百尺竿頭,更進一步。
本節(jié)接著上節(jié)內容,講解阿基米德三角形的更多性質:
設過焦點為F的拋物線上點A、B的切線交于C',一般的,稱△C’AB為阿基米德三角形。
設N,L為BC',C'A中點,P,Q,R在AB,BC',C'A上,且PQ//AC',PR//BC',O'為△C'AB外心。還有以下問題:
30 △C'NL外接圓是否恒過定點,
31 △C'QR外接圓是否恒過定點,
32 △ABO'外接圓是否恒過定點,
33 y^2=2px的內接三角形有兩邊與x^2=2qy相切,判定此三角形第三條邊與x^2=2qy關系。
30 △C'NL外接圓是否恒過定點,
容易猜測此圓過F。
證法一:
證法二:
由結論26知△C'FA~△BFC',
而N,L為相似對應點,則
∠FNC’=∠FLA.
即FNC’L共圓,即△C'NL外接圓恒過定點F.
證法三:
由結論29知以C'O'為直徑的圓是否恒過定點F。
而顯然N,L也在以C'O'為直徑的圓上,
即FNC’O’L共圓,即△C'NL外接圓恒過定點F.
注:
這里綜合證法二和三就為29提供了一個新的純幾何證明:
由結論26知△C'FA~△BFC',而N,L為相似對應點,則∠FNC’=∠FLA.即FNC’L共圓,而顯然FNO’L共圓,故FNC’O’L共圓,故∠O’FC’=∠O’LC’=90°.
31 △C'QR外接圓是否恒過定點,
思路分析:
不難猜測△C'QR外接圓恒過焦點F,計算角度正切即可。
證明:由平行得
C’Q/QB=AP/PB=AR/RC’=k,
證法二:
由結論26知△C'FA~△BFC',
而Q,R為相似對應點,則
∠FQC’=∠FRA.
即FQC’R共圓,即△C'QR外接圓恒過定點F.
注:
顯然本結論是結論30的進一步推廣,證明也是如法炮制即可。只是計算量大了一些。
32 △O'AB外接圓是否恒過定點,
不難想象△O'AB外接圓過F。
證法一:
∠AFB=∠AOB,從而ABO’F共圓,
即△O'AB外接圓恒過定點F.
證法二:
由結論25得∠FC’A=∠FBC',∠FC’B=∠FAC',則
∠AFB=∠AC’B+∠FAC’+∠FBC’=∠AC’B+∠FC’B+∠FC’A=2∠AC’B=∠AOB.
即FABO’共圓,即△O'AB外接圓恒過定點F.
注:
本題算是一個比較困難的題目,直接計算比較復雜,需要先求出O’坐標,然后利用兩次到角公式,而且過程中要細心的分解因式,當然如果想到平面幾何的思路,利用結論25,可以迅速的解決本題。本題難度基本在聯(lián)賽水平了,作為高考題難度有些高了。
33 y^2=2px的內接三角形有兩邊與x^2=2qy相切,判定此三角形第三條邊與x^2=2qy關系。
思路分析:
不難猜測第三條弦也和拋物線相切。證明的最基本思路是寫出切線方程,聯(lián)立消去y,由相切知判別式為0,得到等式,由兩個等式證明第三個等式即可。
證明:
不失一般性,設p>0,q>0.又設y^2=2px的內接三角形頂點為
A1(x1,y1),A2(x2,y2),A3(x3,y3)
因此(y1)^2=2px1,(y2)^2=2px2 ,(y3)^2=2px3
其中y1≠y2 , y2≠y3 , y3≠y1 .
依題意,設A1A2,A2A3與拋物線x^2=2qy相切,要證A3A1也與拋物線x^2=2qy相切
因為x^2=2qy在原點O處的切線是y^2=2px的對稱軸,所以原點O不能是所設內接三角形的頂點即(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),都不能是(0,0);又因A1A2與x^2=2qy相切,所以A1A2不能與Y軸平行,即x1≠x2 , y1≠-y2,直線A1A2的方程是
注:
(1)本題是1982年的高考壓軸題題,雖然很古老,但是結論渾然天成、歷久彌新。現(xiàn)在看來,依然是一個好題,值得仔細品味。上述證法1中由(1)(2)到(3)也可以用韋達定理證明。當然本題也有其他的證法,不過基本大同小異。
(2)事實上,本結論只是彭色列封閉定理的一個特例。還能大大推廣,囿于難度,這里就不再繼續(xù)深入講解。有興趣的讀者可以參考本公眾號前面的這篇文章(《圓錐曲線中的歐拉察柏公式相關問題》)。
(3)本性質既和前面講解的拋物線兩條切線有關,又和下節(jié)要講解的拋物線三條切線有關,
算是一個完美的無縫連接。
本節(jié)又展示了阿基米德三角形的進一步性質。這些性質都精妙絕倫、巧奪天工,證明也頗為不易,可以用解析計算,也可以用純幾何。難度基本在高考壓軸和競賽附近。當然本結構還有一些更復雜及更困難的幾何性質,囿于篇幅和難度的考慮,這里就先略過了,有興趣的讀者可以自行探討。