塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)

赛瓦定理是欧几里得平面几何中关于三角形的定理。 考虑一个三角形ABC。 设CE、BG和AF是一个顶点到对边的线段并且三条线的公共点是D。

塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)(1)

塞瓦定理的表述:

根据塞瓦定理有,

塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)(2)

此外, 上述的逆命题也成立,若:

AG/GC×CF/FB×BE/EA=1, 那么线段 AF, BG, CE 有共同的交点D。

塞瓦定理的证明

设h1和h2,分别为三角形CDF, BDF和ADG, GDC的高, h3是三角形BDE, ADE的高。令对应的 三角形的面积是S1, S2, S3, S4, S5,S6, 如图。

塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)(3)

根据三角形面积之比为底乘高之比:

所以:

AG/GC=S5/S6=(S3 S4 S5)/(S1 S2 S6)(边比等于三角形ABG与CBG面积之比)

=(S3 S4)/(S1 S2) (利用等比性质)

同理:

CF/FB=S1/S2=(S5 S6/(S3 S4)

BE/EA=S3/S4= (S1 S2)/(S5 S6)

将上面三个式子左右相乘, 即得:

塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)(4)

塞瓦定理的逆定理证明, 既有三条内部线段分割三角形的三个边,若满足:

塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)(5)

那么这三条线交于一点。

塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)(6)

假定 CE和AF相交于D,并假设经过D的分割线是BH。 根据塞维定理,

塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)(7)

而根据条件:

塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)(8)

由此:

塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)(9)

因此:

塞瓦定理的趣事(塞瓦定理Ceva39)(10)

上式说明H和G在AC上同一点是成立的,即H和G重合。 因此,BG、CE和AF相交于一点。

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