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山西太原市高中数学竞赛解题策略-几何分册第32章勃罗卡定理.docVIP

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第32章勃罗卡定理 勃罗卡定理凸四边形内接于,延长、交于点.延长、交于点.与交于点.联结,则. 证法1如图,在射线上取一点,使得,,,四点共圆(即取完全四边形的密克尔点),从而、、、及、、、分别四点共圆. 分别注意到点、对的幂,的半径为,则. . 以上两式相减得, 即. 同理,. 又由上述两式,有. 于是,由定差幂线定理,知. 证法2如图,注意到完全四边形的性质.在完全四边形中,其密克尔点在直线上,且,由此知为过点的的弦的中点,亦即知,,三点共线,从而. 同理,在完全四边形中,其密克尔点在直线上,且,亦有. 于是,知为的垂心,故. 证法3如图.注意到完全四边形的性质,在完全四边形中,其密克尔点在直线上,且.联结、、、、. 此时,由密克尔点的性质,知、、、四点共圆,、、、四点共圆, 即有, 从而 , 即知点在的外接圆上. 同理,知点也在的外接圆上,亦即知为与的公共弦. 由于三圆,,两两相交,由根心定理,知其三条公共弦,,共点于.即知,,共线,故. 该定理有如下推论 推论1凸四边形内接于,延长、交于点,延长、交于点,与交于点,直线与直线交于点,则为完全四边形的密克尔点. 事实上,若设为完全四边形的密克尔点,则在上,且. 由勃罗卡定理,知,即.而过同一点只能作一条直线与已知直线垂直,从而与重合,即与重合. 推论2凸四边形内接于圆,延长、交于点,延长、交于点,与交于点,为完全四边形的密克尔点的充要条件是于. 推论3凸四边形内接于圆,延长、交于点,延长、交于点,与交于点,则为的垂心. 事实上,由定理的证法2即得,或者由极点公式:,,两两相减,再由定差幂线定理即证. 下面给出定理及推论的应用实例. 例1(2001年北方数学邀请赛题)设圆内接四边形的两组对边的延长线分别交于点,,两对角线交于点,则圆心恰为的垂心. 事实上,由推论3知为的垂心,再由垂心组的性质即知为的垂心. 例2如图,凸四边形内接于,延长,交于点,延长,交于点,与交于点,直线交于点.求证:. 证明由勃罗卡定理知,于点. 延长交于点,则在完全四边形中,点,调和分割,从而,,,为调和线束,而,于是平分,即. 延长交直线于点(或无穷远点),则知,调和分割,同样可得. 故. 例3(2011年全国高中联赛题)如图,锐角三角形的外心为,是边上一点(不是边的中点),是线段延长线上一点,直线与交于,直线与交于点. 求证:若,则,,,四点共圆. 证明用反证法.若,,,四点不共圆,则可设的外接圆与直线交于点,直线交直线于.直线交直线于.联结,则由勃罗卡定理,知. 由题设,,从而知. 即有.① 对及截线,对及截线分别应用梅涅劳斯定理 有 及. 由①,②得. 再应用分比定理,有, 从而. 于是,.即有,从而,得到为的中点,这与已知矛盾.故,,,四点共圆. 例4(1997年试题)设四边形内接于圆,边与的延长线交于点,与的延长线交于点.由点作该圆的两条切线,,切点分别为,.求 证:,,三点共线. 证明如图,设的圆心为,与交于点,联结,则由勃罗卡定理,知. 设直线交于点,则由推论1,知为完全四边形的密克尔点,即知、、、四点共圆. 又、、、四点共圆,且为其直径,注意到,知点也在上. 此时,,,分别为,,两两相交的三条公共弦.由根心定理,知、、三条直线共点于. 故,,三点共线. 例5(2006年瑞士国家队选拔赛题)在锐角中,,为的垂心,为的中点,、分别为,上的点,且,、、三点共线.求证:的外接圆与的外接圆的公共弦垂直于. 证明如图,分别延长,交、于点、,则知、、、及、、、分别四点共圆,且为的直径,点为的圆心. 设直线与直线交于点,联结,则在完全四边形中,由勃罗卡定理,知. 设直线交于点,则由推论1,2知,且为完全四边形的密克尔点,由此,即知为与的另一个交点,亦即为与的公共弦,也可由根心定理,知三条公共弦,,所在直线共点于.故. 在的外接圆上. 延长至,使,则四边形为平行四边形,由此亦推知在上. 由, 有. 由,有, 并注意,, 于是由,有, 即. 而,则,即有. 于是,,即点在的外接圆上. 故的外接圆与的外接圆的公共弦垂直于. 下面看定理的演变及应用 将定理中的凸四边形内接于圆,演变成凸四边形外切于圆,则有 例6如图,凸四边形外切于,延长、交于点,延长、交于点,与交于点.则. 证明设与边,,,分别切于点、、、,则由牛顿定理,知、、、四线共点于. 注意到,在等腰中应用斯特瓦尔特定理,有. 同理,. 由上述两式相减,得 . 联结、、、,设的半径为,则由勾股定理,有,.又显然,有. 于是,. 由定差幂线定理,知. 由此例及勃罗卡定理,则可简捷处理如下问题: 例7(1989年预选题)证明:双心四边形的两个圆心与其对角线交点共线(双心四边形指既有外接圆,又有内切圆的四边形). 证明如图,设,分别为四边形的外接圆、内切圆

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