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拿破仑定理证明推广 |
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以△ABC的三条边分别向外作等边△ABD、△BCE、△CAF,它们的外接圆⊙1
、⊙2 、⊙3 、的圆心构成的△ ——外拿破仑的三角形。⊙1 、⊙2 、⊙
3三圆共点,外拿破仑三角形是一个等边三角形,如左图。
△ABC的三条边分别向△ABC的内侧作等边△ABD、△BCE、△CAF,它们的外接圆⊙1'
、⊙2' 、⊙3' 的圆心构成的△ ——内拿破仑三角形⊙1' 、⊙2' 、⊙3'
三圆共点,内拿破仑三角形也是一个
等边三角形。如右图。
Ⅰ、在△ABC三个角都小于120°时
★ 证法1:首先△ABD、△BCE、△CAF的外接圆交于一点X。(X即费尔马点:
#费尔马点——就是到三角形的三个顶点的距离之和最短的点。
#对于一个顶角不超过120度的三角形,费尔马点是对各边的张角都是120度的点。
#对于一个顶角超过120度的三角形,费尔马点就是最大的内角的顶点。)
连AO1、AO3、XO1、XO3,易知△AO1O3≌△XO1O3,故∠AO1O3=∠XO1O3,连BO2、BO1、XO2,同理可证∠BO1O2=∠XO1O2,于是∠O2O1O3=1/2∠AO1B,由∠AO1B=120°知∠O2O1O3=60°。同理∠O1O2O3=∠O2O3O1=60°,即得证。
★ 证法2:在图1中,连AX、BX、CX,则由于O1O2⊥BX,(两圆连心线垂直于公共弦)O1O3⊥AX,于是立即可得到∠O1=60°,同理∠O2=∠O3=∠O1=60°即得证。
※ 类似可证三角形的内拿破仑三角形是正三角形。
Ⅱ、在△ABC中角B大于120°时
作出如下全图
定理1 ,以△ABC的三边为底边各向形外作等腰三角形BCD,CAE和ABF,这三个等腰三角形的底角各为α,β和γ,且α+β+γ=90°,则
∠FDE=90°-α,∠DEF=90°-β,∠EFD=90°-γ.
证明为方便计,把△ABC的三内角简记为A、B、C.因DC=DB,则可将△DCE绕D点旋转∠BDC至△DBG位置,连FG.
∵∠FBG=360°-∠DBF-∠DBG
=360°- (α+β+γ) - (α+C+β)
=180°-B-C+180°-2(α+β+γ)+β+γ
=A+β+γ=∠FAE.
又BG=CE=AE,FB=FA,
∴△FBG≌△FAE,FG=FE.
从而△DGF≌△DEF,∠FDG=∠FDE,
同理∠DEF=90°-β,∠EFD=90°-γ.
定理2.在△ABC的外侧作三角形△BCP、△CAQ和△ABR,使∠PBC=∠QAC=α,∠PCB=∠QCA=β,∠RAB=∠RBA=γ,且α+β+γ=90°,则RQ=RP,且∠QRP=2α.
证明 RB绕R逆时针旋转2α至RG,连BG、AG、QG.
∵∠GBA=∠GBR-γ
=90°-α-γ
=β
又RA=RB=RG,
即R为△ABG的外心,
∴△ABG∽△ACQ∽△BCP,
又∠BAC=∠GAQ,
又∠RGQ=∠AGQ+∠AGR
=∠ABC+α+γ=∠RBP,
∴∠RGQ≌△RBP.
∴RQ=RP.
又因∠GRQ=∠BRP,
∴∠QRP=∠GRB=2α.
值得注意的是,两个定理的证明中综合了不少的基础知识和基本方法,学习这些定理的证明,对提高证题能力是很有益的.在第十七届IMO竞赛中,有一道赛题如下:
在△ABC的外侧作三角形△BCD、△CAQ和△ABR,使∠PBC=∠QAC=45°,∠PCB=∠QCA=30°,∠RAB=∠RBA=15°.求证:RQ=RP,且RQ⊥RP.

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