竞赛讲座--平面几何
高中数学竞赛平面几何讲座第一讲注意添加平行线证题
高中数学竞赛平面几何讲座第一讲注意添加平行线证题高中数学竞赛平面几何讲座第一讲注意添加平行线证题在同一平面内,不相交的两条直线叫平行线.平行线是初中平面几何最基本的,也是非常重要的图形.在证明某些平面几何问题时,若能依据证题的需要,添加恰当的平行线,则能使证明顺畅、简洁.添加平行线证题,一般有如下四种情况.1 为了改变角的位置大家知道,两条平行直线被第三条直线所截,同位角相等,内错角相等,同旁内角互补.利用这些性质,常可通过添加平行线,将某些角的位置改变,以满足求解的需要.例1设P、Q为线段BC上两点,且BP＝CQ,A为BC外一动点(如图1).当点A运动到使∠BAP＝∠CAQ时,△ABC是什么三角形？试证明你的结论.答：当点A运动到使∠BAP＝∠CAQ时,△ABC为等腰三角形.证明：如图1,分别过点P、B作AC、AQ的平行线得交点D.连结DA.在△DBP＝∠AQC中,显然∠DBP＝∠AQC,∠DPB＝∠C.由BP＝CQ,可知△DBP≌△AQC.有DP＝AC,∠BDP＝∠QAC.于是,DA∥BP,∠BAP＝∠BDP.则A、D、B、P四点共圆,且四边形ADBP为等腰梯形.故AB＝DP.所以AB＝AC.这里,通过作平行线,将∠QAC“平推”到∠BDP的位置.由于A、D、B、P四点共圆,使证明很顺畅.例2如图2,四边形ABCD为平行四边形,∠BAF＝∠BCE.求证：∠EBA＝∠ADE.证明：如图2,分别过点A、B作ED、EC的平行线,得交点P,连PE.由AB CD,易知△PBA≌△ECD.有PA＝ED,PB＝EC.显然,四边形PBCE、PADE均为平行四边形.有∠BCE＝∠BPE,∠APE＝∠ADE.由∠BAF＝∠BCE,可知∠BAF＝∠BPE.有P、B、A、E四点共圆.于是,∠EBA＝∠APE.所以,∠EBA＝∠ADE.这里,通过添加平行线,使已知与未知中的四个角通过P、B、A、E 四点共圆,紧密联系起来.∠APE成为∠EBA与∠ADE相等的媒介,证法很巧妙.2 欲“送”线段到当处利用“平行线间距离相等”、“夹在平行线间的平行线段相等”这两条,常可通过添加平行线,将某些线段“送”到恰当位置,以证题.例3在△ABC中,BD、CE为角平分线,P为ED上任意一点.过P分别作AC、AB、BC的垂线,M、N、Q为垂足.求证：PM＋PN＝PQ.证明：如图3,过点P作AB的平行线交BD于F,过点F作BC的平行线分别交PQ、AC于K、G,连PG.由BD平行∠ABC,可知点F到AB、BC两边距离相等.有KQ＝PN.显然,＝＝,可知PG∥EC.由CE平分∠BCA,知GP平分∠FGA.有PK＝PM.于是,PM＋PN＝PK＋KQ＝PQ.这里,通过添加平行线,将PQ“掐开”成两段,证得PM＝PK,就有PM＋PN＝PQ.证法非常简捷.3 为了线段比的转化由于“平行于三角形一边的直线截其它两边,所得对应线段成比例”,在一些问题中,可以通过添加平行线,实现某些线段比的良性转化.这在平面几何证题中是会经常遇到的.例4设M1、M2是△ABC的BC边上的点,且BM1＝CM2.任作一直线分别交AB、AC、AM1、AM2于P、Q、N1、N2.试证：＋＝＋.证明：如图4,若PQ∥BC,易证结论成立.若PQ与BC不平行,设PQ交直线BC于D.过点A作PQ的平行线交直线BC于E.由BM1＝CM2,可知BE＋CE＝M1E＋M2E,易知＝,＝,＝,＝.则＋＝＝＝＋.所以,＋＝＋.这里,仅仅添加了一条平行线,将求证式中的四个线段比“通分”,使公分母为DE,于是问题迎刃而解.例5AD是△ABC的高线,K为AD上一点,BK交AC于E,CK交AB 于F.求证：∠FDA＝∠EDA.证明：如图5,过点A作BC的平行线,分别交直线DE、DF、BE、CF于Q、P、N、M.显然,＝＝.有BD?AM＝DC?AN. (1)由＝＝,有AP＝. (2)由＝＝,有AQ＝. (3)对比(1)、(2)、(3)有AP＝AQ.显然AD为PQ的中垂线,故AD平分∠PDQ.所以,∠FDA＝∠EDA.这里,原题并未涉及线段比,添加BC的平行线,就有大量的比例式产生,恰当地运用这些比例式,就使AP与AQ的相等关系显现出来.4 为了线段相等的传递当题目给出或求证某点为线段中点时,应注意到平行线等分线段定理,用平行线将线段相等的关系传递开去.例6在△ABC中,AD是BC边上的中线,点M在AB边上,点N在AC边上,并且∠MDN＝90°.如果BM2＋CN2＝DM2＋DN2,求证：AD2＝(AB2＋AC2).证明：如图6,过点B作AC的平行线交ND延长线于E.连ME.由BD＝DC,可知ED＝DN.有△BED≌△CND.于是,BE＝NC.显然,MD为EN的中垂线.有EM＝MN.由BM2＋BE2＝BM2＋NC2＝MD2＋DN2＝MN2＝EM2,可知△BEM为直角三角形,∠MBE＝90°.有∠ABC＋∠ACB＝∠ABC＋∠EBC＝90°.于是,∠BAC＝90°.所以,AD2＝＝(AB2＋AC2).这里,添加AC的平行线,将BC的以D为中点的性质传递给EN,使解题找到出路.例7如图7,AB为半圆直径,D为AB上一点,分别在半圆上取点E、F,使EA＝DA,FB＝DB.过D作AB的垂线,交半圆于C.求证：CD平分EF.证明：如图7,分别过点E、F作AB的垂线,G、H为垂足,连FA、EB.易知DB2＝FB2＝AB?HB,AD2＝AE2＝AG?AB.二式相减,得DB2－AD2＝AB?(HB－AG),或 (DB－AD)?AB＝AB?(HB－AG).于是,DB－AD＝HB－AG,或DB－HB＝AD－AG.就是DH＝GD.显然,EG∥CD∥FH.故CD平分EF.这里,为证明CD平分EF,想到可先证CD平分GH.为此添加CD的两条平行线EG、FH,从而得到G、H两点.证明很精彩.经过一点的若干直线称为一组直线束.一组直线束在一条直线上截得的线段相等,在该直线的平行直线上截得的线段也相等.如图8,三直线AB、AN、AC构成一组直线束,DE是与BC平行的直线.于是,有＝＝,即＝或＝.此式表明,DM＝ME的充要条件是BN＝NC.利用平行线的这一性质,解决某些线段相等的问题会很漂亮.例8如图9,ABCD为四边形,两组对边延长后得交点E、F,对角线BD∥EF,AC的延长线交EF于G.求证：EG＝GF.证明：如图9,过C作EF的平行线分别交AE、AF于M、N.由BD∥EF,可知MN∥BD.易知S△BEF ＝S△DEF.有S△BEC ＝S△ⅡKG－*5ⅡDFC.可得MC＝CN.所以,EG＝GF.例9如图10,⊙O是△ABC的边BC外的旁切圆,D、E、F分别为⊙O与BC、CA、AB的切点.若OD与EF相交于K,求证：AK平分BC.证明：如图10,过点K作BC的行平线分别交直线AB、AC于Q、P两点,连OP、OQ、OE、OF.由OD⊥BC,可知OK⊥PQ.由OF⊥AB,可知O、K、F、Q四点共圆,有∠FOQ＝∠FKQ.由OE⊥AC,可知O、K、P、E四点共圆.有∠EOP＝∠EKP.显然,∠FKQ＝∠EKP,可知∠FOQ＝∠EOP.由OF＝OE,可知Rt△OFQ≌Rt△OEP.则OQ＝OP.于是,OK为PQ的中垂线,故QK＝KP.所以,AK平分BC.综上,我们介绍了平行线在平面几何问题中的应用.同学们在实践中应注意适时添加平行线,让平行线在平面几何证题中发挥应有的作用.练习题1. 四边形ABCD中,AB＝CD,M、N分别为AD、BC的中点,延长BA交直线NM于E,延长CD交直线NM于F.求证：∠BEN＝∠CFN.(提示：设P为AC的中点,易证PM＝PN.)2. 设P为△ABC边BC上一点,且PC＝2PB.已知∠ABC＝45°,∠APC ＝60°.求∠ACB.(提示：过点C作PA的平行线交BA延长线于点D.易证△ACD∽△PBA.答：75°)＝60cm2.求六3. 六边开ABCDEF的各角相等,FA＝AB＝BC,∠EBD ＝60°,S△EBD边形ABCDEF的面积.(提示：设EF、DC分别交直线AB于P、Q,过点E作DC的平行线交AB于点M.所求面积与EMQD面积相等.答：120cm2)4. AD为Rt△ABC的斜边BC上的高,P是AD的中点,连BP并延长交AC于E.已知AC:AB＝k.求AE:EC.(提示：过点A作BC的平行线交BE延长线于点F.设BC＝1,有AD ＝k,DC＝k2.答：)5. AB为半圆直径,C为半圆上一点,CD⊥AB于D,E为DB上一点,过D作CE的垂线交CB于F.求证：＝.(提示：过点F作AB的平行线交CE于点H.H为△CDF的垂心.)6. 在△ABC中,∠A:∠B:∠C＝4:2:1,∠A、∠B、∠C的对边分别为a、b、c.求证：＋＝.(提示：在BC上取一点D,使AD＝AB.分别过点B、C作AD的平行线交直线CA、BA于点E、F.)7. 分别以△ABC的边AC和BC为一边在△ABC外作正方形ACDE 和CBFG,点P 是EF的中点.求证：P点到边AB的距离是AB的一半.8. △ABC的内切圆分别切BC、CA、AB于点D、E、F,过点F作BC的平行线分别交直线DA、DE于点H、G.求证：FH＝HG.(提示：过点A作BC的平行线分别交直线DE、DF于点M、N.)9. AD为⊙O的直径,PD为⊙O的切线,PCB为⊙O的割线,PO分别交AB、AC于点M、N.求证：OM＝ON.(提示：过点C作PM的平行线分别交AB、AD于点E、F.过O作BP的垂线,G为垂足.AB∥GF.)。
数学竞赛专题讲座-平面几何
例题：如图,在四边形 ABCD 中 , △ABD,△BCD,△ABC 的 面 积 比 是 3:4:1, 点 M , N 分 别 在 AC , CD 上 , 满 足 AM : AC CN : CD , 并且 B, M , N 共线 ,求证 : M 与 N 分 别是 AC 和 CD 的中点.
AM CN r0 提示：设 AC CD 利用面积得图中的一些线段比 . 对△DEC 运用梅涅劳斯定理可得 关于 r 的方程,解方程即可.
外心: 三角形外接圆的圆心( 三边垂直平分线的交点). △ABC 的外心一般用字母 O 表示，它具有如下性质： (1)外心到三顶点等距，即 OA=OB=OC. 1 1 1 (2)∠A= BOC , B AOC , C AOB . 2 2 2 如果已知外心或通过分析“挖掘”出外心，与外心 有关的几何定理，尤其是圆周角与圆心角关系定理，就 可以大显神通了 .
M
Q
B
P
C
平面几何的几个重要的定理
西姆松定理及其逆定理: 若从 △ ABC 外接圆上一点作 BC、AB、AC 的垂线， 垂足分别为 D、E、F ，则 D、E、F 三点共线. 反过来也成立.
这条直线叫西姆松线.
（二）三角形的五心
三角形的外心、重心、垂心、内心及旁心,统称为三角形的五心.
