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完全四點形
鎖定
- 中文名
- 完全四點形
- 外文名
- complete quadrangle
- 領 域
- 數學
- 屬 性
- 一種特殊的完全n點形
- 應 用
- 高等幾何
- 性 質
- 三點共線理論、調和性等
完全四點形定義及其性質
定義:平面上四個點(無三點共線)以及聯結其中任意兩點的六條直線所組成的圖形稱為完全四點形。
性質 :
(1)性質1:在完全四點形的對邊三點形的每一條邊上有一組調和共軛點,其中兩個點是對邊點,另外兩個點是這條邊與通過第三個對邊點的一對對邊的交點。
完全四點形三點共線理論
定理:完全四點形的任意三點構成的三角形與其三點形應邊的交點共線。
證明:如圖1,由於S是△QRP與△ABC的對應頂點的連線的交點,設其三雙對應邊的交點分別為:BC與RQ的交點為A1,AC與RP的交點為B1,AB與PQ的交點為C1,則根據笛薩格定理,得到A1、B1、C1共線。
因為PQRS是完全四點形,因此可以得到以下結論:
(1)若以R為兩個三角形△QPS與△ABC的對應頂點的連線的交點,設其三雙對應邊QP與AB的交點為C1,QS與AC的交點為M,PS與BC的交點為N,則C1、M、N三點共線。
(2)若以P為兩個三角形△ABC與△SRQ的對應頂點的連線的交點,設其三雙對應邊AB與SR的交點為D,AC與SQ的交點為M,BC與RQ的交點為A,則D、M、A三點共線。
完全四點形調和性
完全四點形的調和性是高等幾何的一項重要內容, 在幾何學中佔有重要地位。 它對初等幾何的研究亦具有重要的指導意義。比如説,它在初等幾何的平分角度問題、共點共線問題、中點問題、線段比值問題及平行性等問題的研究中都有廣泛的應用。
調和性內容如下:
(2)完全四線形 (圖3中的四線形abcd)的兩條對頂線x、 y的交點O與第三對對頂點相連得直線 s、t,則(xy,st) = –1。
(3)在完全四點形的對邊三點形的每條邊上,有一個調和點組,其中一對為對邊點,另一對為該邊與第三組對邊的交點。
完全四點形調和性的應用
完全四點形平分角問題
證明:連直線 EF 分別交直線 AD、BC 於 X,Y。考察完全四點形 AFME ,由完全四點形的調和性,得 (EF, XY) = – 1, 即 D(EF, XY) = – 1 ,又因為 DX⊥DY ,所以 AD 、BC 平分∠ EDF。
完全四點形平分線段問題
證明:如圖5,四邊形 ABCD 為梯形,AD//BC,E、F 分別為兩腰和對角線的交點。EF 交 AD,BC 於 P、Q。考察完全四點形 EAFD。設 AD ×BC=G∞。由完全四點形的調和性知 (BC, QG∞) = –1,因為 AD//BC,故 G∞是無窮遠點,從而 Q為 BC 的中點。
完全四點形點共線問題
證明:如圖6所示, ABC 的三條外角平分線與對邊交與G,H,I。設 ABC 的三條內角平分線交與點M。 AD、BE、CF 交與點 M,則有迪沙格定理知,兩個三角形對應邊連線的交點共線。 設 AB 與DE 交與 G’,AC 與 DF 交與 H’,BC 與 EF 交與 I’,則 G’、H’、I’三點共線。又 ACB 的外角平分線交AB 與 G,ABC 的外角平分線交 AC 與 H, CAB 的外角平分線交 BC 與 I,所以有(BA,FG)=-1,(BC,DI)=-1,(CA,EH)=-1. 在完全四點形 CDME 中由調和性知(BA, FG’)=-1。所以有( BA,FG)=(BA ,FG’)=-1.,即 G 與 G’重合。同理可知, H 與 H’,I 與 I’重合,所以 G,H,I 三點共線。
完全四點形作圖問題
例 4:用無刻度直尺完成以下作圖:已知一線段 BC 中點 Q 及其線外一點 A,求過 A 作該線段的平行線。
方法:
(1)連接 BA ,並在其延長線上取一點 E。
(2)連接 CA , QE 交與點 F。
(3)連接 BF、CE 交與點 D。
(4)連接 AD ,則直線 AD 為所求直線。