《中学教学杂志》2012年第8期刊登了曹嘉兴老师的“坎迪定理的等价命题”(文[1]),间接地证明了闻名中外的经典数学名题——蝴蝶定理.它是世界数学宝库中的一颗明珠,自1815年问世近200年来,广泛博得许多数学家和爱好者的青睐,纷纷对其研究推广,先后发现了坎迪定理,三翅、圆外、椭圆、筝形等蝴蝶定理(文[2]和文[3]).而我独辟蹊径,发现了它的近支——圆的双切线不完全对称蝴蝶定理(如图1,P为蝶心,△EFP和△PJK构成蝴蝶的一对翅膀.查阅了有关文献和大量的资料,没有发现相应或相似的论述或证明).它图形之优美,结论之简洁,无不凸现数学美的神韵,笔者精心证明(只用初中知识),以飨读者. 定理 如图1,四边形ABCD内接于⊙O,P为两对角线AC、BD的交点,对角线AC为定长,过P作作EP∥AD、FP∥AB、PJ∥DC、PK∥BC分别交过A、C两点的⊙O的切线于E、F和J、K四点,△EFP和△PJK的外接圆⊙O1、⊙O2分别与AC的左右延长线交于H、M两点,两圆半径分别为R1和R2,连接JM、MK(为突出蝴蝶图形,将⊙O内接四边形ABCD四边标为虚线),则: (1) EF=JK; (2) HP=PM=AC(定值); (3) R1=R2. 先证明一个引理: 引理 如图2,四边形ABCD内接于⊙O,P为两对角线AC与BD的交点, 则AB·ADBC·CD=APPC. ① 简证 在⊙O中,显然易证△APB∽△CPD和△APD∽△BPC,所以ABCD=APPD,ADBC=PDPC,两式相乘得AB·ADBC·CD=APPC. ① 证明 (1)如图1,因为EF切⊙O于A,EP∥AD,所以∠EAP=∠ADC(弦切角等于它所夹弧所对的圆周角),∠EPA=∠CAD,所以△EPA∽△ADCEADC=APADEA=AP·DCAD. ② 同理可证 △PCK∽△ABCCK=PC·ABBC, ③ △FAP∽△ABCAF=AP·BCAB, ④ △PJC∽△ADCJC=PC·ADDC, ⑤ ②÷③得,EACK=APPC·BC·DCAB·AD, 将①代入此式得EACK=AB·ADBC·CD·BC·DCAB·AD=1,所以EA=CK. 同理由④÷⑤并结合引理可证AF=JC,所以EA+AF=CK+JC,即EF=JK.此即结论(1). (2)如图1,②×④得,EA·AF=AP2·BC·DCAB·AD,由引理得BC·DCAB·AD=PCAP,所以EA·AF=AP2·PCAP=AP·PC. ⑥ 在⊙O1中,由相交弦定理得 EA·AF=AP·HA. ⑦ 比较⑥、⑦可得,HA=PC. 同理可证,CM=AP. 所以HP=HA+AP=PC+AP=AC. 同理可证PM=AC,所以HP=PM=AC(定值).此即结论(2). 推论:若P为AC的中点时,则HA=CM=12AC. (3)如图1,因为AD∥EP,PJ∥DC,并结合弦切角和圆周角定理,所以∠FEP=∠FAD=∠ABD=∠ACD=∠JPM=∠JKM,即∠FEP=∠JKM. 同理可证∠EFP=∠KJM. 又因为EF=JK——结论(1),所以△EFP≌△JMK(ASA),又P、J、M、K四点共圆于⊙O2,所以R1=R2,圆的双切线蝴蝶定理得证.易证⊙O1与⊙O2外切于P点,且另一对角线BD为过P点的两圆公切线. 试想,若以⊙O1和⊙O2等为母圆继续重复以上作法,可呈现一个奇异景象:无数只蝴蝶共栖一枝(AC及其延长线),排成“一字长蝴蝶阵”. 参考文献 [1] [1]曹嘉兴.坎迪定理的等价命题[J].中学数学杂志(初中),2012,(8). [2] 周春荔,蝴蝶定理——研究性学习的一个好课题[J].数学通报,2004,(1) [3] 黄家礼.几何明珠[M].北京:科学普及出版社,1997. 作者简介 丁位卿,男,河南长葛人,发表论文数篇.