关于三角形的五心,主要掌握三个方面的问题: 一.这五心是怎么来的
例题：如图所示，已知△ ABC 的高 AD、BE 交于 H，△ABC、△ABH 的外接圆分别为⊙O 和⊙O1， 求证：⊙O 与⊙O1 的半径相等. 分析:过 A 作⊙O 和⊙O1 的直径 AP、AQ， 连接 PB、QB ，则∠ABP=∠ABQ=90 º. 故 P、B、Q 三点共线. 因 H 是△ABC 的垂心， 故 D、C、E、 H 四点共圆， ∠AHE=∠C.而∠AHE=∠Q，∠C=∠P ， 故∠P=∠Q， AP=AQ. 因此⊙O 与⊙ O1 的半径相等。 说明：由本题结论，可得垂心的另一个性质： 若 H 是△ABC 的垂心，则⊿ABH、⊿BCH、⊿ CAH 的外接圆的半径都 等于⊿ABC 的外接圆的半径.
平面几何竞赛讲座
平面几何中的著名定理1．梅涅劳斯定理：若一条直线和△ABC 的三边BC 、CA 、AB 分别交于D 、E 、F ，则AF FB ·BD DC ·CEEA =1。
其逆定理也成立。
2．塞瓦定理：对于△ABC 所在平面内一点O ，AO 、BO 、CO （或其延长线）交三角形另一边于点D 、E 、F ，则AF FB ·BD DC ·CEEA=1。
其逆定理也成立。
3．托勒密定理：圆内接四边形ABCD 的两组对边乘积的和等于它的两条对角线的乘积。
其逆定理也成立。
4．西姆松定理：以△ABC 的外接圆上任意一点P 向BC 、CA 、AB 或它们的延长线引垂线，垂足分别为D 、E 、F ，则D 、E 、F 三点共线。
其逆定理也成立。
5．斯特瓦德定理：设P 为△ABC 的BC 边上任一点，则有AB 2·PC +AC 2·BP=AP 2·BC+BP·PC·BC 。
例1 如图，⊙O 1和⊙O 2与△ABC 的三边所在的三条直线都相切，E 、F 、G 、H 为切点，并且EG 、FH 的延长线交于P 点。
求证：直线P A 与BC 垂直。
例2 四边形ABCD 的内切圆分别切AB 、BC 、CD 、DA 于点E 、F 、G 、H 。
求证：HE 、DB 、GF 三线共点。
例3 如图，锐角△ABC 中，AD 是BC 边上的高，H 是线段AD 内任一点，BH 和CH 的延长线分别交AC 、AB 于E 、F 。
求证：∠EDH=∠FDH 。
例4 在四边形ABCD 中，对角线AC 平分∠BAD 。
在CD 上取一点E ，BE 与AC 相交于F ，延长DF 交BC 于G 。
求证：∠GAC=∠EAC 。
例5 如图，设C 1、C 2是同心圆，C 2的半径是C 1的半径的2倍。
四边形A 1A 2A 3A 4内接于C 1，将A 4A 1延长交圆C 2于B 1，A 1A 2延长交圆C 2于B 2，A 2A 3延长交圆C 2于B 3，A 3A 4延长交圆C 2于B 4。
数学奥赛教练员培训班讲义(平面几何)
数学奥赛教练员培训班讲义（1）第一讲 平面几何平面几何是数学竞赛中的一个基本内容。
它以严密的逻辑结构、灵活的证题方法，在发展学生的逻辑思维能力和空间想象能力等方面起着特殊的作用。
因此在数学竞赛中平面几何的内容占有十分突出的地位。
平面几何主要研究度量关系的证明、位置关系的证明、面积关系解题、几何量的计算、轨迹问题等。
一、与三角形有关的重要定理1.梅涅劳斯定理一直线分别截△ABC 的边BC 、CA 、AB （或其延长线）于D 、E 、F ，则1=∙∙FBAF EA CE DC BD 。
说明：（1）结论的图形应考虑直线与三角形三边交点的位置情况，因而本题图形应该有两个。
（2）结论的结构是三角形三边上的6条线段的比，首尾相连，组成一个比值为1的等式。
（3）其逆定理为：如果D 、E 、F 分别在△ABC 的边BC 、CA 、AB （或其延长线上），并且1=∙∙FBAF EA CE DC BD ，那么D 、E 、F 三点在同一条直线上。
（4）梅氏定理及其逆定理不仅可以用来证明点共线问题，而且是解决许多比例线段问题的有力工具。
用梅氏定理求某个比值的关键，在于恰当地选取梅氏三角形和梅氏线。
2.塞瓦定理设O 是△ABC 内任意一点，AO 、BO 、CO 分别交对边于D ，E ，F ，则1=∙∙FBAF EA CE DC BD 。
说明：（1）该定理可借助于梅氏定理来证明（也可用面积法来证明）。
如果O 点在三角形外，结论仍然是成立的。
（2）其逆定理为：分别在△ABC 三边（所在直线）BC 、CA 、AB 上各取一点D 、E 、F ，若有1=∙∙FBAF EA CE DC BD ，则AD 、BE 、CF 平行或共点。
（3）塞瓦定理及其逆定理是证明三直线交于一点（线共点）问题的重要定理，应用塞瓦定理很容易证明三角形中的主要线段的共点问题。
3.三角形的五心三角形的三条中线共点，三条角平分线共点，三条高线共点，三条中垂线共点。
高中数学平面几何竞赛讲座
两式相减有 PQ2=PC×PDBQ×QC=P的幂+Q的 幂。
例二：设P是圆O外一点，PAB,PCD是两条切线， AD,BC交于点Q，延长BD,AC交于点R.求证： PQ2=P的幂+Q的幂 PR2=P的幂+R的幂
这将导致K为BC中点，矛盾。从而必有 A,B,C,D四点共圆。
下面来看几道关于根轴根心的题目。
例五.设三角形ABC的边AB,AC上分别有N,K两点， 且N,K,C,B四点共圆。若三角形ABC,三角形ANK外 接圆还交于异于A的点M。求证：AM⊥OM
解析：易知NK，BC 不平行。设三圆 根轴(BC,NK,AM) 交于点P，连结 PO,AO,KM。设 圆O半径R。则由 ∠KMP= ∠ANK= ∠ACB得M,P,C,K 四点共圆。
例八.如图，四边形ABCD内接于圆。其边AB， CD延长线交于点P。AD,BC延长线交于点Q。 由点Q作圆的两切线QE,QF。证明：P,E,F共 线。
证明：连QP并在QP上取点M使 得B,C,M,P四点共圆 则 QE2=QC×QB=QM×QP①
∵∠PMC=∠ABC=∠QDC
∴Q,M,C,D四点共圆
∴PC×PD=PM×PQ②
最后，再来看一道比较复杂的问题
例八.如图，四边形ABCD内接于圆。其边AB， CD延长线交于点P。AD,BC延长线交于点Q。 由点Q作圆的两切线QE,QF。证明：P,E,F共 线。
连PF交圆ABCD于E’ 做 QG⊥PF于G 则有PC×PD=PE’ ×PF③
QC×QB=QF2④
①+②并注意③ ④有
为定值的点的轨迹是一条垂直于该两点连线的直 线。该直线称为等差幂线。反之，等差幂线上任 一点到所对应两点距离的平方差为定值。
竞赛讲座八 平面几何
竞赛讲座八平面几何第十九讲平面几何四个重要定理四个重要定理：梅涅劳斯(Menelaus)定理（梅氏线）△ABC的三边BC、CA、AB或其延长线上有点P、Q、R，则P、Q、R共线的充要条件是。
塞瓦(Ceva)定理（塞瓦点）△ABC的三边BC、CA、AB上有点P、Q、R，则AP、BQ、CR共点的充要条件是。
托勒密(Ptolemy)定理四边形的两对边乘积之和等于其对角线乘积的充要条件是该四边形内接于一圆。
西姆松(Simson)定理（西姆松线）从一点向三角形的三边所引垂线的垂足共线的充要条件是该点落在三角形的外接圆上。
例题1．过△ABC的重心G的直线分别交AB、AC于E、F，交CB于D。
求证：。
【分析】连结并延长AG交BC于M，则M为BC的中点。
DEG截△ABM→（梅氏定理）DGF截△ACM→（梅氏定理）∴===1例题2．(95全国竞赛) 菱形ABCD的内切圆O与各边分别交于E、F、G、H，在弧EF和弧GH上分别作⊙O 的切线交AB、BC、CD、DA分别于M、N、P、Q。
求证：MQ//NP。
【分析】由AB∥CD知：要证MQ∥NP，只需证∠AMQ=∠CPN，结合∠A=∠C知，只需证△AMQ∽△CPN←，AM·CN=AQ·CP。
连结AC、BD，其交点为内切圆心O。
设MN与⊙O切于K，连结OE、OM、OK、ON、OF。
记∠ABO=φ，∠MOK=α，∠KON=β，则∠EOM=α，∠FON=β，∠EOF=2α+2β=180°-2φ。
∴∠BON=90°-∠NOF-∠COF=90°-β-φ=α∴∠CNO=∠NBO+∠NOB=φ+α=∠AOE+∠MOE=∠AOM又∠OCN=∠MAO，∴△OCN∽△MAO，于是，∴AM·CN=AO·CO同理，AQ·CP=AO·CO。
例题3(99全国竞赛)如图，在四边形ABCD中，对角线AC平分∠BAD。
2022年竞赛专讲座平面几何证明配套精选
竞赛专题讲座－平面几何证明[竞赛知识点拨]1．线段或角相等的证明〔1〕利用全等△或相似多边形；〔2〕利用等腰△；〔3〕利用平行四边形；〔4〕利用等量代换；〔5〕利用平行线的性质或利用比例关系〔6〕利用圆中的等量关系等。
2．线段或角的和差倍分的证明〔1〕转化为相等问题。
如要证明a=b±c，可以先作出线段⊥K⊥BL→BL为MK 的中垂线→∠DKB=∠DMK∴∠D’K，∴D‘。
而D’ D∥为BC边上的中线，过B作BH⊥A的延长线交BH 于Q，求证：至M’，使AM=MA‘，连结BA’，如图6-1。
为BC的中点，连结HM，那么HM∥B/C。
延长HM交AB于O，那么O为AB的中点。
延长MO至M’，使OM‘=OM，连结M’A、M‘B，那么AM’BM是平行四边形，∴M‘，QM∥BM’。
于是，，所以，交BC于N，交CD于Q∥NQ∥NQ=∠CQ∽△C·CN=AQ·CN与⊙O切于K，连结OE、OM、OK、ON、OF。
记∠ABO=φ，∠MOK=α，∠KON=β，那么∠EOM=α，∠FON=β，∠EOF=2α2β=180°-2φ。
∴∠BON=90°-∠NOF-∠COF=90°-β-φ=α∴∠CNO=∠NBO∠NOB=φα=∠AOE∠MOE=∠AOM又∠OCN=∠MAO，∴△OCN∽△MAO，于是，∴AM·CN=AO·CO同理，AQ·C、N分别是AD、BC的中点，过M、N分别作BD、AC的垂线交于K。
求证：KE∽△CNF【例9】以△ABC的边BC为直径作半圆，与AB、AC分别交于点D、E。
过D、E 作BC的垂线，垂足分别是F、G，线段DG、EF交于点M。
求证：AM⊥BC。
【分析】连结BE、CD交于H，那么H为垂心，故AH⊥BC。
〔同一法〕设AH⊥BC于O，DG、AH交于M1，EF、AH交于M2。
下面证M1、M2重合。
OM1∥DF→→OM1=。
高中数学竞赛-平面几何讲义(很详细)
HBC
（5）H 关于三边的对称点在△ABC 的外接圆上，关于三边中
点的对称点在△ABC 的外接圆上
（6）三角形任一顶点到垂心的距离
A
等于外心到对边的距离的 2 倍。 （7）设△ABC 的垂心为 H，外接圆
F
B'
半径为 R，
OH E
则 HA HB HC 2R B | cos A | | cos B | | cosC |
A
M
N
B
EF
C
D
证明：设∠BAE=∠CAF= ，∠EAF=
则
S AMDN
1 2
AM
AD sin
1 2
AD
AN sin(
)
= 1 AD[AF cos( )sin AF cos sin( )
2
= 1 AD AF sin(2 ) AF AD BC
从而 AB A' F = AC A' E ，又∠AFE=∠AEF
故
S△ABA’=
1 2
sin
AFE
AB
A'
F
=
1 2
s
in
A
EF
A
C
A'
E
=S△ACA’
由此式可知直线 AA’必平分 BC 边，即 AA’必过△
ABC 的重心
同理 BB’，CC‘必过△ABC 的重心，故结论成立。
例 3．设△ABC 的三条高线为 AD，BE，CF，自 A， B，C 分别作 AK EF 于 K，BL DF 于 L， CN ED 于 N，证明：直线 AK，BL，CN 相 交于一点。
高中数学竞赛平面几何讲座(非常详细).
