托勒密定理

2021-06-22 00:15:10 字數 1755 閱讀 8480

目錄

1定理內容

2證明方法

3相關介紹

展開定理的內容 托勒密(ptolemy)定理指出,圓的內接凸四邊形兩對對邊乘積的和等於兩條對角線的乘積。

原文:圓的內接四邊形中,兩對角線所包矩形的面積等於 一組對邊所包矩形的面積與另一組對邊所包矩形的面積之和。

從這個定理可以推出正弦、余弦的和差公式及一系列的三角恒等式,托勒密定理實質上是關於共圓性的基本性質。

(以下是推論的證明,托勒密定理可視作特殊情況。)

在任意凸四邊形abcd中(如右圖),作△abe使∠bae=∠cad ∠abe=∠ acd,連線de.

則△abe∽△acd

所以 be/cd=ab/ac,即be·ac=ab·cd (1)

所以△abc∽△aed.

bc/ed=ac/ad,即ed·ac=bc·ad (2)

(1)+(2),得

ac(be+ed)=ab·cd+ad·bc

又因為be+ed≥bd

(僅在四邊形abcd是某圓的內接四邊形時,等號成立,即「托勒密定理」)

用a、b、c、d分別表示四邊形頂點a、b、c、d的複數,則ab、cd、ad、bc、ac、bd的長度分別是:(a-b)、(c-d)、(a-d)、(b-c)、(a-c)、(b-d)。 首先注意到複數恒等式: (a − b)(c − d) + (a − d)(b − c) = (a − c)(b − d) ,兩邊取模,運用三角不等式得。 等號成立的條件是(a-b)(c-d)與(a-d)(b-c)的輻角相等,這與a、b、c、d四點共圓等價。 四點不限於同一平面。 平面上,托勒密不等式是三角不等式的反演形式。

設abcd是圓內接四邊形。 在弦bc上,圓周角∠bac = ∠bdc,而在ab上,∠adb = ∠acb。 在ac上取一點k,使得∠abk = ∠cbd; 因為∠abk + ∠cbk = ∠abc = ∠cbd + ∠abd,所以∠cbk = ∠abd。 因此△abk與△dbc相似,同理也有△abd ~ △kbc。 因此ak/ab = cd/bd,且ck/bc = da/bd; 因此ak·bd = ab·cd,且ck·bd = bc·da; 兩式相加,得(ak+ck)·bd = ab·cd + bc·da; 但ak+ck = ac,因此ac·bd = ab·cd + bc·da。證畢。

托勒密定理:圓內接四邊形中,兩條對角線的乘積(兩對角線所包矩形的面積)等於兩組對邊乘積之和(一組對邊所包矩形的面積與另一組對邊所包矩形的面積之和).已知:圓內接四邊形abcd,求證:ac·bd=ab·cd+ad·bc.

證明:如圖1,過c作cp交bd於p,使∠1=∠2,又∠3=∠4,∴△acd∽△bcp.得ac:bc=ad:bp,ac·bp=ad·bc ①。又∠acb=∠dcp,∠5=∠6,∴△acb∽△dcp.得ac:cd=ab:dp,ac·dp=ab·cd ②。①+②得 ac(bp+dp)=ab·cd+ad·bc.即ac·bd=ab·cd+ad·bc.

四、廣義托勒密定理:設四邊形abcd四邊長分別為a,b,c,d,兩條對角線長分別為m,n,則有:

m^2*n^2=a^2*c^2+b^2*d^2-2abcd*cos(a+c)

1.任意凸四邊形abcd,必有ac·bd≤ab·cd+ad·bc,當且僅當abcd四點共圓時取等號。

2.托勒密定理的逆定理同樣成立:乙個凸四邊形兩對對邊乘積的和等於兩條對角線的乘積,則這個凸四邊形內接於一圓

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