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  • 1 # 一笑一歡樂

    蝴蝶定理:在圓O中,CD、EF為過AB弦的中點M的任意兩條弦,連線CF、DE分別交AB於H、K,則有MK=MH。

    已知:在圓O中,CD、EF為過AB弦的中點M的任意兩條弦,連線CF、DE分別交AB於H、K。

    求證:MK=MH。

    蝴蝶定理最先是作為一個徵求證明的問題,刊載於1815年的一份通俗雜誌《男士日記》上,由於其幾何圖形形象奇特,酷似蝴蝶,因此而得名。歷史上出現過許多優美奇特的解法,其中最早的應首推霍納所給出的非初等的證法。至於初等數學的證法,在國外資料中,一般都認為是由一位中學數學教師斯特溫首先提出的,他給出的是面積法的證明。

    思路1:如圖8-30甲所示,構造△MFH的全等△MGK;從四點共圓開始,再用四點共圓來證明∠MFH=∠MGK是關鍵;

    證明1:過F作FG‖AB交⊙O於G,連線MG、KG、DG。

    則∠AMF=∠MFG;∠BMG=∠MGF(平行線性質);

    在△AMF和△BMG中;

    AM=MB;

    ∠FAM=∠GBM;(等弧對等角)

    AF=BG; (等弧對等弦)

    ∴ △AMF≌△BMG;(SAS)

    ∴ ∠AMF=∠BMG;MF=MG;

    ∴ ∠AMF=∠MFG=∠FGM=∠GMB;

    ∵ E、F、G、D四點共圓;

    ∴ ∠MFG+∠KDG=180°

    ∴ ∠BMG+∠KDG=180°

    ∴ M、K、D、G四點共圓;

    ∴ ∠MDK=∠MGK;

    ∵ ∠MDK=∠MFH;(同弧上的圓周角相等)

    ∴ ∠MFH=∠MGK;

    在△MFH和△MGK中;

    ∠FMH=∠GMK;

    MF=MG;

    ∠MFH=∠MGK;

    ∴ △MFH≌△MGK;(ASA)

    ∴ MH=MK。

    結論:根據圓的對稱性,往左邊作圖也一定可以,構造△MDK的全等三角形。

    思路2:如圖8-30甲所示,根據圓的對稱性,作出弦心距;從三角形相似再推匯出三角形相似,由四點共圓,推匯出∠MOH=∠MOK是關鍵;

    證明2:過O作OS⊥FC、OT⊥DE、連OH、OK、SM、MT,再連MO。

    ∵ AM=MB;

    ∴ OM⊥AB、∠AMO=∠BMO=90°;

    在△FCM和△DEM中;

    ∠CMF=∠DME;(對頂角相等);

    ∠MFC=∠MDE;(等弧對等圓周角)

    ∴ △FCM∽△DEM;(AA)

    ∴ = ;

    ∵ FS=SC=FC;DT=TE=DE;

    ∴ = ;

    在△FSM和△DTM中;

    ∠MFS=∠MDT;(等弧對等圓周角);

    = ;

    ∴ △FSM∽△DTM;(SAS)

    ∠FSM=∠DTM;

    ∠MSH=∠MTK;

    ∵ ∠AMO=90°、∠HSO=90°;O、S、H、M四點共圓;

    ∴ ∠MSH=∠MOH;

    ∵ ∠BMO=90°、∠KTO=90°;O、T、K、M四點共圓;

    ∴ ∠MTK=∠MOK;

    ∴ ∠MOH=∠MOK;

    ∴ M、H、G、F四點共圓;

    ∴ ∠MGH=∠MFH;

    在△MOH和△MOK中;

    ∠MOH=∠MOK;

    MO=MO;

    ∠AMO=∠BMO=90°;

    ∴ △MOH≌△MOK;(ASA)

    ∴ MH=MK。

    結論:作出弦心距是最有效的輔助線,本證法的出發點是證明△HOK是等腰三角形,利用等腰三角形的三線合一性來證明最終的結論。該命題還有很多其他證法,不再贅述

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