第一讲 注意添加平行线证题在同一平面内,不相交的两条直线叫平行线.平行线是初中平面几何最基本的,也是非常重要的图形.在证明某些平面几何问题时,若能依据证题的需要,添加恰当的平行线,则能使证明顺畅、简洁.添加平行线证题,一般有如下四种情况. 1、为了改变角的位置大家知道,两条平行直线被第三条直线所截,同位角相等,内错角相等,同旁内角互补.利用这些性质,常可通过添加平行线,将某些角的位置改变,以满足求解的需要.例1 、设P 、Q 为线段BC 上两点,且BP ＝CQ,A 为BC 外一动点(如图1).当点A 运动到使∠BAP ＝∠CAQ 时,△ABC 是什么三角形？试证明你的结论. 答： 当点A 运动到使∠BAP ＝∠CAQ 时,△ABC 为等腰三角形. 证明：如图1,分别过点P 、B 作AC 、AQ 的平行线得交点D .连结DA .在△DBP ＝∠AQC 中,显然∠DBP ＝∠AQC ,∠DPB ＝∠C . 由BP ＝CQ ,可知△DBP ≌△AQC .有DP ＝AC ,∠BDP ＝∠QAC .于是,DA ∥BP ,∠BAP ＝∠BDP .则A 、D 、B 、P 四点共圆,且四边形ADBP 为等腰梯形.故AB ＝DP .所以AB ＝AC .这里,通过作平行线,将∠QAC “平推”到∠BDP 的位置.由于A 、D 、B 、P 四点共圆,使证明很顺畅.例2、如图2,四边形ABCD 为平行四边形,∠BAF ＝∠BCE .求证：∠EBA ＝∠ADE . 证明：如图2,分别过点A 、B 作ED 、EC 的平行线,得交点P ,连PE .由AB CD ,易知△PBA ≌△ECD .有PA ＝ED ,PB ＝EC . 显然,四边形PBCE 、PADE 均为平行四边形.有∠BCE ＝∠BPE ,∠APE ＝∠ADE .由∠BAF ＝∠BCE ,可知∠BAF ＝∠BPE .有P 、B 、A 、E 四点共圆.于是,∠EBA ＝∠APE .所以,∠EBA ＝∠ADE .这里,通过添加平行线,使已知与未知中的四个角通过P 、B 、A 、E 四点共圆,紧密联系起来.∠APE 成为∠EBA 与∠ADE 相等的媒介,证法很巧妙.2、欲“送”线段到当处利用“平行线间距离相等”、“夹在平行线间的平行线段相等”这两条,常可通过添加平行线,将某些线段“送”到恰当位置,以证题.例3、在△ABC 中,BD 、CE 为角平分线,P 为ED 上任意一点.过P 分别作AC 、AB 、BC 的垂线,M 、N 、Q 为垂足.求证：PM ＋PN ＝PQ .证明：如图3,过点P 作AB 的平行线交BD 于F ,过点F 作BC 的 平行线分别交PQ 、AC 于K 、G ,连PG . 由BD 平行∠ABC ,可知点F 到AB 、BC∥＝A D BP QC图1PE D G A B FC图2A N E BQ K G CD M FP 图3两边距离相等.有KQ ＝PN . 显然,PD EP ＝FD EF ＝GDCG,可知PG ∥EC . 由CE 平分∠BCA ,知GP 平分∠FGA .有PK ＝PM .于是,PM ＋PN ＝PK ＋KQ ＝PQ . 这里,通过添加平行线,将PQ “掐开”成两段,证得PM ＝PK ,就有PM ＋PN ＝PQ .证法非常简捷.3 、为了线段比的转化由于“平行于三角形一边的直线截其它两边,所得对应线段成比例”,在一些问题中,可以通过添加平行线,实现某些线段比的良性转化.这在平面几何证题中是会经常遇到的. 例4 设M 1、M 2是△ABC 的BC 边上的点,且BM 1＝CM 2.任作一直线分别交AB 、AC 、AM 1、AM 2于P 、Q 、N 1、N 2.试证：AP AB＋AQAC ＝11AN AM ＋22AN AM .证明：如图4,若PQ ∥BC ,易证结论成立. 若PQ 与BC 不平行, 设PQ 交直线BC 于D .过点A 作PQ 的平行线交直线BC 于E . 由BM 1＝CM 2,可知BE ＋CE ＝M 1E ＋M 2E , 易知AP AB ＝DE BE ,AQ AC ＝DE CE ,11AN AM ＝DE E M 1,22AN AM ＝DE E M 2.则AP AB ＋AQ AC ＝DECEBE +＝DE E M E M 21+＝11AN AM ＋22AN AM .所以,APAB＋AQ AC ＝11AN AM ＋22AN AM .这里,仅仅添加了一条平行线,将求证式中的四个线段比“通分”,使公分母为DE ,于是问题迎刃而解.例5、 AD 是△ABC 的高线,K 为AD 上一点,BK 交AC 于E ,CK 交AB 于F .求证：∠FDA ＝∠EDA .证明：如图5,过点A 作BC 的平行线,分别交直线DE 、DF 、 BE 、CF 于Q 、P 、N 、M .显然,AN BD ＝KA KD ＝AMDC .有BD ·AM ＝DC ·AN . (1)由BD AP ＝FB AF ＝BC AM ,有AP ＝BC AM BD ·. (2) 由DC AQ ＝EC AE ＝BC AN ,有AQ ＝BCAN DC ·. (3) 对比(1)、(2)、(3)有AP ＝AQ .显然AD 为PQ 的中垂线,故AD 平分∠PDQ .所以,∠FDA ＝∠EDA .这里,原题并未涉及线段比,添加BC 的平行线,就有大量的比例式产生,恰当地运用这些比例式,就使AP 与AQ 的相等关系显现出来. 4、为了线段相等的传递AP EDM 2M 1BQN 1N 2图4图5MP A Q NFB DC EK当题目给出或求证某点为线段中点时,应注意到平行线等分线段定理,用平行线将线段相等的关系传递开去.例6 在△ABC 中,AD 是BC 边上的中线,点M 在AB 边上,点N 在AC 边上,并且∠MDN ＝90°.如果BM 2＋CN 2＝DM 2＋DN 2,求证：AD 2＝41(AB 2＋AC 2). 证明：如图6,过点B 作AC 的平行线交ND 延长线于E .连ME .由BD ＝DC ,可知ED ＝DN .有△BED ≌△CND . 于是,BE ＝NC . 显然,MD 为EN 的中垂线.有 EM ＝MN .由BM 2＋BE 2＝BM 2＋NC 2＝MD 2＋DN 2＝MN 2＝EM 2,可知△BEM 为直角三角形,∠MBE ＝90°.有∠ABC ＋∠ACB ＝∠ABC ＋∠EBC ＝90°.于是,∠BAC ＝90°.所以,AD 2＝221⎪⎭⎫ ⎝⎛BC ＝41(AB 2＋AC 2).这里,添加AC 的平行线,将BC 的以D 为中点的性质传递给EN ,使解题找到出路. 例7、如图7,AB 为半圆直径,D 为AB 上一点,分别在半圆上取点E 、F ,使EA ＝DA ,FB ＝DB .过D 作AB 的垂线,交半圆于C .求证：CD 平分EF .证明：如图7,分别过点E 、F 作AB 的垂线,G 、H 为垂足,连FA 、EB . 易知DB 2＝FB 2＝AB ·HB ,AD 2＝AE 2＝AG ·AB . 二式相减,得DB 2－AD 2＝AB ·(HB －AG ),或 (DB －AD )·AB ＝AB ·(HB －AG ). 于是,DB －AD ＝HB －AG ,或 DB －HB ＝AD －AG . 就是DH ＝GD .显然,EG ∥CD ∥FH .故CD 平分EF .这里,为证明CD 平分EF ,想到可先证CD 平分GH .为此添加CD 的两条平行线EG 、FH ,从而得到G 、H 两点.证明很精彩.经过一点的若干直线称为一组直线束.一组直线束在一条直线上截得的线段相等,在该直线的平行直线上截得的线段也相等.如图8,三直线AB 、AN 、AC 构成一组直线束,DE 是与BC 平行的直线.于是,有BN DM ＝AN AM ＝NC ME ,即 BN DM＝NC ME 或ME DM ＝NC BN . 此式表明,DM ＝ME 的充要条件是 BN ＝NC .利用平行线的这一性质,解决某些线段相等的问题会很漂亮. 例8 如图9,ABCD 为四边形,两组对边延长后得交点E 、F ,对角线BD ∥EF ,AC 的延长线交EF 于G .求证：EG ＝GF .证明：如图9,过C 作EF 的平行线分别交AE 、AF 于M 、N .由BD ∥EF , 可知MN ∥BD .易知 S △BEF ＝S △DEF .有S △BEC ＝S △ⅡKG － *5ⅡDFC . 可得MC ＝CN . 所以,EG ＝GF .例9 如图10,⊙O 是△ABC 的边BC 外的旁切圆,D 、E 、F 分别为⊙O 与BC 、CA 、AB图6AN CDEB M AGD O HBFC E图7图8A DBN C EM图9ABM EF ND CG的切点.若OD 与EF 相交于K ,求证：AK 平分BC .证明：如图10,过点K 作BC 的行平线分别交直线AB 、AC 于Q 、P 两点,连OP 、OQ 、OE 、OF . 由OD ⊥BC ,可知OK ⊥PQ .由OF ⊥AB ,可知O 、K 、F 、Q 四点共圆,有∠FOQ ＝∠FKQ . 由OE ⊥AC ,可知O 、K 、P 、E 四点共圆.有∠EOP ＝∠EKP .显然,∠FKQ ＝∠EKP ,可知∠FOQ ＝∠EOP .由OF ＝OE,可知Rt △OFQ ≌Rt △OEP . 则OQ ＝OP .于是,OK 为PQ 的中垂线,故 QK ＝KP .所以,AK 平分BC .综上,我们介绍了平行线在平面几何问题中的应用.同学们在实践中应注意适时添加平行线,让平行线在平面几何证题中发挥应有的作用.练习题1. 四边形ABCD 中,AB ＝CD ,M 、N 分别为AD 、BC 的中点,延长BA 交直线NM 于E ,延长CD 交直线NM 于F .求证：∠BEN ＝∠CFN . (提示：设P 为AC 的中点,易证PM ＝PN .)2. 设P 为△ABC 边BC 上一点,且PC ＝2PB .已知∠ABC ＝45°,∠APC ＝60°.求∠ACB . (提示：过点C 作PA 的平行线交BA 延长线于点D .易证△ACD ∽△PBA .答：75°)3. 六边形ABCDEF 的各角相等,FA ＝AB ＝BC ,∠EBD ＝60°,S △EBD ＝60cm 2.求六边形ABCDEF 的面积.(提示：设EF 、DC 分别交直线AB 于P 、Q ,过点E 作DC 的平行线交AB 于点M .所求面积与EMQD 面积相等.答：120cm 2)4. AD 为Rt △ABC 的斜边BC 上的高,P 是AD 的中点,连BP 并延长交AC 于E .已知AC :AB ＝k .求AE :EC .(提示：过点A 作BC 的平行线交BE 延长线于点F .设BC ＝1,有AD ＝k ,DC ＝k 2.答：211k) 5. AB 为半圆直径,C 为半圆上一点,CD ⊥AB 于D ,E 为DB 上一点,过D 作CE 的垂线交CB 于F .求证：DE AD ＝FBCF.(提示：过点F 作AB 的平行线交CE 于点H .H 为△CDF 的垂心.)6. 在△ABC 中,∠A :∠B :∠C ＝4:2:1,∠A 、∠B 、∠C 的对边分别为a 、b 、c .求证：a1＋b 1＝c1.(提示：在BC 上取一点D ,使AD ＝AB .分别过点B 、C 作AD 的平行线交直线CA 、BA 于点E 、F .)7. △ABC 的内切圆分别切BC 、CA 、AB 于点D 、E 、F ,过点F 作BC 的平行线分别交直线DA 、DE 于点H 、G .求证：FH ＝HG.O图10(提示：过点A 作BC 的平行线分别交直线DE 、DF 于点M 、N .)8. AD 为⊙O 的直径,PD 为⊙O 的切线,PCB 为⊙O 的割线,PO 分别交AB 、AC 于点M 、N .