當今所說的西瓦定理。由於譯音有異,此定理又稱錫瓦定理,塞瓦定理等。此定理有逆定理。西瓦定理的應用十分廣泛,還可以解決幾何題中一些難題。證明過程,筆者整理如下:
西瓦定理:過△ABC各頂點引共點三直線交對邊(或其延長線)於D、E、F,則:BD/DC×CE/EA/AF/FB=1
結論的特點:D、E、F分別為BC、CA、AB的分點(內分點或外分點),若把每條邊的兩個端點叫做起點和終點,則每條邊上兩條線段的比為:起點到分點,分點到終點的兩線段之比。
證明:設共點為O,當O在△ABC內部時,如圖1所示:
BD∶DC=S△BDO∶S△CDO=0.5OBODsinα∶0.5OCODsinβ=OBsinα∶OCsinβ
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∴BD∶DC=OBsinα∶OCsinβ;
同理:CE∶EA=OCsinγ∶OAsinα;AF∶FB=OAsinβ∶OBsinγ;
當O點在△ABC外部時,如圖2所示:
分析如下:首先我們要搞清楚每條邊上是兩條線段來比。對於BC來說,D是外分點,兩條線段是BD(起點分點)、DC(分點終點);對AC來說,E是內分點,兩條線段是CE(起點分點)、EA(分點終點),對於AB來說,F是外分點,兩條線段是AF(起點分點)、FB(分點終點),還要注意每條邊的起點終點可按逆時針方向進行,對BC而言,B是起點,C是終點,對CA而言,C是起點,A是終點,對AB而言,A是起點,B是終點。
BD∶DC=S△BDO∶S△CDO=0.5OBODsin(β+γ)∶0.5OCODsinβ
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=OBsin(β+γ)∶OCsinβ
即 BD∶DC=OBsin(β+γ)∶OCsinβ;
同理:CE∶EA=OCsinγ∶OAsinα;
AF∶FB=OAsinβ∶OBsin(α+β); ∴
由(1),(2)西瓦定理得證.
西瓦定理有逆定理
如圖3,已知:D、E、F分別是△ABC中BC、CA、AB上(或延長線上)的點,且BD/CD×CE/EA/AF/FB=1,求證:AD、BE、CF交於同一點。
證明:設BE、CF交於點O,連結AO並延長交BC於D′,由西瓦定理得:
BD′/D′C×CE/EA/AF/FB=1,∵BD/DC×CE/EA/AF/FB=1,(已知) ∴
∴BD=BD′,∴D,D′重合。故AD、BE、CF經過同一點。
利用西瓦定理證明三角形的三條中線交於一點,三條高線交於一點,三條角平分線交於一點,則容易得多。