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圆幂定理,中高考热门,你是否想过一行证明它

2022-10-05 15:24 作者:青肉Ong-gia  | 我要投稿

圆幂定理是平面几何中十分常见的一个定理,中高考中也有许多可以应用它的题型,因此热度一直较高

所谓圆幂,有如下定义

点P到圆O(半径为R)的圆幂是指PO²-R²

而平面几何中的圆幂定理实际也可以看成割线定理,切割线定理,相交弦定理的统称

内容如下

网上资料大多以几何法证明,具体过程如下

容易看出,三个定理中的不变量即为点到圆的圆幂,故定理得名圆幂定理

然而几何法用相似证明,难免有些繁琐,且还需要分情况讨论

今天给大家介绍一种相对更简单和一般的证明方法

首先要借助一种新的工具——点几何

所谓点几何,就是以点为研究对象,直接对点进行运算的一种几何

如果无法接受点几何的表达,你可以直接把它看成原点到它的向量(例如A直接看成向量OA)

我们采用的是恒等式证明法

简单来说就是先得到代数恒等式S₁+S₂+S₃+…Sₙ=0,接着由题目条件得到S₁=S₂=S₃…=Sₙ₋₁=0最后得到Sₙ(结论)等于0

先看一下割线定理,实际上存在如下恒等式

证明十分简单,你只需要把所有括号打开即可

由圆的性质,显然S₂S₃S₄均为0,故S₁为0,割线定理得证

而在恒等式中我们并没有规定P的位置,故P在圆内仍然成立,相交弦定理得证

令C等于D,切割线定理得证

而这个恒等式是还可以拓展到三维情况,球幂定理得证,由这个恒等式我们还可以去知道。不管在几维都应该存在类似的n维球幂定理

这就是点几何所追求的一行证明了,一般恒等式中具有很强的一般性,所以我们往往可以做到一行等式同时证明多个命题,甚至有所拓展

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