求证：OM ＝ON .(提示：过点C 作PM 的平行线分别交AB 、AD 于点E 、F .过O 作BP 的垂线,G 为垂足.AB ∥GF .)第二讲 巧添辅助 妙解竞赛题在某些数学竞赛问题中,巧妙添置辅助圆常可以沟通直线形和圆的内在联系,通过圆的有关性质找到解题途径.下面举例说明添置辅助圆解初中数学竞赛题的若干思路. 1、挖掘隐含的辅助圆解题有些问题的题设或图形本身隐含着“点共圆”,此时若能把握问题提供的信息,恰当补出辅助圆,并合理挖掘图形隐含的性质,就会使题设和结论的逻辑关系明朗化. 1.1 作出三角形的外接圆 例1 如图1,在△ABC 中,AB ＝AC ,D 是底边BC 上一点,E 是线段AD 上一点且∠BED ＝2∠CED ＝∠A .求证：BD ＝2CD .分析：关键是寻求∠BED ＝2∠CED 与结论的联系.容易想到作∠BED 的平分线,但因BE ≠ED ,故不能直接证出BD ＝2CD .若延长AD 交△ABC 的外接圆于F ,则可得EB ＝EF ,从而获取.证明：如图1,延长AD 与△ABC 的外接圆相交于点F ,连结CF 与BF ,则∠BFA ＝∠BCA＝∠ABC ＝∠AFC,即∠BFD ＝∠CFD .故BF :CF ＝BD :DC .又∠BEF ＝∠BAC ,∠BFE ＝∠BCA ,从而∠FBE ＝∠ABC ＝∠ACB ＝∠BFE . 故EB ＝EF . 作∠BEF 的平分线交BF 于G ,则BG ＝GF . 因∠GEF ＝21∠BEF ＝∠CEF ,∠GFE ＝∠CFE ,故△FEG ≌△FEC .从而GF ＝FC . 于是,BF ＝2CF .故BD ＝2CD . 1.2 利用四点共圆例2 凸四边形ABCD 中,∠ABC ＝60°,∠BAD ＝∠BCD ＝90°,AB ＝2,CD ＝1,对角线AC 、BD 交于点O ,如图2.则sin ∠AOB ＝____. 分析：由∠BAD ＝∠BCD ＝90°可知A 、B 、C 、D四点共圆,欲求sin ∠AOB ,联想到托勒密定理,只须求出BC 、AD 即可.解：因∠BAD ＝∠BCD ＝90°,故A 、B 、C 、D 四点共圆.延长BA 、CD 交于P ,则∠ADP ＝∠ABC ＝60°.设AD ＝x ,有AP ＝3x ,DP ＝2x .由割线定理得(2＋3x )3x ＝2x (1＋2x ).解得AD ＝x ＝23－2,BC ＝21BP ＝4－3. 由托勒密定理有 BD ·CA ＝(4－3)(23－2)＋2×1＝103－12.A BGCD FE图1ABCDPO 图2又S ABCD ＝S △ABD ＋S △BCD ＝233. 故sin ∠AOB ＝263615+. 例3 已知：如图3,AB ＝BC ＝CA ＝AD ,AH ⊥CD 于H ,CP ⊥BC ,CP 交AH 于P .求证：△ABC 的面积S ＝43AP ·BD .分析：因S △ABC ＝43BC 2＝43AC ·BC ,只须证AC ·BC ＝AP ·BD ,转化为证△APC ∽△BCD .这由A 、B 、C 、Q 四点共圆易证(Q 为BD 与AH 交点).证明：记BD 与AH 交于点Q ,则由AC ＝AD ,AH ⊥CD 得∠ACQ ＝∠ADQ .又AB ＝AD ,故∠ADQ ＝∠ABQ .从而,∠ABQ ＝∠ACQ .可知A 、B 、C 、Q 四点共圆. ∵∠APC ＝90°＋∠PCH ＝∠BCD ,∠CBQ ＝∠CAQ , ∴△APC ∽△BCD . ∴AC ·BC ＝AP ·BD .于是,S ＝43AC ·BC ＝43AP ·BD . 2 、构造相关的辅助圆解题有些问题貌似与圆无关,但问题的题设或结论或图形提供了某些与圆的性质相似的信息,此时可大胆联想构造出与题目相关的辅助圆,将原问题转化为与圆有关的问题加以解决. 2.1 联想圆的定义构造辅助圆例4 如图4,四边形ABCD 中,AB ∥CD ,AD ＝DC ＝DB ＝p ,BC ＝q .求对角线AC 的长. 分析：由“AD ＝DC ＝DB ＝p ”可知A 、B 、C 在半径为p 的⊙D 上.利 用圆的性质即可找到AC 与p 、q 的关系. 解：延长CD 交半径为p 的⊙D 于E 点,连结AE .显然A 、B 、C 在⊙D 上.∵AB ∥CD ,∴BC ＝AE .从而,BC ＝AE ＝q .在△ACE 中,∠CAE ＝90°,CE ＝2p ,AE ＝q ,故 AC ＝22AE CE -＝224q p -. 2.2联想直径的性质构造辅助圆例5 已知抛物线y ＝－x 2＋2x ＋8与x 轴交于B 、C 两点，点D 平分BC .若在x 轴上侧的A 点为抛物线上的动点,且∠BAC 为锐角,则AD 的取值范围是____.分析：由“∠BAC 为锐角”可知点A 在以定线段BC 为直径的圆外,又点A 在x 轴上侧,从而可确定动点A 的范围,进而确定AD 的取值范围.解：如图5,所给抛物线的顶点为A 0(1,9),对称轴为x ＝1,与x 轴交于两点B (－2,0)、C (4,0).分别以BC 、DA 为直径作⊙D 、⊙E ,则两圆与抛物线均交于两点P (1－22,1)、Q (1＋22,1).可知,点A 在不含端点的抛物线PA 0Q 内时,∠BAC ＜90°.且有A图3BPQDHC A EDCB图4图53＝DP ＝DQ ＜AD ≤DA 0＝9,即AD 的取值范围是3＜AD ≤9. 2.3 联想圆幂定理构造辅助圆例6 AD 是Rt △ABC 斜边BC 上的高,∠B 的平行线交AD 于M ,交AC 于N .求证：AB 2－AN 2＝BM ·BN .分析：因AB 2－AN 2＝(AB ＋AN )(AB －AN )＝BM ·BN ,而由题设易知AM ＝AN ,联想割线定理,构造辅助圆即可证得结论.证明：如图6, ∵∠2＋∠3＝∠4＋∠5＝90°, 又∠3＝∠4,∠1＝∠5,∴∠1＝∠2.从而,AM ＝AN . 以AM 长为半径作⊙A ,交AB 于F ,交BA 的延长线于E . 则AE ＝AF ＝AN . 由割线定理有BM ·BN ＝BF ·BE ＝(AB ＋AE )(AB －AF )＝(AB ＋AN )(AB －AN )＝AB 2－AN 2,即 AB 2－AN 2＝BM ·BN .例7 如图7,ABCD 是⊙O 的内接四边形,延长AB 和DC 相交于E ,延长AB 和DC 相交于E ,延长AD 和BC 相交于F ,EP 和FQ 分别切⊙O 于P 、Q .求证：EP 2＋FQ 2＝EF 2. 分析：因EP 和FQ 是⊙O 的切线,由结论联想到切割线定理,构造辅助圆使EP 、FQ 向EF 转化.证明：如图7,作△BCE 的外接圆交EF 于G ,连结CG . 因∠FDC ＝∠ABC ＝∠CGE ,故F 、D 、C 、G 四点共圆. 由切割线定理,有EF 2＝(EG ＋GF )·EF ＝EG ·EF ＋GF ·EF ＝EC ·ED ＋FC ·FB ＝EC ·ED ＋FC ·FB ＝EP 2＋FQ 2, 即 EP 2＋FQ 2＝EF 2.2.4 联想托勒密定理构造辅助圆例8 如图8,△ABC 与△A ＇B ＇C ＇的三边分别为a 、b 、c 与a ＇、b ＇、c ＇,且∠B ＝∠B ＇,∠A ＋∠A ＇＝180°.试证：aa ＇＝bb ＇＋cc ＇.分析：因∠B ＝∠B ＇,∠A ＋∠A ＇＝180°,由结论联想到托勒密定理,构造圆内接四边形加以证明. 证明：作△ABC 的外接圆,过C 作CD ∥AB 交圆于D ,连结AD 和BD ,如图9所示.∵∠A ＋∠A ＇＝180°＝∠A ＋∠D , ∠BCD ＝∠B ＝∠B ＇, ∴∠A ＇＝∠D ,∠B ＇＝∠BCD .∴△A ＇B ＇C ＇∽△DCB . 有DC B A ''＝CB C B ''＝DBC A '', 即 DC c '＝a a '＝DB b '. 故DC ＝''a ac ,DB ＝''a ab .E A NCD B FM 12345图6(1)(2)图8ABCA'C'cb a'c'b'A BCDabb c图9又AB ∥DC ,可知BD ＝AC ＝b ,BC ＝AD ＝a .从而,由托勒密定理,得 AD ·BC ＝AB ·DC ＋AC ·BD ,即 a 2＝c ·''a ac ＋b ·''a ab . 故aa ＇＝bb ＇＋cc ＇. 练习题1. 作一个辅助圆证明：△ABC 中,若AD 平分∠A ,则AC AB ＝DCBD. (提示：不妨设AB ≥AC ,作△ADC 的外接圆交AB 于E ,证△ABC ∽△DBE ,从而ACAB＝DE BD ＝DCBD.) 2. 已知凸五边形ABCDE 中,∠BAE ＝3a ,BC ＝CD ＝DE ,∠BCD ＝∠CDE ＝180°－2a .求证：∠BAC ＝∠CAD ＝∠DAE .(提示：由已知证明∠BCE ＝∠BDE ＝180°－3a ,从而A 、B 、C 、D 、E 共圆,得∠BAC ＝∠CAD ＝∠DAE .)3. 在△ABC 中AB ＝BC ,∠ABC ＝20°,在AB 边上取一点M ,使BM ＝AC .求∠AMC 的度数.(提示：以BC 为边在△ABC 外作正△KBC ,连结KM ,证B 、M 、C 共圆,从而∠BCM ＝21∠BKM ＝10°,得∠AMC ＝30°.) 4．如图10,AC 是ABCD 较长的对角线,过C 作CF ⊥AF ,CE ⊥AE .求证：AB ·AE ＋AD ·AF ＝AC 2.(提示：分别以BC 和CD 为直径作圆交AC 于点G 、H .则CG ＝AH ,由割线定理可证得结论.)5. 如图11.已知⊙O 1和⊙O 2相交于A 、B ,直线CD 过A 交⊙O 1和⊙O 2于C 、D ,且AC ＝AD ,EC 、ED 分别切两圆于C 、D .求证：AC 2＝AB ·AE .(提示：作△BCD 的外接圆⊙O 3,延长BA 交⊙O 3于F ,证E 在⊙O 3上,得△ACE ≌△ADF ,从而AE ＝AF ,由相交弦定理即得结论.)6．已知E 是△ABC 的外接圆之劣弧BC 的中点.求证：AB ·AC ＝AE 2－BE 2.(提示：以BE 为半径作辅助圆⊙E ,交AE 及其延长线于N 、M ,由△ANC ∽△ABM 证AB ·AC ＝AN ·AM .)7. 若正五边形ABCD E 的边长为a ,对角线长为b ,试证：a b －ba＝1. (提示：证b 2＝a 2＋ab ,联想托勒密定理作出五边形的外接圆即可证得.)F DAEC图10图11第三讲 点共线、线共点在本小节中包括点共线、线共点的一般证明方法及梅涅劳斯定理、塞瓦定理的应用。
高中数学竞赛专题讲座竞赛讲座06平面几何四个重要定理
比赛专题讲座06－平面几何四个重要定理四个重要定理：梅涅劳斯 (Menelaus) 定理（梅氏线）△ABC的三边 BC、CA、AB或其延伸线上有点P、Q、R，则 P、Q、R 共线的充要条件是。
塞瓦 (Ceva) 定理（塞瓦点）△ABC的三边 BC、CA、AB上有点 P、Q、R，则 AP、BQ、CR共点的充要条件是。
托勒密 (Ptolemy) 定理四边形的两对边乘积之和等于其对角线乘积的充要条件是该四边形内接于一圆。
西姆松 (Simson) 定理（西姆松线）从一点向三角形的三边所引垂线的垂足共线的充要条件是该点落在三角形的外接圆上。
例题：1．设AD是△ ABC的边BC上的中线，直线CF交 AD于 F。
求证：。
【剖析】 CEF截△ ABD→（梅氏定理）【评注】也能够增添协助线证明：过A、 B、D之一作 CF的平行线。
