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¿Qué es tan especial acerca de triángulos?

Tomar al azar cualquier triángulo.

Si nos basamos interna-ángulo-bisectrices de sus ángulos, que se cruzan en el mismo punto. enter image description here

Si trazamos las mediatrices de cada lado (aunque no cevians), que son concurrentes.
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Lo mismo pasa con la altitud, y las medianas correspondientes a cada vértice

Por supuesto, cualquiera de las dos líneas no paralelas en un plano se cruzan, pero en los triángulos, las tres líneas son concurrentes! ¿Hay alguna razón en especial detrás de esto? Ha sido explicado? No podía encontrar ningún razonamiento en la red.


Hasta el momento, tengo pruebas, pero lo que yo estoy buscando es lo que @GregHill dijo:

¿Alguien sabe una manera de explicar la idea de triángulo de apelaciones concurrentes basados en algo intrínseco sobre triángulos?"

¿Por qué los triángulos tienen esta propiedad de tener cevians (y otras líneas) concurrente?

$P.S:$ Gracias a @Azul para la palabra correcta para las "líneas" de un triángulo: Cevians :)

10voto

Dan Rust Puntos 18227

Porque los acordes por los bordes de un triángulo en el Círculo circunscrito todos pertenecen al mismo círculo, la mediatriz de los acordes debe pasar por el centro de ese círculo, y ahí todas las líneas se intersectan en el centro.

7voto

Denny Abraham Puntos 362

Suena como que usted está buscando una base única explicación para la concurrencia de los 3 sets de cevians (angular bisectrices, altitudes y medianas), además de las mediatrices, que no son cevians porque no se conectan a un vértice al lado opuesto (a menos que el triángulo es isósceles). Estos no son los únicos apelaciones concurrentes asociados con triángulos. Por ejemplo, el externo bisectrices de dos ángulos de un triángulo son concurrentes con la interna de la bisectriz del tercer ángulo. Si usted no está buscando una base única explicación, que realmente están pidiendo varias preguntas diferentes a las que usted va a obtener varias respuestas!

El 3 cevian apelaciones concurrentes, todo puede ser demostrado el uso del teorema de Ceva, que se muestra en el diagrama de abajo, aunque, por bisectrices internas, una prueba de uso del teorema de Ceva sería más complicado (contorno de la forma más fácil es: desde cualquier punto en cualquier bisectriz es equidistante de los lados adyacentes, y desde cualquiera de las dos bisectrices comparten un lado adyacente, el punto donde se intersectan es equidistante de los tres lados). A continuación el diagrama de Ceva del teorema es un diagrama que describa cómo usted podría utilizar Ceva para mostrar la concurrencia de las alturas.

Creo que la única explicación', aunque sería interesante. ¿Alguien sabe una manera de explicar la idea de triángulo de apelaciones concurrentes basados en algo intrínseco sobre triángulos?

Ceva's Theorem

Ceva's Theorem applied to altitudes

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7voto

Brian Deacon Puntos 4185

Aquí es una extensión del teorema de Ceva, que incorpora la concurrencia de las mediatrices (y, en realidad, (casi) cualquier trío de líneas).


Vamos a líneas distintas $p := \overleftrightarrow{P_1P_2}$, $q := \overleftrightarrow{Q_1Q_2}$, $r := \overleftrightarrow{R_1R_2}$ cumplir con los (extended) de los bordes de la no-degenerada $\triangle ABC$ tal que $$P_1 = A + p_1 (B-A) \qquad Q_1 = B + q_1 (C-B) \qquad R_1 = C + r_1(A-C)$$ $$P_2 = A + p_2 (C-A) \qquad Q_2 = B + q_2 (A-B) \qquad R_2 = C + r_2(B-C)$$ para algunos $p_1$, $p_2$, $q_1$, $q_2$, $r_1$, $r_2$. Entonces $p$, $q$, $r$ de acuerdo, si y sólo si $$\begin{array}{c} p_1 q_1 r_1 ( 1 - p_2 - q_2 - r_2 ) + p_2 q_2 r_2 ( 1 - p_1 - q_1 - r_1 ) \\[4pt] +\; p_1 q_1 \; q_2 r_2 \;+\; q_1 r_1 \; r_2 p_2 \;+\; r_1 p_1 \; p_2 q_2 \quad = \quad 0 \end{array} \qquad (\estrella)$$

(Prueba ---por ejemplo, el uso de sencillo vector métodos--- se deja como ejercicio para el lector.)


Al $p_1 = q_1 = r_1 = 1$, luego $p$, $q$, $r$ son cevians a través de $B$, $C$, $A$, respectivamente, y $(\star)$ reduce a $$( 1 - p_2 )( 1 - q_2 )( 1 - r_2 ) = p_2 q_2 r_2 \qquad (\star\star)$$ el que rescata del Teorema de Ceva.


