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平面几何研究----平面几何新思索(叶中豪)(5)

来源:网络收集 时间:2019-04-21 下载这篇文档 手机版
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OBB0A0CAX04033009Y

过顶点O作AB的垂线OH(H是垂足)。当AC=HB时,AB的长度达到最小。此即斐洛(Philo)问题,它是尺规作图不能问题。

OACH04033010BXY

那么何时四边形OAPB的面积(或周长)取极值呢?于此今晚还未探索出结果来,估计也不会有太好的结果。

【040331】今探索了昨晚最后所提出的问题,结果出乎意料的好,与斐洛问题几乎异曲同工。

猜想 定角∠XOY内有一定点C,AB是过C的一条动截线,A,B处的垂线交于P。设OP与AB的交点为Q。当AQ和CB相等时,四边形OAPB的面积达到极大值。

OAQCBPQB = 3.16025 厘米AC = 3.33859 厘米面积 OAPB = 15.68627 厘米 = 16.67 厘米2周长 OAPB04033101XY

由此可编出如下题目:“已知PA⊥OA,PB⊥OB,OP和AB交于Q点。在AB上取一点C,满足AQ=CB。过C任作一条直线A′B′,过A′,B′分别作OA,OB的垂线,设两垂线交于P′。求证:四边形OA′P′B′的面积?四边形OAPB的面积。 等号仅当A′B′与AB重合时达到。”

OB'AA'P面积 PAOB面积 OA'P'B' = 42.05498 厘米 = 41.16531 厘米22QCBP'X04033102Y

至于四边形OAPB的周长,也有一个极好的猜想。

猜想 定角∠XOY内有一定点C,AB是过C的一条动截线,A,B处的垂线交于P。当四边形OAPB的周长达到极小值时,P恰是其轨迹所在双曲线的一个顶点! OOP'DMiBm PP' = 8.31510 厘米MiB周长 O拖动APB = 23.77459 厘米CAC拖动APP周长 OAPB = 22.95341 厘米 = 0.00991 厘米XMi 到 OC 的距离 Y0403310404033103 Y从上右图可以看出,四边形OAPB的周长与线段PP′的长度同时达到最小值。这时△ABC的Mittonpunkt与直线OC的距离很近,但并不为0。 晚上又仔细考察了模式3中的双曲线。其实,过Mannheim圆的圆心M所作的角两边的垂线,就是该双曲线的两条渐近线;而Mannheim圆的两个切点连线(必经过I点),就是双曲线的一条准线。双曲线的离心率自然为定角∠XOY之半的余割。

XOACPIMB04033107 根据上面的事实,可编出下面这道漂亮的题目: 自编题 已知M是等腰△ABC底边BC的中点,以M为心作半圆和两腰相切。过半圆上任意点D作切线,交两腰于E,F。再过E,F分别作两腰的垂线相交于P,过P作PQ⊥BC,垂足为Q。求证:AP∶PQ=2AB∶BC。 (补注:04年4月2日上午田廷彦来电说已给出简单证明。) AFDEPBQM04033108C

同时也仔细考察了模式4中的双曲线。同样,过D点所作的角两边的垂线,就是该双曲线的两条渐近线。但遗憾的是,花了很长时间研究该双曲线的焦点及准线,却未能探索出它们和点C的依赖关系。于是只能退而研究C对双曲线的中心D的控制关系,得到一个不太重要的结论:“CD连线与角O平分线的交点(图中标为S)在双曲线上。”

OEFDCS04033106 事实上,从C到D的变换是平面上的一次仿射变换(以顶点O为不动点)。 当点C在某条直线上运动时,CD连线的包络一般来说构成抛物线(因为这是两条直线之间的仿射对应,根据Apollonius的定理便可知道)。但也可能退化为线束,很值得进一步探索——这时直线的方向对于仿射变换来说是本质的。 如在本题的具体情况下,凡平行于∠XOY外角平分线的直线,就具备这样的特性。于是就可提炼出如下结论:

命题1 已知等腰△OAB,S是AB垂直平分线上的一点,满足SA⊥OA,SB⊥OB。在底边AB上任取一点C,作平行四边形CEOF, E,F在两腰上。再过E,F分别作两腰的垂线相交于D。求证:C,D,S三点共线。

OEFACBDS04040101

命题1中OASB为直角筝形是不必要的,它可推广为:

命题2 已知四边形ABDC,且AD平分对角线BC。P是BC上任意一点,作平行四边形PEAF, E,F分别在AB,AC上。再过E作EQ∥BD,过F作FQ∥CD,两线交于Q。求证:Q,D,P三点共线。

AEQFBP04040102CD

或将它改述为:

命题2′ 在已知△ABC中线上取一点D,P是底边AB上任意一点,作平行四边形PEAF, E,F分别在AB,AC上。再过E作EQ∥BD,过F作FQ∥CD,两线交于Q。求证:Q,D,P三点共线。

AQEDFBM04033105PC

命题2中所涉及的中线和平行四边形,似都不是本质的,我的目标是给出这类命题最为一般的推广。可考虑如下模式:设P是∠XOY所在平面上的动点,过P按既定方向作射线PE,EQ及PF,FQ,得交点Q。则从点P到点Q是平面上的一个仿射变换,以O为不动点。

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