2．过△ ABC的重心G的直线分别交A B、AC于 E、F，交 CB于 D。
求证：。
【剖析】连接并延伸 AG交 BC于 M，则 M为 BC的中点。
DEG截△ ABM→（梅氏定理）DGF截△ ACM→（梅氏定理）∴===1【评注】梅氏定理3． D 、 E、 F 分别在△ ABC的 BC、CA、 AB边上，，AD、BE、CF交成△ LMN。
求 S△LMN。
【剖析】【评注】梅氏定理4．以△ ABC各边为底边向外作相像的等腰△ BCE、△CAF、△ABG。
求证：AE、BF、CG订交于一点。
【剖析】【评注】塞瓦定理225．已知△ ABC中，∠ B=2∠C。
求证： AC=AB+AB·BC。
【剖析】过 A 作 BC的平行线交△ ABC的外接圆于 D，连接 BD。
则CD=DA=AB，AC=BD。
由托勒密定理，AC·BD=AD·BC+CD·AB。
【评注】托勒密定理6．已知正七边形A1A2A3A4A5A6A7。
求证：。
（第 21 届全苏数学比赛）【剖析】【评注】托勒密定理7．△ABC的 BC边上的高 AD的延伸线交外接圆于 P，作 PE⊥AB于 E，延伸 ED交AC延伸线于 F。
高中数学竞赛平面几何讲座(非常详细)之欧阳音创编
第一讲注意添加平行线证题在同一平面内,不相交的两条直线叫平行线.平行线是初中平面几何最基本的,也是非常重要的图形.在证明某些平面几何问题时,若能依据证题的需要,添加恰当的平行线,则能使证明顺畅、简洁. 添加平行线证题,一般有如下四种情况.1、为了改变角的位置大家知道,两条平行直线被第三条直线所截,同位角相等,内错角相等,同旁内角互补.利用这些性质,常可通过添加平行线,将某些角的位置改变,以满足求解的需要.例1、设P、Q为线段BC上两点,且BP ＝CQ,A为BC外一动点(如图1).当点A 运动到使∠BAP＝∠CAQ时,△ABC是什么三角形？试证明你的结论.答：当点A运动到使∠BAP＝∠CAQ 时,△ABC为等腰三角形.证明：如图1,分别过点P、B作AC、AQ 的平行线得交点D.连结DA.A DB P图1在△DBP＝∠AQC 中,显然∠DBP＝∠AQC,∠DPB＝∠C.由BP ＝CQ,可知△DBP≌△AQC.有DP ＝AC,∠BDP＝∠QAC.于是,DA∥BP,∠BAP＝∠BDP.则A 、D 、B 、P 四点共圆,且四边形ADBP 为等腰梯形.故AB ＝DP.所以AB ＝AC.这里,通过作平行线,将∠QAC“平推”到∠BDP 的位置.由于A 、D 、B 、P 四点共圆,使证明很顺畅.例2、如图2,四边形ABCD 为平行四边形,∠BAF＝∠BCE.求证：∠EBA＝∠ADE.证明：如图2,分别过点A 、B 作ED 、EC 的平行线,得交点P,连PE.由ABCD,易知△PBA≌△ECD.有PA ＝ED,PB ＝EC.显然,四边形PBCE 、PADE 均为平行四边形.有∠BCE＝∠BPE,∠APE＝∠ADE.由∠BAF＝∠BCE,可知∠BAF＝∠BPE.有P 、B 、A 、E 四点共圆.于是,∠EBA＝∠APE.所以,∠EBA＝∠ADE.这里,通过添加平行线,使已知与未知中的四个角通过P 、B 、A 、E 四点共圆,紧∥＝P E G A B 图2密联系起来.∠APE 成为∠EBA 与∠ADE相等的媒介,证法很巧妙.2、欲“送”线段到当处利用“平行线间距离相等”、“夹在平行线间的平行线段相等”这两条,常可通过添加平行线,将某些线段“送”到恰当位置,以证题.例3、在△ABC 中,BD 、CE 为角平分线,P 为ED 上任意一点.过P 分别作AC 、AB 、BC 的垂线,M 、N 、Q 为垂足.求证：PM ＋PN ＝PQ.证明：如图3,过点P 作AB 的平行线交BD 于F,过点F 作BC 的平行线分别交PQ 、AC 于K 、G,连PG.由BD 平行∠ABC,可知点F 到AB 、BC两边距离相等.有KQ ＝PN. 显然,PD EP ＝FD EF ＝GD CG,可知PG∥EC.由CE 平分∠BCA,知GP 平分∠FGA.有PK ＝PM.于是,PM ＋PN ＝PK ＋KQ ＝PQ.这里,通过添加平行线,将PQ“掐开”成两段,证得PM ＝PK,就有PM ＋PN ＝PQ.证法非常简捷.3 、为了线段比的转化由于“平行于三角形一边的直线截其它两边,所得对应线段成比例”,在一些问A N EB Q K F P 图3题中,可以通过添加平行线,实现某些线段比的良性转化.这在平面几何证题中是会经常遇到的.例4设M1、M2是△ABC 的BC 边上的点,且BM1＝CM2.任作一直线分别交AB 、AC 、AM1、AM2于P 、Q 、N1、N2.试证：AP AB ＋AQ AC ＝11AN AM ＋22AN AM .证明：如图4,若PQ∥BC,易证结论成立. 若PQ 与BC 不平行,设PQ 交直线BC 于D.过点A 作PQ 的平行线交直线BC 于E.由BM1＝CM2,可知BE ＋CE ＝M1E ＋M2E, 易知 AP AB ＝DE BE ,AQ AC ＝DE CE ,11AN AM ＝DE E M 1,22AN AM ＝DE EM 2. 则AP AB ＋AQ AC ＝DE CEBE +＝DE EM E M 21+＝11AN AM ＋22AN AM.所以,AP AB ＋AQ AC ＝11AN AM ＋22AN AM .这里,仅仅添加了一条平行线,将求证式中的四个线段比“通分”,使公分母为DE,于是问题迎刃而解.A P D M 2M 1B Q N 1N 2图4例5、AD 是△ABC 的高线,K 为AD 上一点,BK 交AC 于E,CK 交AB 于F.求证：∠FDA＝∠EDA.证明：如图5,过点A 作BC 的平行线,分别交直线DE 、DF 、BE 、CF 于Q 、P 、N 、M.显然,AN BD＝KA KD＝AM DC.有BD·AM＝DC·AN. (1)由BD AP＝FB AF ＝BC AM,有AP ＝BC AMBD ·.(2)由DC AQ ＝EC AE ＝BC AN,有AQ ＝BC ANDC ·.(3)对比(1)、(2)、(3)有AP ＝AQ.显然AD 为PQ 的中垂线,故AD 平分∠PDQ.所以,∠FDA＝∠EDA.这里,原题并未涉及线段比,添加BC 的平行线,就有大量的比例式产生,恰当地运用这些比例式,就使AP 与AQ 的相等关系显现出来.4、为了线段相等的传递当题目给出或求证某点为线段中点时,应注意到平行线等分线段定理,用平行线将线段相等的关系传递开去.例6在△ABC 中,AD 是BC 边上的中线,点M 在AB 边上,点N 在AC 边上,并且图5M P A Q F B D K A D B M∠MDN＝90°.如果BM2＋CN2＝DM2＋DN2,求证：AD2＝41(AB2＋AC2).证明：如图6,过点B作AC的平行线交ND延长线于E.连ME.由BD＝DC,可知ED＝DN.有△BED≌△CND. 于是,BE＝NC.显然,MD为EN的中垂线.有 EM＝MN.由BM2＋BE2＝BM2＋NC2＝MD2＋DN2＝MN2＝EM2,可知△BEM为直角三角形,∠MBE＝90°.有∠ABC＋∠ACB＝∠ABC＋∠EBC＝90°.于是,∠BAC＝90°.所以,AD2＝221⎪⎭⎫⎝⎛BC＝41(AB2＋AC2).这里,添加AC的平行线,将BC的以D为中点的性质传递给EN,使解题找到出路.例7、如图7,AB为半圆直径,D为AB上一点,分别在半圆上取点E、F,使EA＝DA,FB＝DB.过D作AB的垂线,交半圆于C.求证：CD平分EF.证明：如图7,分别过点E、F作AB的垂线,G、H为垂足,连FA、EB.易知DB2＝FB2＝AB·HB,AD2＝AE2＝AG·AB.二式相减,得DB2－AD2＝AB·(HB－AG),或 (DB－AD)·AB＝AB·(HB－AG).AG D OCE图7于是,DB －AD ＝HB －AG,或DB －HB ＝AD－AG.就是DH ＝GD.显然,EG∥CD∥FH.故CD平分EF.这里,为证明CD 平分EF,想到可先证CD 平分GH.为此添加CD 的两条平行线EG 、FH,从而得到G 、H 两点.证明很精彩.经过一点的若干直线称为一组直线束.一组直线束在一条直线上截得的线段相等,在该直线的平行直线上截得的线段也相等.如图8,三直线AB 、AN 、AC 构成一组直线束,DE 是与BC 平行的直线.于是,有 BN DM ＝AN AM ＝NC ME,即BN DM ＝NC ME 或ME DM ＝NC BN.此式表明,DM ＝ME 的充要条件是BN ＝NC.利用平行线的这一性质,解决某些线段相等的问题会很漂亮.例8如图9,ABCD 为四边形,两组对边延长后得交点E 、F,对角线BD∥EF,AC 的延长线交EF 于G.求证：EG ＝GF.证明：如图9,过C 作EF 的平行线分别交AE 、AF 于M 、N.由BD∥EF,图8A D B N C E M 图9A B M E C G可知MN∥BD.易知S△BEF＝S△DEF.有S△BEC＝S△ⅡKG－*5ⅡDFC.可得MC＝CN.所以,EG＝GF.例9如图10,⊙O是△ABC的边BC外的旁切圆,D、E、F分别为⊙O与BC、CA、AB的切点.若OD与EF相交于K,求证：AK 平分BC.证明：如图10,过点K作BC的行平线分别交直线AB、AC于Q、P两点,连OP、OQ、OE、OF.由OD⊥BC,可知OK⊥PQ.由OF⊥AB,可知O、K、F、Q四点共圆,有∠FOQ＝∠FKQ.由OE⊥AC,可知O、K、P、E四点共圆.有∠EOP＝∠EKP.显然,∠FKQ＝∠EKP,可知∠FOQ＝∠EOP.由OF＝OE,可知Rt△OFQ≌Rt△OEP.则OQ＝OP.于是,OK为PQ的中垂线,故QK＝KP.所以,AK平分BC.综上,我们介绍了平行线在平面几何问题中的应用.同学们在实践中应注意适时添加平行线,让平行线在平面几何证题中发挥应有的作用.练习题O 图101. 四边形ABCD 中,AB ＝CD,M 、N 分别为AD 、BC 的中点,延长BA 交直线NM 于E,延长CD 交直线NM 于F.求证：∠BEN ＝∠CFN.(提示：设P 为AC 的中点,易证PM ＝PN.)2. 设P 为△ABC 边BC 上一点,且PC ＝2PB.已知∠ABC＝45°,∠APC＝60°.求∠ACB.(提示：过点C 作PA 的平行线交BA 延长线于点D.易证△ACD∽△PBA.答：75°)3. 六边形ABCDEF 的各角相等,FA ＝AB＝BC,∠EBD＝60°,S△EBD＝60cm2.求六边形ABCDEF 的面积.(提示：设EF 、DC 分别交直线AB 于P 、Q,过点E 作DC 的平行线交AB 于点M.所求面积与EMQD 面积相等.答：120cm2)4. AD 为Rt△ABC 的斜边BC 上的高,P是AD 的中点,连BP 并延长交AC 于E.已知AC:AB ＝k.求AE:EC.(提示：过点A 作BC 的平行线交BE 延长线于点F.设BC ＝1,有AD ＝k,DC ＝k2.答：211k )5. AB 为半圆直径,C 为半圆上一点,CD⊥AB 于D,E 为DB 上一点,过D 作CE 的垂线交CB 于F.求证：DEAD ＝FB CF .(提示：过点F 作AB 的平行线交CE 于点H.H 为△CDF 的垂心.)6. 在△ABC 中,∠A:∠B:∠C＝4:2:1,∠A、∠B、∠C 的对边分别为a 、b 、c.求证：a 1＋b 1＝c1.(提示：在BC 上取一点D,使AD ＝AB.