Si $p$, $q$, $r$ son perpendiculares a $\overline{AB}$ (de longitud $c$), $\overline{BC}$ (de longitud $a$), $\overline{CA}$ (de longitud $b$), respectivamente, entonces, a través de triángulo rectángulo $\triangle AP_1 P_2$, $$|AP_1| = |AP_2|\cos A \quad\implies\quad c p_1 = b p_2 \cos A = b p_2 \frac{-a^2+b^2+c^2}{2bc}$$ de dónde $$ p_2 = \frac{2 c^2 p_1}{-a^2+b^2+c^2} \qquad q_2 = \frac{2^2 q_1}{a^2-b^2+c^2} \qquad r_2 = \frac{2 b^2 r_1}{a^2+b^2-c^2}$$ y (para los no-degenerada $\triangle ABC$) condición de $(\star)$ reduce a $$a^2 + b^2 + c^2 = 2 \left( a^2 q_1 + b^2 r_1 + c^2 p_1 \right) \qquad (\star\star\star)$$

Si $p$, $q$, $r$ son, más específicamente, perpendicular bisectrices del triángulo de los bordes, a continuación,$p_1 = q_1 = r_1 = 1/2$. Esto satisface $(\star\star\star)$, por lo que las líneas son concurrentes.


Edit. Después de despedir esta idea de todo un poco, se me ocurrió una mejor interpretación de los Ceva extensión, incluyendo una más-Ceva-como la versión de $(\star)$. Voy a aprovechar esta oportunidad para cambiar el nombre de algunos puntos.

Extendida del Teorema de Ceva. Considerar los puntos de $D_1$, $D_2$, $E_1$, $E_2$, $F_1$, $F_2$ en el (extended) de los bordes de $\triangle ABC$, con $D_i$, $E_i$, $F_i$ en el (ampliada) del borde opuesto del vértice $A$, $B$, $C$, respectivamente.

Extended Ceva' Theorem

Líneas $\overleftrightarrow{D_1E_2}$, $\overleftrightarrow{E_1F_2}$, $\overleftrightarrow{F_1D_2}$ de acuerdo, si y sólo si $$\begin{align} 1 &= \frac{|BD_1|}{|D_1C|} \frac{|CE_1|}{|E_1A|} \frac{|AF_1|}{|F_1B|} + \frac{|D_2C|}{|BD_2|} \frac{|E_2A|}{|CE_2|} \frac{|F_2B|}{|AF_2|} \\[6pt] &+ \frac{|BD_1|}{|D_1C|} \frac{|D_2C|}{|BD_2|} + \frac{|CE_1|}{|E_1A|} \frac{|E_2A|}{|CE_2|} + \frac{|AF_1|}{|F_1B|} \frac{|F_2B|}{|AF_2|} \qquad\qquad (\star\star\star\star) \end{align}$$ Nota: Los usos anteriores firmado longitudes, con $\overrightarrow{AB}$, $\overrightarrow{BC}$, $\overrightarrow{CA}$ indica la dirección de una manera positiva-firmado segmento en cada uno de los laterales del triángulo.

Tenemos Ceva del Teorema de vuelta de la Extendida del Teorema de Ceva moviendo $D_2$, $E_2$, $F_2$ coincidiendo con $C$, $A$, $B$, respectivamente, por lo que el $|D_2C| = |E_2A| = |F_2B| = 0$; esto elimina todos, pero el primer término del lado derecho de la $(\star\star\star\star)$.

Para la perpendicular de la variante, con las tres líneas ("orthians"?) perpendicular a los lados de $\triangle ABC$ a $D_1$, $E_1$, $F_1$, podemos escribir $$|D_2C| = |BC| - |BD_2| \qquad |E_2A| = |CA| - |CE_2| \qquad |F_2B| = |AB| - |AF_2|$$ y luego también $$|BD_2| = -\frac{|F_1B|}{\cos B} \qquad |CE_2| = -\frac{|D_1C|}{\cos C}\qquad |AF_2| = -\frac{|E_1A|}{\cos A}$$ (los negativos de mantener las relaciones de la firma longitudes). Expresan los cosenos en términos de las longitudes de los triángulos en los bordes y, a continuación, expresar esas longitudes como $$|BC| = |BD_1|+|D_1C| \qquad |CA| = |CE_1| + |E_1C| \qquad |AB| = |AF_1|+|F_1B|$$ la ecuación de $(\star\star\star\star)$, finalmente, se reduce a algo mucho más bonitas que las de $(\star\star\star)$; es decir, $$|BD_1|^2 + |CE_1|^2 + |AF_1|^2 = |D_1C|^2 + |E_1A|^2 + |F_1B|^2$$ (En una reciente respuesta, que yo llamo el resultado anterior "Ortha del Teorema" y proporcionar un stand-alone prueba geométrica.)

4voto

Ahaan S. Rungta Puntos 6129

La prueba del Teorema de Ceva

Utilizamos baricéntrico de coordenadas. Desde $P_a$ se encuentra en $BC$, el punto de $P_a$ tiene la forma $P_a=(0,d,1-d)$. De manera que la ecuación de la línea $AP_a$ es simplemente $$ z = \dfrac {1-d}{d} y. $$ Similary, if we let $ P_b = (1 - e, 0, e) $ and $ P_c = (f, 1 - f, 0) $, then the lines $$ and $CF$ have equations $ x = \frac {1-e}{e} z $ and $ y = \frac {1 - f}{f} x $, respectivamente.

Observe que este sistema de tres ecuaciones es homogénea, por lo que podemos ignorar la baricéntrico condición de que $x+y+z=1$ temporalmente. Entonces, es fácil ver que esta ecuación tiene soluciones si y sólo si $$ \dfrac {(1-d)(1-e)(1-f)}{def} = 1, $$, que es equivalente a la del Teorema de Ceva.

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