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下面是本期平面幾何題目(1990年全國高中數學冬令營選拔賽試題第3題):
在「箏形」四邊形ABCD 中,AB=AD,BC=CD,過AC,BD 的交點O 任作兩條直線,分別交AD 於E,交BC 於F,交AB 於G,交CD 於H,GF、EH 分別交BD 於I、J,求證:IO=OJ.
一.本題收到了山東煙臺姜忠乾的三角法解答(引用了張角定理,亦稱分角定理):
評註:在後面我們可以看到,本題實質無需∠AOB和∠BOC為直角.見下:
二.以下摘自《箏形性質的推廣與蝴蝶定理的關聯》(作者:李長明),先得到了如下的分角線公式:
三.下面的解答用的是軸對稱變換,簡稱反射變換:
下面用反射變換並結合ceva(塞瓦)定理解決如下「箏形」蝴蝶定理:
四.本題收到了湖北武漢暱稱為「黃藥師」的解析法解答如下(由於題目出現了直角,建立坐標系顯然是一條思路):
評註:這種截距式方程的解答與上期(10月17日)文章的截距式方法有相似之處,詳見文末.這是因為列出截距式方程是容易的(設了倒數),強行解出交點是可行的,再比較點I和J的坐標是否為相反數即可.
五.事實上,當年《中等數學》雜誌1990年第2期提供的解答也是建立坐標系(似乎是一個中學生提供的解答):
評註:只要不怕麻煩,解析法總是能夠得到結果(問題是你能否堅持下去?特別是在考場裡的時候),所以,解析法很考驗一個人的非智力因素.
六.再提供一種解析法解答(用了直線系):
七.以下是小編的解答:
延長GF、EH分別交y軸於S、T兩點,設I、J的橫坐標分別為m,n,則只需證明:m=-n.
以小寫字母表示相應點在坐標軸上的坐標,因為OB=OD,則b=-d,易知:
直線AB方程:x/b+y/a=1……①
直線AD方程:x/d+y/a=1……②
直線BC方程:x/b+y/c=1……③
直線CD方程:x/d+y/c=1……④
直線GF方程:x/m+y/s=1……⑤
直線EH方程:x/n+y/t=1……⑥
⑤—①得,
(1/m-1/b)x+(1/s-1/a)y=0,
顯然此為直線OG的方程;
由於,b=-d,得到直線OG的方程為:
(1/m+1/d)x+(1/s-1/d)y=0……⑦
同理,⑥—④得,
(1/n-1/d)x+(1/t-1/c)y=0……⑧
顯然⑧為直線OH的方程;
故⑦⑧均為直線GH的方程.於是:
(1/m+1/d)/(1/n-1/d)=(1/s-1/a)/(1/t-1/c)
…………⑨
如法炮製可得OE的方程:
(1/n-1/d)x+(1/t-1/a)y=0
OF的方程(以下注意將b換為-d):
(1/m-1/b)x+(1/s-1/c)y=0
他們同時為EF的方程,所以:
(1/m+1/d)/(1/n-1/d)=(1/s-1/c)/(1/t-1/a)
…………⑩
由⑨⑩得:
(1/m+1/d)/(1/n-1/d)
=(1/s-1/a)/(1/t-1/c)
=(1/s-1/c)/(1/t-1/a)
利用分數的等比定理得:
(1/m+1/d)/(1/n-1/d)
=(1/s-1/a)/(1/t-1/c)
=(1/s-1/c)/(1/t-1/a)
=(1/c-1/a)/(1/a-1/c)=-1
於是,m=-n,證畢!
評註1:上面解答妙用截距式和直線系方程,根本不用解交點坐標.亦可將倒數記為新字母,那麼書寫將會更方便,從這點來看,武漢暱稱為「黃藥師」的解析法給出了範例.
評註2:以下兩道全國高中數學聯賽試題也可以用解析法做,特別是用截距式和直線系的原理,設而不求(無需求交點的坐標,這個小編已經試過了,打字輸入麻煩,就不貼出來了),請讀者試一試(你的解答也可以發到小編郵箱1933725911@qq.com):
題目1 在四邊形ABCD中,對角線AC平分∠BAD。在CD上取一點E,BE與AC相交於F,延長DF交BC於G。求證:∠GAC=∠EAC。
(1999,全國高中數學聯賽)
題目2 在銳角△ABC的高AD上任取一點P,BP、CP分別交AC、AB於點E、F。求證:∠FDA=∠ADE。
題目3 △ABC中,三條高AD、BE、CF交於點H,直線ED和AB交於點M,FD和AC交於點N。求證:
(1)OB⊥DF,OC⊥DE;
(2)OH⊥MN。
(2001,全國高中數學聯賽)
衷心感謝以上平面幾何愛好者們提供的精彩解答!
八.有關研究文獻:
1.《四邊形中的蝴蝶定理和坎迪定理》摘錄,作者:李裕民
註:河南許昌丁位卿老師和四川邛崍市賴虎強老師合作的word文章《張角定理與兩線段的倒數和(差)問題》裡也提到了這種推廣,並給出了證明.篇幅所限,該文再次延期到下期發表,敬請關注!
2.《蝴蝶定理的推廣和演變》摘錄,作者:李裕民
九.下面是1990年全國高中數學冬令營選拔賽試題:
第三題在前面有了解答,下面是第四題,第五題的解答:
閱讀本文後,還可以點擊再閱讀如下文章:
莊暴見孟子,曰:「暴見於王,王語暴以好樂,暴未有以對也。」曰:「好樂何如?」
孟子曰:「王之好樂甚,則齊國其庶幾乎!」
他日,見於王曰:「王嘗語莊子以好樂,有諸?」
王變乎色,曰:「寡人非能好先王之樂也,直好世俗之樂耳。」
曰:「王之好樂甚,則齊其庶幾乎!今之樂猶古之樂也。」
曰:「可得聞與?」
曰:「獨樂樂,與人樂樂,孰樂?」
曰:「不若與人。」
曰:「與少樂樂,與眾樂樂,孰樂?」
曰:「不若與眾。」
「臣請為王言樂。今王鼓樂於此,百姓聞王鐘鼓之聲、管籥之音,舉疾首蹩頞而相告曰:『吾王之好鼓樂,夫何使我至於此極也,父子不相見,兄弟妻子離散。』今王畋獵於此,百姓聞王車馬之音,見羽旄之美,舉疾首蹩頞而相告曰:『吾王之好田獵,夫何使我至於此極也?父子不相見,兄弟妻子離散。』此無他,不與民同樂也。
「今王鼓樂於此,百姓聞王鐘鼓之聲、管籥之音,舉欣欣然有喜色而相告曰:『吾王庶幾無疾病與,何以能鼓樂也?』今王田獵於此,百姓聞王車馬之音,見羽旄之美,舉欣欣然有喜色而相告曰:『吾王庶幾無疾病與,何以能田獵也?』此無他,與民同樂也。今王與百姓同樂,則王矣!」
近期題目預告(多重絕對值):
關於多重絕對值,著名不等式專家安正平老師在其新浪博客裡提出了如下幾個問題(有幾個問題沒有解答):
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