分别过点B 、C 作AD 的平行线交直线CA 、BA 于点E 、F.)7. △ABC 的内切圆分别切BC 、CA 、AB于点D 、E 、F,过点F 作BC 的平行线分别交直线DA 、DE 于点H 、G.求证：FH＝HG.(提示：过点A 作BC 的平行线分别交直线DE 、DF 于点M 、N.)8. AD 为⊙O 的直径,PD 为⊙O 的切线,PCB 为⊙O 的割线,PO 分别交AB 、AC 于点M 、N.求证：OM ＝ON.(提示：过点C 作PM 的平行线分别交AB 、AD 于点E 、F.过O 作BP 的垂线,G为垂足.AB∥GF.)第二讲 巧添辅助 妙解竞赛题在某些数学竞赛问题中,巧妙添置辅助圆常可以沟通直线形和圆的内在联系,通过圆的有关性质找到解题途径.下面举例说明添置辅助圆解初中数学竞赛题的若干思路.1、挖掘隐含的辅助圆解题有些问题的题设或图形本身隐含着“点共圆”,此时若能把握问题提供的信息,恰当补出辅助圆,并合理挖掘图形隐含的性质,就会使题设和结论的逻辑关系明朗化.1.1 作出三角形的外接圆例1 如图1,在△ABC中,AB＝AC,D是底边BC上一点,E是线段AD上一点且∠BED＝2∠CED＝∠A.求证：BD＝2CD.分析：关键是寻求∠BED＝2∠CED与结论的联系.容易想到作∠BED的平分线,但因BE≠ED,故不能直接证出BD＝2CD.若延长AD交△ABC的外接圆于F,则可得EB＝EF,从而获取.证明：如图1,延长AD与△ABC的外接圆相交于点F,连结CF与BF,则∠BFA＝∠BCA＝∠ABC＝∠AFC,即∠BFD＝∠CFD.故BF:CF＝BD:DC.又∠BE F＝∠BAC,∠BFE＝∠BCA,从而∠FBE＝∠ABC＝∠ACB＝∠BFE.ABGCDFE图1故EB＝EF. 作∠BEF的平分线交BF于G,则BG＝GF.因∠GEF＝21∠BEF＝∠CEF,∠GFE＝∠CFE,故△FEG≌△FEC.从而GF＝FC.于是,BF＝2CF.故BD＝2CD.1.2 利用四点共圆例2 凸四边形ABCD中,∠ABC＝60°,∠BAD＝∠BCD＝90°,AB＝2,CD＝1,对角线AC、BD交于点O,如图2.则sin∠AOB＝____.分析：由∠BAD＝∠BCD＝90°可知A、B、C、D四点共圆,欲求sin∠AOB,联想到托勒密定理,只须求出BC、AD即可.解：因∠BAD＝∠BCD＝90°,故A、B、C、D四点共圆.延长BA、CD交于P,则∠ADP＝∠ABC＝60°.设AD＝x,有AP＝3x,DP＝2x.由割线定理得(2＋3x)3x＝2x(1＋2x).解得AD＝x＝23－2,BC＝21BP＝4－3.由托勒密定理有BD·CA＝(4－3)(23－2)＋2×1＝103－12.A CDPO图2又SABCD ＝S△ABD＋S△BCD＝233.故sin∠AOB＝263615 . 例3 已知：如图3,AB ＝BC ＝CA ＝AD,AH⊥CD 于H,CP⊥BC,CP 交AH 于P.求证：△ABC 的面积S ＝43AP·BD. 分析：因S△ABC＝43BC2＝43AC·BC,只须证AC·BC＝AP·BD,转化为证△APC∽△BCD.这由A 、B 、C 、Q 四点共圆易证(Q 为BD 与AH 交点). 证明：记BD 与AH 交于点Q,则由AC ＝AD,AH⊥CD 得∠ACQ＝∠ADQ.又AB ＝AD,故∠ADQ＝∠ABQ.从而,∠ABQ＝∠ACQ.可知A 、B 、C 、Q 四点共圆.∵∠APC＝90°＋∠PCH＝∠BCD,∠CBQ＝∠CAQ,∴△APC∽△BCD.∴AC·BC＝AP·BD.于是,S ＝43AC·BC＝43AP·BD. 2 、构造相关的辅助圆解题有些问题貌似与圆无关,但问题的题设或结论或图形提供了某些与圆的性质相A 图3B P QD HC似的信息,此时可大胆联想构造出与题目相关的辅助圆,将原问题转化为与圆有关的问题加以解决.2.1 联想圆的定义构造辅助圆例4 如图4,四边形ABCD中,AB∥CD,AD＝DC ＝DB ＝p,BC ＝q.求对角线AC 的长.分析：由“AD＝DC ＝DB ＝p”可知A 、B 、C 在半径为p 的⊙D 上.利用圆的性质即可找到AC 与p 、q 的关系. 解：延长CD 交半径为p 的⊙D 于E 点,连结AE.显然A 、B 、C 在⊙D 上.∵AB∥CD,∴BC＝AE.从而,BC ＝AE ＝q.在△ACE中,∠CAE＝90°,CE＝2p,AE ＝q,故AC ＝22AE CE -＝224q p -. 2.2 联想直径的性质构造辅助圆例5 已知抛物线y ＝－x2＋2x ＋8与x 轴交于B 、C 两点，点D 平分BC.若在x 轴上侧的A 点为抛物线上的动点,且∠BAC 为锐角,则AD 的取值范围是____.分析：由“∠BAC 为锐角”可知点A 在以定线段BC 为直径的圆外,又点A 在x 轴上侧,从而可确定动点A 的范围,进而确定AD 的取值范围.D C B 图图5解：如图5,所给抛物线的顶点为A0(1,9),对称轴为x＝1,与x轴交于两点B(－2,0)、C(4,0).分别以BC、DA为直径作⊙D、⊙E,则两圆与抛物线均交于两点P(1－22,1)、Q(1＋22,1).可知,点A在不含端点的抛物线PA0Q内时,∠BAC＜90°.且有3＝DP＝DQ＜AD≤DA0＝9,即AD的取值范围是3＜AD≤9.2.3 联想圆幂定理构造辅助圆例6AD是Rt△ABC斜边BC上的高,∠B 的平行线交AD于M,交AC于N.求证：AB2－AN2＝BM·BN.分析：因AB2－AN2＝(AB＋AN)(AB－AN)＝BM·BN,而由题设易知AM＝AN,联想割线定理,构造辅助圆即可证得结论.证明：如图6,∵∠2＋∠3＝∠4＋∠5＝90°,又∠3＝∠4,∠1＝∠5,∴∠1＝∠2.从而,AM＝AN.以AM长为半径作⊙A,交AB于F,交BA 的延长线于E.则AE＝AF＝AN.EANDBFM12345图6由割线定理有BM·BN＝BF·BE＝(AB ＋AE)(AB －AF)＝(AB ＋AN)(AB －AN)＝AB2－AN2,即 AB2－AN2＝BM·BN.例7 如图7,ABCD 是⊙O 的内接四边形,延长AB 和DC 相交于E,延长AB 和DC相交于E,延长AD 和BC 相交于F,EP 和FQ 分别切⊙O 于P 、Q.求证：EP2＋FQ2＝EF2.分析：因EP 和FQ 是⊙O 的切线,由结论联想到切割线定理,构造辅助圆使EP 、FQ 向EF 转化.证明：如图7,作△BCE 的外接圆交EF于G,连结CG.因∠FDC＝∠ABC＝∠CGE,故F 、D 、C 、G 四点共圆.由切割线定理,有EF2＝(EG ＋GF)·EF ＝EG·EF＋GF·EF＝EC·ED＋FC·FB＝EC·ED＋FC·FB＝EP2＋FQ2,即 EP2＋FQ2＝EF2.2.4 联想托勒密定理构造辅助圆例8 如图8,△ABC 与△A＇B ＇C ＇的三边分别为a 、b 、c 与a ＇、b ＇、c ＇,且∠B＝∠B＇,∠A＋(1)(2)图8A B CA'B'C'c ab a'c'b'∠A＇＝180°.试证：aa ＇＝bb ＇＋cc ＇.分析：因∠B＝∠B＇,∠A＋∠A＇＝180°,由结论联想到托勒密定理,构造圆内接四边形加以证明.证明：作△ABC 的外接圆,过C 作CD∥AB 交圆于D,连结AD 和BD,如图9所示.∵∠A＋∠A＇＝180°＝∠A＋∠D,∠BCD＝∠B＝∠B＇,∴∠A＇＝∠D,∠B＇＝∠BCD.∴△A＇B ＇C ＇∽△DCB. 有DC B A ''＝CBC B ''＝DB C A '',即 DC c '＝a a '＝DB b'. 故DC ＝''a ac ,DB ＝''a ab .又AB∥DC,可知BD ＝AC ＝b,BC ＝AD ＝a.从而,由托勒密定理,得AD·BC＝AB·DC＋AC·BD,即 a2＝c·''a ac ＋b·''a ab . 故aa ＇＝bb ＇＋cc ＇.练习题1. 作一个辅助圆证明：△ABC 中,若AD 平分∠A,则AC AB ＝DC BD.B D a b c 图9(提示：不妨设AB≥AC,作△ADC 的外接圆交AB 于E,证△ABC∽△DBE,从而ACAB ＝DE BD ＝DC BD .) 2. 已知凸五边形ABCDE 中,∠BAE＝3a,BC ＝CD ＝DE,∠BCD ＝∠CDE＝180°－2a.求证：∠BAC＝∠CAD＝∠DAE.(提示：由已知证明∠BCE＝∠BDE＝180°－3a,从而A 、B 、C 、D 、E 共圆,得∠BAC＝∠CAD＝∠DAE.)3. 在△ABC 中AB ＝BC,∠ABC＝20°,在AB 边上取一点M,使BM ＝AC.求∠AMC 的度数.(提示：以BC 为边在△ABC 外作正△KBC,连结KM,证B 、M 、C 共圆,从而∠BCM＝21∠BKM＝10°,得∠AMC＝30°.)4．如图10,AC 是ABCD 较长的对角线,过C 作CF⊥AF,CE⊥AE.求证：AB·AE＋AD·AF＝AC2. (提示：分别以BC 和CD为直径作圆交AC 于点G 、H.则CG ＝AH,由割线定理可证得结论.)5. 如图11.已知⊙O1和⊙O2相交于A 、B,直线 F DAB EC 图10CD 过A 交⊙O1和⊙O2于C 、D,且AC ＝AD,EC 、ED 分别切两圆于C 、D.求证：AC2＝AB·AE.(提示：作△BCD 的外接圆⊙O3,延长BA 交⊙O3于F,证E 在⊙O3上,得△ACE≌△ADF,从而AE ＝AF,由相交弦定理即得结论.)6．已知E 是△ABC 的外接圆之劣弧BC的中点.求证：AB·AC＝AE2－BE2.(提示：以BE 为半径作辅助圆⊙E,交AE 及其延长线于N 、M,由△ANC∽△ABM 证AB·AC＝AN·AM.)7. 若正五边形ABCDE 的边长为a,对角线长为b,试证：a b －b a＝1.(提示：证b2＝a2＋ab,联想托勒密定理作出五边形的外接圆即可证得.)第三讲 点共线、线共点在本小节中包括点共线、线共点的一般证明方法及梅涅劳斯定理、塞瓦定理的应用。
高中数学竞赛专题讲座---平面几何选讲
