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楼主: 渣k

H是ΔABC外接圆Γ垂心,过A,H圆ω与AB,AC交于D,E,AD=AE,…,证:QE,PD交点S在圆ω上

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发表于 2021-12-8 10:18 | 显示全部楼层
给三种表示:


第一种(%78):
\[ s = tan \frac{A}{2}, \quad  t = tan \frac{B}{2}\]

第二种(%79):
\[ z = e^{i A}, \quad  w =  e^{i B}\]

第三种(%80):
将\(A,B,C\) 设为单位圆上的复数,\( |a| = |b| = |c| = 1\), 此为史勇常用的复数设法。

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第三种好看,更容易发现几何意义  发表于 2021-12-8 22:01
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发表于 2021-12-8 11:33 | 显示全部楼层
在原题中还可推出:

① A、O、S 三点共线。 ② AO 是角 PAQ 的角平分线。 ③  S 是三角形 APQ 的垂心。 ④ AP=AQ,SP=SQ,即三角形 APQ 和  SPQ  都是等腰三角形。

⑤ 以 AS 为直径的圆(圆心为 O3)交 AQ 于 D3,交 AP 于 E3,则该圆与圆 O 相内切于 A 点。D、D3、S、P 共线,E、E3、S、Q 共线。  

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发表于 2021-12-8 21:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 天山草 于 2021-12-10 17:00 编辑



  1. Clear["Global`*"]; (*设三角形ABC的外接圆为单位圆,C 点在正 x 轴上,如图一*)

  2. \!\(\*OverscriptBox[\(o\), \(_\)]\) = o = 0;
  3. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\) = c = 1;

  4. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) = 1/a; b = t^2;
  5. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\) = 1/b;
  6. \!\(\*OverscriptBox[\(t\), \(_\)]\) = 1/t;
  7. \!\(\*OverscriptBox[\(p\), \(_\)]\) = 1/p;
  8. h = a + b + c(*当三角形外心在坐标原点时此式成立*);
  9. \!\(\*OverscriptBox[\(h\), \(_\)]\) =
  10. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) +
  11. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\) +
  12. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\);
  13. m = (a + h)/2;(* M是A、H的中点*)
  14. \!\(\*OverscriptBox[\(m\), \(_\)]\) = (
  15. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) +
  16. \!\(\*OverscriptBox[\(h\), \(_\)]\))/2;
  17. k[a_, b_] := (a - b)/(
  18. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  19. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\));
  20. \!\(\*OverscriptBox[\(k\), \(_\)]\)[a_, b_] := 1/k[a, b];(*直线的复斜率*)
  21. Jd[k1_, a1_, k2_, a2_] := -((k2 (a1 - k1
  22. \!\(\*OverscriptBox[\(a1\), \(_\)]\)) - k1 (a2 - k2
  23. \!\(\*OverscriptBox[\(a2\), \(_\)]\)))/(k1 - k2));

  24. \!\(\*OverscriptBox[\(Jd\), \(_\)]\)[k1_, a1_, k2_, a2_] := -((a1 - k1
  25. \!\(\*OverscriptBox[\(a1\), \(_\)]\) - (a2 - k2
  26. \!\(\*OverscriptBox[\(a2\), \(_\)]\)))/(k1 - k2));
  27. (*复斜率等于k1且经过A1点的直线,与复斜率等于k2且经过A2点的直线,两直线的交点*)
  28. FourPoint[a_, b_, c_, d_] := ((
  29. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\) d - c
  30. \!\(\*OverscriptBox[\(d\), \(_\)]\)) (a - b) - (
  31. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) b - a
  32. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\)) (c - d))/((a - b) (
  33. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\) -
  34. \!\(\*OverscriptBox[\(d\), \(_\)]\)) - (
  35. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  36. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\)) (c - d));

