斯特瓦特定理的简证

文[1]用纯几何的方法证明了斯特瓦特定理,笔者对其通过构造三角形的外接圆,以及作出两对等角进而使命题获得证明的方法表示由衷地赞赏.赞赏的同时也引发笔者深深地思考,有无更为简洁的方法?几经探究,发现用勾股定理可以简洁、巧妙地证明斯氏定理.
斯特瓦特定理如图1,P为△ABC底边BC上任意一点,则AB2·PC+AC2·BP=AP2·BC+BP·PC·BC.
分析待证结论是非常规形式,注意到待证式两边的项中,过点A的线段AB、AC、AP均是以平方形式呈现,因此可以考虑过点A作△ABC的高,用勾股定理把AB2,AC2,AP2进行转化,再借助恒等变形,可以简洁、巧妙地证明定理.
证明(1)如图1,过点A作BC的垂线,垂足H在底边BC上.
在Rt△ABH中,AB2=AH2+BH2.①
在Rt△ACH中,AC2=AH2+CH2.②
在Rt△APH中,AP2=AH2+PH2.③
①-③得AB2-AP2=BH2-PH2=(BH+PH)(BH-PH)=(BH+PH)·BP.④
②-③得AC2-AP2=CH2-PH2=(CH+PH)(CH-PH)=(CH-PH)·CP.⑤
因AB2·PC+AC2·BP-AP2·BC=AB2·PC+AC2·BP-AP2·(BP+PC)
=(AB2-AP2)PC+(AC2-AP2)BP.⑥
把④、⑤代入⑥中,得:
AB2·PC+AC2·BP-AP2·BC
=(AB2-AP2)·PC+(AC2-AP2)·BP
=(BH+PH)BP·PC+(CH-PH)CP·BP
=(BH+PH+CH-PH)BP·CP=BC·BP·CP.
所以AB2·PC+AC2·BP=AP2·BC+BP·PC·BC.
(2)如图2,过点A作BC的垂线,垂足H恰好于点C重合.
在Rt△ABC中,AB2=AC2+BC2.⑦
在Rt△APC中,AP2=AC2+PC2.⑧
⑦-⑧得AB2-AP2=BC2-PC2=(BC+PC)(BC-PC)=(BC+PC)·BP.
所以AB2·PC+AC2·BP-AP2·BC=
AB2·PC+AC2·BP-AP2·(BP+PC)=
(AB2-AP2)PC+(AC2-AP2)BP=
(BC+PC)BP·PC-CP2·BP=
(BC+PC-CP)BP·CP=BC·BP·CP.
所以AB2·PC+AC2·BP=AP2·BC+BP·PC·BC.
(3)如图3,过点A作BC的垂线,垂足H在底边BC延长线上.证明同(1).
综上,斯氏定理得证.
当P在△ABC底边BC延长线上时(如图4),原结论不成立.但有AB2·PC+AP2·BC=AC2·BP+BP·PC·BC.⑨
比对图1与图4,可发现图4中的字母C、P互换位置后便是图1,因此将斯氏定理结论中的字母C、P互换即得⑨.事实上,在图4中,也可直接运用斯氏定理得到⑨.
当P在△ABC底边CB延长线上时,可有类似⑨的结论,限于篇幅不再赘述.
参考文献
[1]丁位卿.斯特瓦特定理的纯几何证法[J].中学数学杂志,2014(6),51-51.
作者简介杨云奎,男,1970年1月生,江苏省灌云人,中学高级教师,连云港初中数学学科带头人,连云港市孙朝仁名师工作室成员,发表论文20余篇.
文[1]用纯几何的方法证明了斯特瓦特定理,笔者对其通过构造三角形的外接圆,以及作出两对等角进而使命题获得证明的方法表示由衷地赞赏.赞赏的同时也引发笔者深深地思考,有无更为简洁的方法?几经探究,发现用勾股定理可以简洁、巧妙地证明斯氏定理.
斯特瓦特定理如图1,P为△ABC底边BC上任意一点,则AB2·PC+AC2·BP=AP2·BC+BP·PC·BC.
分析待证结论是非常规形式,注意到待证式两边的项中,过点A的线段AB、AC、AP均是以平方形式呈现,因此可以考虑过点A作△ABC的高,用勾股定理把AB2,AC2,AP2进行转化,再借助恒等变形,可以简洁、巧妙地证明定理.
证明(1)如图1,过点A作BC的垂线,垂足H在底边BC上.
在Rt△ABH中,AB2=AH2+BH2.①
在Rt△ACH中,AC2=AH2+CH2.②
在Rt△APH中,AP2=AH2+PH2.③
①-③得AB2-AP2=BH2-PH2=(BH+PH)(BH-PH)=(BH+PH)·BP.④
②-③得AC2-AP2=CH2-PH2=(CH+PH)(CH-PH)=(CH-PH)·CP.⑤
因AB2·PC+AC2·BP-AP2·BC=AB2·PC+AC2·BP-AP2·(BP+PC)
=(AB2-AP2)PC+(AC2-AP2)BP.⑥
把④、⑤代入⑥中,得:
AB2·PC+AC2·BP-AP2·BC
=(AB2-AP2)·PC+(AC2-AP2)·BP
=(BH+PH)BP·PC+(CH-PH)CP·BP
=(BH+PH+CH-PH)BP·CP=BC·BP·CP.
