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)
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
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