平面几何选讲 反演变换基础知识 一. 定义1. 设O 是平面π上的一个定点，k 是一个非零常数．如果平面π的一个变换，使得对于平面π上任意异于O 的点A 与其对应点'A 之间，恒有（1）',,A O A 三点共线；（2）'OA OA k ⋅=，则这个变换称为平面π的一个反演变换，记做(,)I O k ．其中，定点O 称为反演中心，常数k 称为反演幂，点'A 称为点A 的反点．2. 在反演变换(,)I O k 下，如果平面π的图形F 变为图形'F ，则称图形'F 是图形F 关于反演变换(,)I O k 的反形．反演变换的不动点称为自反点，而反演变换的不变图形则称为自反图形．3. 设两条曲线u v 、相交于点A ，l 、m 分别是曲线u v 、在点A 处的切线（如果存在），则l 与m 的交角称为曲线u v 、在点A 处的交角；如果两切线重合，则曲线u v 、在点A 处的交角为0．特别地，如果两圆交于点，那么过点作两圆的切线，则切线的交角称为两圆的交角．当两圆的交角为90时，称为两圆正交；如果直线与圆相交，那么过交点作圆的切线，则切线与直线的交角就是直线与圆的交角．当这个交角为90时，称为直线与圆正交． 二. 定理定理1. 在反演变换下，不共线的两对互反点是共圆的四点．定理2. 在反演变换(,)I O k 下，设A B 、两点（均不同于反演中心O ）的反点分别为''A B 、，则有''B A =''kA B AB OA OB=⋅．定理3. 在反演变换下，过反演中心的直线不变．定理 4. 在反演变换下，不过反演中心的直线的反形是过反演中心的圆；过反演中心的圆的反形是不过反演中心的直线．定理5. 在反演变换下，不过反演中心的圆的反形仍是不过反演中心的圆．定理6. 在反演变换下，两条曲线在交点处的交角大小保持不变，但方向相反．定理7. 如果两圆或一圆一直线相切于反演中心，则其反形是两条平行直线；如果两圆或一圆一直线相切于非反演中心，则其反形（两圆或一圆一直线）相切．定理8.典型例题一. 证明点共线例1. ABC 的内切圆与边BC 、CA 、AB 分别相切于点D 、E 、F ，设L 、M 、N 分别是EF 、FD 、DE 的中点．求证：ABC 的外心、B内心与LMN 的外心三点共线．证明：如图，设ABC 的内心为I ，内切圆半径为r ．以内心I 为反演中心，内切圆为反演圆作反演变换2(,)I I r ，则A 、B 、C 的反点分别为L 、M 、N ，因而ABC 的反形是LMN的外接圆．故ABC 的外心、内心和LMN 的外心三点共线．二. 证明线共点 例2. 四边形ABCD 内接于O ，对角线AC 与BD 相交于P ，设外心分别为1O 、2O 、3O 、4O ．求证：OP 、13O O 、24O O 证明：作反演变换(,)I P PC PA ⋅，则A 、C 互为反点，B 、D 互为反点，O 不变，直线1PO 不变，ABP 的外接圆的反形是直线CD ．由于直线1PO 与ABP 的外接圆正交，因而1PO 与CD正交，即有1PO CD ⊥．又3OO CD ⊥，所以13//PO O O ；同理31//PO O O ，所以四边形13PO OO 为平行四边形，从而13O O 过PO 的中点；同理24O O 也过PO 的中点．故OP 、13O O 、24O O 三线共点． 三. 证明点共圆例3. 设半圆的直径为AB ，圆心为O ，一直线与半圆交于C 、D 两点，且与直线AB 交于M ．再设AOC 与DOB 的外接圆的第二个交点为N ．求证：ON MN ⊥．证明：以O 为反演中心作反演变换2(,)I O r ，其中，r 为半圆的半径，则半圆上的每一点都不变，()AOC 与()DOB 的反形分别为直线AC 、BD ．且设M 、N 的反点分别为'M 、'N ，则'N 为直线AC 与BD 的交点，'M 在直径AB 上，直线MN 的反形为''OM N 的外接圆，直线CD 的反形为CDO的外接圆．而'ON NM ON ⊥⇔是''OM N 外接圆的直径'''M N OM ⇔⊥．于是问题转化为证明'''M N OM ⊥．因为'AD BN ⊥，'BC AN ⊥，O 是AB 的中点，所以过O 、C 、D 三点的圆是'N AB的九点圆，而'M 在九点圆上，又在边AB 上（不同于O 点），故''M N AB ⊥，因此ON MN ⊥．四. 证明一些几何（不）等式O4例 4. 设六个圆都在一定圆内，每一个圆都与定圆外切，并且与相邻的两个小圆外切，若六个小圆与大圆的切点依次为1A 、2A 、3A 、4A 、5A 、6A ．证明：123456234561A A A A A A A A A A A A ⋅⋅=⋅⋅证明：如图以6A 为反演中心作反演变换6(,1)I A ，则O 与6O 的反形为两条平行线，其余5个圆的反形皆是与两条平行线中一条相切的圆；且反形中第一个圆与第五个圆均与两平行线相切，而其余三圆均与相邻的两圆相切．设1A 、2A 、3A 、4A 、5A 的反点分别为'1A 、'2A 、'3A 、'4A 、'5A，则其反形中的五个圆与两平行线中的一条（即O 的反形）依次切于'1A 、'2A 、'3A 、'4A 、'5A ；再设这五个圆的半径依次为1r 、2r 、3r 、4r、5r ，则由勾股定理可得''12A A==同理''23A A =，''34A A =''45A A =15r r =，于是''''''''12342345A A A A A A A A ⋅=⋅．但''12126162A A A A A A A A =⋅，''34346364A A A A A A A A =⋅，''23236263A A A A A A A A =⋅，''45456465A A A A A A A A =⋅．所以1234234561626364626364A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A ⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅342345636462636465A A A A A A A A A A A A A A A A A A ⋅=⋅⋅⋅⋅故123456234561A A A A A A A A A A A A ⋅⋅=⋅⋅．练习：1. （2002土耳其数学奥林匹克）两圆外切于点A ，且内切于另一Γ于点B 、C ，另D 是小圆内公切线割Γ的弦的中点，证明：当B 、C 、D 不共线时，A 是BCD 的内切圆圆心．2. （第30届IMO 预选题）双心四边形是指既有内切圆又有外接圆的四边形．证明双心四边形的两个圆心与对角线的交点共线．3. （1997全国高中数学联赛）已知两个半径不等的圆1O 与圆2O 相交于M 、N 两点，圆1O 与圆2O 分别于圆O 内切于S 、T ．求证：OM MN ⊥的充分必要条件是S 、N 、T 三点共线．'5A 4A 3A '2A '1A。
平面几何竞赛（原创）
证法一：如图所示，过点A 作直线ab g D +S RB D ，若1=××RBARQA CQ PC BP ，P R Q B C A D R Q P C B A 证明：设直线Q P ,交AB 于点M ，则由梅涅劳斯定理，得到1=××MBAM QA CQ PC BP ，由题设条件知1=××RB AR QA CQ PC BP ，即有=MB AM RB AR ，又由合比定理知=AB AM ABAR ，故有AR AM =，从而R M ,重合，即R Q P ,,三点共线。
三点共线。
说明：（1）“R Q P ,,三点中有奇数个点在边的延长线上”这一条件十必要，否则的话，梅涅劳斯定理就不成立了；梅涅劳斯定理就不成立了；（2）恰当地选择三角形的截线或作出截线，是应用梅涅劳斯定理定理的关键，其逆定理常用来证明三点共线；理常用来证明三点共线；（3）此定理常运用求证三角形相似的过程中的线段成比例的条件；）此定理常运用求证三角形相似的过程中的线段成比例的条件；（4）也可以将上述两个定理合写成：设R Q P ,,分别是ABC D 的三边AB CA BC ,,所在直线（包括三边的延长线）上的点，则R Q P ,,三点共线的充要条件是1=××RBAR QA CQ PC BP 。
例题：1． 设AD 是△ABC 的边BC 上的中线，直线CF 交AD 于F 。
求证：。
【分析】【分析】CEF CEF 截△ABD→（梅氏定理）（梅氏定理）【评注】也可以添加辅助线证明：过A 、B 、D 之一作CF 的平行线。
的平行线。
2． 过△ABC 的重心G 的直线分别交AB AB、、AC 于E 、F ，交CB 于D 。
求证：。
【分析】连结并延长AG 交BC 于M ，则M 为BC 的中点。
点。
DEG 截△ABM→（梅氏定理）（梅氏定理）DGF 截△ACM→（梅氏定理）（梅氏定理）∴===1【评注】梅氏定理【评注】梅氏定理例1 若直角ABC D 中,CK 是斜边上的高,CE 是A C K Ð的 平分线,E 点在AK 上,D 是AC 的中点,F 是DE 与CK 的交点, 证明://BF CE . 证明:因为在EBC D ,作B Ð的平分线BH , 则,,EBC ACK HBC ACE Ð=ÐÐ=Ð 90H B C H C B A C E H C B Ð+Ð=Ð+Ð=°即BH CE ^.所以EBC D 是等腰三角形. 作BC 上的高EP ,则CK =EP .对于A C K D 和三点D E F 、、 依梅涅劳斯定理有:1CD AE KFDA EK FC××=.因为,CD DA = 所以.AE KF EK FC =于是KF EK CK EP BP BK FC AE AC AC BC BE ====＝,即KF BKFC BE＝. 依分比定理有:KF BKKC KE＝,所以F K B C K E D D ,所以//BF CE . 定理2 设P Q R 、、分别是ABC D 的三边B C C A A B 、、上 或它们的延长线上的三点,并且P Q R 、、三点中,位于ABC D 边上的点的个数为0或2,这时若1BP CQ ARPC QA RB××=，求证:P Q R 、、三点共线.证明:设直线PQ 与直线AB 交于'R ,于是由定理1得:''1BP CQ AR PC QA R B××=.又因为1B P C Q A R P C Q A R B ××=,所以''AR ARRBR B ＝.由于同一直线上的'P Q R 、、三点中,位于ABC D 边上的点的个数为0或者,因此R 与'R 或者同在AB 线段上,或者同在AB 的延长线上.若R 与'R 同在AB 线段上,则R 与'R 必定重合,不然的话,',AR AR >,这时'',,AB AR AB AR BR BR -<-<即于是''AR AR BR BR >,这与''AR AR BR BR ＝矛盾.类似地,可证得R 与'R 在AB 的延长线上时,R 与'R 也重合.综上可得:P Q R 、、三点共线. B C C A A B 、、引的垂线的垂足,111111＝1AF FB=,又因为AE AF =, ＝EABD ＝＝,将上面三式相乘,可×由定理2可得X Y Z 、、三点共线. 112(,)OAC A C B 和，应用梅涅劳斯定理112112112, 222由梅涅劳斯定理可知222A B C 、、三点共线. 条直线都相切，E ，F ，G ，H 为切年全国高中数学联赛二试题第3CBA1A 1B 1C P1G H F C A P D B E O 1 O G H F C A P D B E O 1O 1ABP BMP ABMD D D ,D D ＝‘＝111111BKKF ＝依分比定理有：＝即：＝ CBA1A 1B 1C MQRACPBK L N M CBA P例2 在锐角ABC D 中,C Ð的平分线交于AB 于L , 从L 作边AC 和BC 的垂线,垂足分别是M 和N ,设AN 和BM 的交点是P ,证明:C P A B ^. 证明:作C K AB ^,下证C K B M A N 、、三线共点,且为P 点.要证C K B M A N 、、三线共点,依塞瓦定理,即要证:1AM CN BK MC NB AK ××=,又因为MC CN =,即要证明:1AM BK AK NB ×=.因为,A M A L B K B C A M L A K C B N L B K C A K A C N B B L D D Þ=D D Þ= ,即要证:1AL BC AC BL×=.依三角形的角平分线定理可知:1AL BC AC BL ×=.因为C K B M A N 、、三线共点,且为P 点,所以C P A B ^. 例3 设AD 是ABC D 的高,且D 在BC 上,若P 是AD 上 任一点,B P C P 、分别与AC 、AB 交于E 和F ,则E D A F D A ÐÐ＝. 证明:过A 作AD 的垂线,与DE 、DF 的延长线分别交于M 、N .欲证E D A F DA Ð=Ð，可以转化为证明AM AN =.