所以AB2·PC+AC2·BP=AP2·BC+BP·PC·BC.
(2)如图2,过点A作BC的垂线,垂足H恰好于点C重合.
在Rt△ABC中,AB2=AC2+BC2.⑦
在Rt△APC中,AP2=AC2+PC2.⑧
⑦-⑧得AB2-AP2=BC2-PC2=(BC+PC)(BC-PC)=(BC+PC)·BP.
所以AB2·PC+AC2·BP-AP2·BC=
AB2·PC+AC2·BP-AP2·(BP+PC)=
(AB2-AP2)PC+(AC2-AP2)BP=
(BC+PC)BP·PC-CP2·BP=
(BC+PC-CP)BP·CP=BC·BP·CP.
所以AB2·PC+AC2·BP=AP2·BC+BP·PC·BC.
(3)如图3,过点A作BC的垂线,垂足H在底边BC延长线上.证明同(1).
综上,斯氏定理得证.
当P在△ABC底边BC延长线上时(如图4),原结论不成立.但有AB2·PC+AP2·BC=AC2·BP+BP·PC·BC.⑨
比对图1与图4,可发现图4中的字母C、P互换位置后便是图1,因此将斯氏定理结论中的字母C、P互换即得⑨.事实上,在图4中,也可直接运用斯氏定理得到⑨.
当P在△ABC底边CB延长线上时,可有类似⑨的结论,限于篇幅不再赘述.
参考文献
[1]丁位卿.斯特瓦特定理的纯几何证法[J].中学数学杂志,2014(6),51-51.
作者简介杨云奎,男,1970年1月生,江苏省灌云人,中学高级教师,连云港初中数学学科带头人,连云港市孙朝仁名师工作室成员,发表论文20余篇.
文[1]用纯几何的方法证明了斯特瓦特定理,笔者对其通过构造三角形的外接圆,以及作出两对等角进而使命题获得证明的方法表示由衷地赞赏.赞赏的同时也引发笔者深深地思考,有无更为简洁的方法?几经探究,发现用勾股定理可以简洁、巧妙地证明斯氏定理.
斯特瓦特定理如图1,P为△ABC底边BC上任意一点,则AB2·PC+AC2·BP=AP2·BC+BP·PC·BC.
分析待证结论是非常规形式,注意到待证式两边的项中,过点A的线段AB、AC、AP均是以平方形式呈现,因此可以考虑过点A作△ABC的高,用勾股定理把AB2,AC2,AP2进行转化,再借助恒等变形,可以简洁、巧妙地证明定理.
证明(1)如图1,过点A作BC的垂线,垂足H在底边BC上.
在Rt△ABH中,AB2=AH2+BH2.①
在Rt△ACH中,AC2=AH2+CH2.②
在Rt△APH中,AP2=AH2+PH2.③
①-③得AB2-AP2=BH2-PH2=(BH+PH)(BH-PH)=(BH+PH)·BP.④
②-③得AC2-AP2=CH2-PH2=(CH+PH)(CH-PH)=(CH-PH)·CP.⑤
因AB2·PC+AC2·BP-AP2·BC=AB2·PC+AC2·BP-AP2·(BP+PC)
=(AB2-AP2)PC+(AC2-AP2)BP.⑥
把④、⑤代入⑥中,得:
AB2·PC+AC2·BP-AP2·BC
=(AB2-AP2)·PC+(AC2-AP2)·BP
=(BH+PH)BP·PC+(CH-PH)CP·BP
=(BH+PH+CH-PH)BP·CP=BC·BP·CP.
所以AB2·PC+AC2·BP=AP2·BC+BP·PC·BC.
(2)如图2,过点A作BC的垂线,垂足H恰好于点C重合.
在Rt△ABC中,AB2=AC2+BC2.⑦
在Rt△APC中,AP2=AC2+PC2.⑧
⑦-⑧得AB2-AP2=BC2-PC2=(BC+PC)(BC-PC)=(BC+PC)·BP.
所以AB2·PC+AC2·BP-AP2·BC=
AB2·PC+AC2·BP-AP2·(BP+PC)=
(AB2-AP2)PC+(AC2-AP2)BP=
(BC+PC)BP·PC-CP2·BP=
(BC+PC-CP)BP·CP=BC·BP·CP.
所以AB2·PC+AC2·BP=AP2·BC+BP·PC·BC.
(3)如图3,过点A作BC的垂线,垂足H在底边BC延长线上.证明同(1).
综上,斯氏定理得证.
当P在△ABC底边BC延长线上时(如图4),原结论不成立.但有AB2·PC+AP2·BC=AC2·BP+BP·PC·BC.⑨
比对图1与图4,可发现图4中的字母C、P互换位置后便是图1,因此将斯氏定理结论中的字母C、P互换即得⑨.事实上,在图4中,也可直接运用斯氏定理得到⑨.
当P在△ABC底边CB延长线上时,可有类似⑨的结论,限于篇幅不再赘述.
参考文献
[1]丁位卿.斯特瓦特定理的纯几何证法[J].中学数学杂志,2014(6),51-51.
作者简介杨云奎,男,1970年1月生,江苏省灌云人,中学高级教师,连云港初中数学学科带头人,连云港市孙朝仁名师工作室成员,发表论文20余篇.
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