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英才学习-阿江2周前 (09-24)定理67

蝴蝶定理


数学中的蝴蝶定理是一个极富魅力的几何定理,它的名称源于其形状如同一只蝴蝶。这个定理在平面几何中有着广泛的应用。

一、蝴蝶定理

蝴蝶定理(butterfly theorem):设m为圆内弦pq的中点,过m作弦ab和cd。设ad和bc各相交pq于点x和y,则m是xy的中点。

蝴蝶定理.webp

其通用形式(坎迪定理)如下:

蝴蝶定理.webp

二、蝴蝶定理证明过程

取ad、bc的中点e、f,连接oe、of、ox、om、oy

由垂径定理,oe⊥ad,of⊥bc,om⊥pq

∵ △adm∽△cbm

∴ ad:db=md:mb

∴ de:bf=md:mb

又∠edm=∠fbm

∴ △edm∽△fbm

∴ ∠aem=∠cfm

又oe⊥ad,om⊥pq

∴ o、e、x、m四点共圆

∴ ∠mox=∠aem

同理,o、f、y、m四点共圆

∴ ∠moy=∠cfm

∴ ∠mox=∠moy

又om⊥pq

∴ mx=my


三、蝴蝶定理推广

该定理实际上是射影几何中一个定理的特殊情况,有多种推广:

1.蝴蝶定理的圆外形式

如下图,延长圆o中两条弦ab与cd交于一点m,过点m做om垂线,垂线与cb和ad的延长线交于e、f,则可得出me=mf


蝴蝶定理.webp


2.在圆锥曲线中

将蝴蝶定理推广到普通的任意圆锥曲线(包括椭圆,双曲线,抛物线,甚至退化到两条相交直线的情况)。

圆锥曲线c上弦pq的中点为m,过点m任作两弦ab,cd,弦ac与bd分别交pq于e,f,则m为ef之中点。

圆锥曲线蝴蝶定理.png

3.坎迪定理

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坎迪定理推广

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