《中学教学杂志》2012年第8期刊登了曹嘉兴老师的“坎迪定理的等价命题”(文[1]),间接地证明了闻名中外的经典数学名题——蝴蝶定理.它是世界数学宝库中的一颗明珠,自1815年问世近200年来,广泛博得许多数学家和爱好者的青睐,纷纷对其研究推广,先后发现了坎迪定理,三翅、圆外、椭圆、筝形等蝴蝶定理(文[2]和文[3]).而我独辟蹊径,发现了它的近支——圆的双切线不完全对称蝴蝶定理(如图1,P为蝶心,△EFP和△PJK构成蝴蝶的一对翅膀.查阅了有关文献和大量的资料,没有发现相应或相似的论述或证明).它图形之优美,结论之简洁,无不凸现数学美的神韵,笔者精心证明(只用初中知识),以飨读者. 定理 如图1,四边形ABCD内接于⊙O,P为两对角线AC、BD的交点,对角线AC为定长,过P作作EP∥AD、FP∥AB、PJ∥DC、PK∥BC分别交过A、C两点的⊙O的切线于E、F和J、K四点,△EFP和△PJK的外接圆⊙O1、⊙O2分别与AC的左右延长线交于H、M两点,两圆半径分别为R1和R2,连接JM、MK(为突出蝴蝶图形,将⊙O内接四边形ABCD四边标为虚线),则: (1) EF=JK; (2) HP=PM=AC(定值); (3) R1=R2. 先证明一个引理: 引理 如图2,四边形ABCD内接于⊙O,P为两对角线AC与BD的交点, 则AB·ADBC·CD=APPC. ① 简证 在⊙O中,显然易证△APB∽△CPD和△APD∽△BPC,所以ABCD=APPD,ADBC=PDPC,两式相乘得AB·ADBC·CD=APPC. ① 证明 (1)如图1,因为EF切⊙O于A,EP∥AD,所以∠EAP=∠ADC(弦切角等于它所夹弧所对的圆周角),∠EPA=∠CAD,所以△EPA∽△ADCEADC=APADEA=AP·DCAD. ② 同理可证 △PCK∽△ABCCK=PC·ABBC, ③ △FAP∽△ABCAF=AP·BCAB, ④ △PJC∽△ADCJC=PC·ADDC, ⑤ ②÷③得,EACK=APPC·BC·DCAB·AD, 将①代入此式得EACK=AB·ADBC·CD·BC·DCAB·AD=1,所以EA=CK. 同理由④÷⑤并结合引理可证AF=JC,所以EA+AF=CK+JC,即EF=JK.此即结论(1). (2)如图1,②×④得,EA·AF=AP2·BC·DCAB·AD,由引理得BC·DCAB·AD=PCAP,所以EA·AF=AP2·PCAP=AP·PC. ⑥ 在⊙O1中,由相交弦定理得 EA·AF=AP·HA. ⑦ 比较⑥、⑦可得,HA=PC. 同理可证,CM=AP. 所以HP=HA+AP=PC+AP=AC. 同理可证PM=AC,所以HP=PM=AC(定值).此即结论(2). 推论:若P为AC的中点时,则HA=CM=12AC. (3)如图1,因为AD∥EP,PJ∥DC,并结合弦切角和圆周角定理,所以∠FEP=∠FAD=∠ABD=∠ACD=∠JPM=∠JKM,即∠FEP=∠JKM. 同理可证∠EFP=∠KJM. 又因为EF=JK——结论(1),所以△EFP≌△JMK(ASA),又P、J、M、K四点共圆于⊙O2,所以R1=R2,圆的双切线蝴蝶定理得证.易证⊙O1与⊙O2外切于P点,且另一对角线BD为过P点的两圆公切线. 试想,若以⊙O1和⊙O2等为母圆继续重复以上作法,可呈现一个奇异景象:无数只蝴蝶共栖一枝(AC及其延长线),排成“一字长蝴蝶阵”. 参考文献 [1] [1]曹嘉兴.坎迪定理的等价命题[J].中学数学杂志(初中),2012,(8). [2] 周春荔,蝴蝶定理——研究性学习的一个好课题[J].数学通报,2004,(1) [3] 黄家礼.几何明珠[M].北京:科学普及出版社,1997. 作者简介 丁位卿,男,河南长葛人,发表论文数篇.