因为AD BC ^,所以//MN BC ,可得A M E C D E A N FB D F D D D D ,,所以,AM AE AN AF CD CE BD BF ==,于是,AE CD AF BD AM AN CE BF××==.因为AD BE CF 、、共点于P ,根据塞瓦定理,可得:1BD CE AF DC EA FB ××=,所以AE CD AF BDCE BF××=.因为AM AN =,所以E D A F D A Ð=Ð. 例4 在ABC D 的B C C A A B 、、上取点111A B C 、、，证明:111111111111sin sin sin sin sin sin AC BA CB ACC BAA CBB C B A C B A C CB A AC B BAÐÐÐ××=××ÐÐÐ证明:如图对1ACC D 和1BCC D 用正弦定理, 可得:111111sin sin ,sin sin AC ACC CC B C C A C B C CB ÐÐ==ÐÐ,即1111sin sinsin sin AC ACC BC B C CB A ÐÐ=×ÐÐ, 同理:11111111sin sin sin sin ,sin sin sin sin BA BAA CB CBB C A A C A AC B B A B BA CÐÐÐÐ=×=×ÐÐÐÐ, 从而111111111111sin sin sin sin sin sin AC BA CB ACC BAA CBB C B A C B A C CB A AC B BAÐÐÐ××=××ÐÐÐ. 练习:1.证明:三角形的角平分线交于一点. 证明:记ABC D 的角平分线分别是111,,,AA BB CC 因为111111,,AC BA CB b c aC B a A C b B A c===, 所以1111111AC BA CB C B A C B A××=,所以三角形的角平分线交于一点. 2.证明:锐角三角形的高交于一点. CBA1A 1B 1C CBA1A 1B 1C证明:记锐角ABC D 的高分别是111,,,AA BB CC 设1CB x ＝,那么1AB b x -＝, 于是()2222222112a b c c b x BB a x CB x b+---==-Þ==, 则22212c b a B A b+-=. 同理可得:2222222222221111,,,2222b c a a c b c a b b a c AC C B BA AC c c a a+-+-+-+-====. 所以1111111AC BA CB C B A C B A××=,所以三角形的高交于一点. 3.已知ABC D 外有三点M N R 、、,且,BAR CAN a Ð=Ð= ,CBM ABR b Ð=Ð=ACN BCM g Ð=Ð=，证明:A M B N C R 、、 三线共点. 证明:设AM 与BC 交于M ‘,BN 与AC 交于N ‘,CR 与AB 交于R ‘,ABC D 的三个内角分别记为A B C ÐÐÐ、、, 则1sin()sin 1sinsin()ABM ACM AB BM A S BM AB BAM AM S AC CAM CM AC CM CAMb g D D ××Ð+×Ð===Ð××Ð+ב‘‘‘sin sin()sin sin()AB B AC C b b g g ×Ð+=×Ð+, 即sin sin()sin sin()BM AB B AC C CM b b g g ×Ð+×Ð+‘‘＝,同理:sin sin()sin sin()CN BC C BA A ANg g a a ×Ð+×Ð+‘‘＝；sin sin()sin sin()AR CA A CB B BR a a b b ×Ð+×Ð+‘‘＝,将以上三式相乘,可得:1BM CN ARCM AN BR×ב‘‘‘‘‘＝, 根据塞瓦定理可知AM BN CR ‘‘‘、、三线共点. 5.设111A B C 、、是ABC D 的内切圆与边B C C A A B 、、的切点,证明:直线111AA BB CC 、、三线共点. 证明:显然111111,,AC B A BA C B CB A C ===,所以1111111AC BA CBC B A C B A××=,即111AA BB CC 、、三线共点. 6.在ABC D 的边上向外作正方形,111A B C 、、是正方形的边B C C A A B 、、的对边的中点,证明:直线111AA BB CC 、、相交于一点. 证明:记直线111AA BB CC 、、与边BC 、CA 、AB 的交点分别为222A B C 、、. 因为11211211sin sin()sin sin()ABA ACA S BA BA ABA AB AB B A C S AC CA ACA AC C j j D D ÐÐ+=××=×ÐÐ+＝, 其中11arctan 2CBA BCA j Ð=Ð=＝.同理,2222sin()sin(),sin()sin()CB AC BC C AC A B A AB A C B BC B j j j j Ð+Ð+=×=×Ð+Ð+,将上222＝BC AC ED =×, EDCBA111∴AC·BC＋BC·AB=AB·AC, AB AC BCBC AC AB BC AC AB ×90B E P P F C Ð=Ð=°,且F D C ,所以D E F 、、三点共四点共圆,因为由西姆松定理有Q R S 、、三点:P Q R 、、三点共线,所以P Q R 、、. F F’F，PB，∴∠FPN=∠F’PM，PF=PF‘。
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例3.给 定ABC， 过 顶 点A、B的 圆 分 别 交 边AC、CB于 点P
和Q，在边AB上取点R、S，使得QR/ / CA，PS / / CB，证明：
P、Q、R、S共圆. C
P Q
C
P Q
A
SR B
A
R SB
D
例4.在 直 角ABC的 直 角 边AC和CB上 分 别 取 点D、E， 证 明 ： 由 顶 点C分 别 向DE、EA 、AB和BD引 垂 线 ， 则 各 垂 足 共 圆．
对 称 点D在 等 腰 三 角 形ABC的 外 接 圆 上.
A
D
Q
P
B
P
C
key : A, D, R, Q四 点 共 圆 AQRD是 等 腰 梯 形
RDB RBD BDA C DAC RBD B
DAC BDA C 1 2
2
例2.在 直 角ABC中 ，AB为 斜 边 ，CH为 斜 边 上 的 高 ， 以A
A
K
DT
M
P
C
E
B
A、K、M、C四点共圆 CKM C、T、K、B四点共圆 CKT
CAE
CBD
TKM
CAE
CBD
C、P、Y、D四点共圆 TPC VDB CBD
2
C, P, M , E四点共圆 CPM CAE
2
TKM TPM
例5.给 出 平 面 上 的 一 个 锐 角三 角 形ABC， 以AB为 直 径 的 圆 与
C
E
FD
AH G
B
(1)BD BE BC 2 , BH BA BC 2 A, H , D, E共圆
(2)AHE ADE AED BHD BHG 共线
(3) HC平分DHE，BH平分GBE
DF : FE HD : HE HG : HE,
GH : HE BG : BE BD : BE DF : FE
C
OH OA OB OC, ON OA OB, CN ON OC
A
H •O
B
N
多点共线、多线共点问题
一 ． 点 共 线 问 题 证 明 方法 （1） 通 过 邻 补 角 关 系 证 明三 点 共 线 （2） 证 明 两 点 的 连 线 必 过第 三 点 （3）证明三点组成的三角形的面积为（0 或线段长度关系） （4） 利 用 向 量 共 线
AB边 的 高 线CC及 其 延 长 线 交 于M、N、 ， 以AC为 直 径 的 圆
与AC边 的 高 线BB 及 其 延 长 线 交 于P、Q， 求 证 ：M、N、P、
Q
Q共 圆 。
A
B
M
C
PH N
key1: AM 2 AC AB, AP 2 AB AC,
金牌之路（31）
例题与习题解答
例1．在ABC中，CA CB，D、E分别在CA、CB上且
CE CD，过C、D作AE的垂线分别交AB于G、H，如果
ACB 90，证明：BG GH．
F
C
E
D
BG
H
A
key1 : AE BF key2 : CA b, CB a,设CE ta
例2． 在 四 边 形ABCD中 ，ABD、BCD、ABC的 面 积
D、E， 过 点B作 此 圆 的 切 点 为F， 求 证 ：E、F与BC边 的 中 点
M共 线．
A
A
D
OE
G
F
D
E
O
B
M
C
B
M
C
F
B, M , F , O, D共圆， OFM - OBM,
OFE FOE BAG BOM OBM
2
22
例4.求 证 ： 过 圆 内 接 四 边 形各 边 的 中 点 向 对 边 所 作的 四 条
为圆心，AC为半径作圆A，过B作 ⊙ A的任一割线交⊙ A
于D、E，交CH于F（D在B、F之间），又作ABG ABD，
G点 在 圆 周 上 ，G与D在AB的 两 侧 ， 求 证 ： （1）A、H、D、E
四 点 共 圆 ； （2）E、H、G三 点 共 线 ； （3）FD、FE、BD、BE
四 条 线 段 为 成 比 例 线 段.
作 直 线l A垂 直 于MN， 类 似 地 作 出 直线l B , lC , 求 证 ：l A , l B , lC
共点．
A
M
B
H
key : l A是ABC的外接圆的直径
N
lA
C
E
四点共圆问题
例1.通 过 等 腰 三 角 形ABC的 底 边BC上 的 点P引 平 行 于 两
腰 的 直 线 ， 交 两 腰 于Q和R， 证 明 ： 点P关 于 直 线Q R的
比是3 : 4 : 1，点M、N分别在AC、CD上，满足AM : AC
CN : CD,并且B、M、N三点共线，求证：M、N分别是AC
与CD的 中 点 ．
D
key : DA 4 DQ, DC 2 DP
N
3
3
M A
B
Q
C P
例3．ABC的
外
接
圆
为⊙
O，C
60，N
H是垂心，求证：CN ＯＨ．
垂线交于一点．
D G
C
H
P
•O
F
A
E
B
设PG交HP于P OEPG是平行四边形，HOFP是平行四边形， OP的中点时HF的中点， 设P F交HP 于P ， 同 理 得OP 的 中 点 也 是HF的 中 点 ，
例5.ABC为 锐 角 三 角 形 ，AH为BC边 上 的 高 ， 以AH为 直 径
的 圆 分 别 交AB、AC于 点M、N， 点M、N与A不 同 ． 过 点A
例1.设 线 段AB的 中 点 为C， 以AC和CB为 对 角 线 作 平 行 四 边 形
AECD 、BFCG， 又 作 平 行 四 边 形CFHG、CGKE， 求 证 ：H、
C、K三 点 共 线 ．
D
G
K
H
A
C
B
B
F
例2.在 正 方 形ABCD的 边DC上 任 取 一 点P， 过A、D、P三 点
的 圆 交BD于 点Q， 过C、P、Q三 点 的 圆 交BD于 点R， 求 证 ：
A、R、P三 点 共 线 ．
D
P
C
R R
Q
A
B
key1 : 设AR交圆CPQ于R，则DAR RQP， DAP DCR， RCP RCP key2: AQ QC
例3.设 等 腰ABC的 相 等 边AB、AC与 任 意 圆 的 切 点 分 别 为