  37. \!\(\*OverscriptBox[\(FourPoint\), \(_\)]\)[a_, b_, c_, d_] := -(((c
  38. \!\(\*OverscriptBox[\(d\), \(_\)]\) -
  39. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\) d) (
  40. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  41. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\)) - ( a
  42. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\) -
  43. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) b) (
  44. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\) -
  45. \!\(\*OverscriptBox[\(d\), \(_\)]\)))/((a - b) (
  46. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\) -
  47. \!\(\*OverscriptBox[\(d\), \(_\)]\)) - (
  48. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  49. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\)) (c - d)));
  50. (*过A、B点的直线与过C、D点的直线的交点*)
  51. Duichengdian[a_, b_, p_] := (
  52. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) b - a
  53. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\) +
  54. \!\(\*OverscriptBox[\(p\), \(_\)]\) (a - b))/(
  55. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  56. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\));(*P点关于直线 AB 的镜像*)

  57. \!\(\*OverscriptBox[\(Duichengdian\), \(_\)]\)[a_, b_, p_] := (a
  58. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\) -
  59. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) b + p (
  60. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  61. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\)))/(a - b);
  62. o1 = Simplify[ Jd[-k[a, h], m, k[a, t], a]];

  63. \!\(\*OverscriptBox[\(o1\), \(_\)]\) = Simplify[
  64. \!\(\*OverscriptBox[\(Jd\), \(_\)]\)[-k[a, h], m, k[a, t], a]];
  65. Print["o1=", o1];
  66. Duichengdian1[a_, k_, p_] := -k
  67. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) + k
  68. \!\(\*OverscriptBox[\(p\), \(_\)]\) +
  69.    a;   (* P 点关于直线的镜像, 直线过 A 点且复斜率为 k *)

  70. \!\(\*OverscriptBox[\(Duichengdian1\), \(_\)]\)[a_, k_, p_] := (k
  71. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) - a + p)/k;
  72. d = Simplify[Duichengdian1[o1, -(a - b)/(
  73. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  74. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\)), a]] ;

  75. \!\(\*OverscriptBox[\(d\), \(_\)]\) = Simplify[
  76. \!\(\*OverscriptBox[\(Duichengdian1\), \(_\)]\)[o1, -(a - b)/(
  77. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  78. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\)), a]];
  79. Print["d = ", d];
  80. e = Simplify[Duichengdian1[o1, -(a - c)/(
  81. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  82. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\)), a]] ;

  83. \!\(\*OverscriptBox[\(e\), \(_\)]\) = Simplify[
  84. \!\(\*OverscriptBox[\(Duichengdian1\), \(_\)]\)[o1, -(a - c)/(
  85. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  86. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\)), a]];
  87. Print["e=", e];
  88. x = Simplify[Duichengdian[o, o1, a]];
  89. \!\(\*OverscriptBox[\(x\), \(_\)]\) = Simplify[
  90. \!\(\*OverscriptBox[\(Duichengdian\), \(_\)]\)[o, o1, a]];
  91. Print["x=", x];
  92. q = Simplify[-(k[x, d]/x)];
  93. \!\(\*OverscriptBox[\(q\), \(_\)]\) = Simplify[1/q]; p =
  94. Simplify[-(k[x, e]/x)];
  95. \!\(\*OverscriptBox[\(p\), \(_\)]\) = Simplify[1/p];
  96. Print["p=", p];
  97. Print["q=", q];
  98. s = Simplify[FourPoint[q, e, p, d]];
  99. \!\(\*OverscriptBox[\(s\), \(_\)]\) = Simplify[
  100. \!\(\*OverscriptBox[\(FourPoint\), \(_\)]\)[q, e, p, d]];
  101. Print["s=", s];
  102. Print["SE的复斜率/SD的复斜率 = ", Simplify[k[s, e]/k[s, d]]]
  103. Print["AE的复斜率/AD的复斜率 = ", Simplify[k[a, e]/k[a, d]]]
  104. If[Simplify[k[s, e]/k[s, d]] == Simplify[k[a, e]/k[a, d]],
  105. Print["由于上述两个复斜率的比值相等,因此 ADSE 四点共圆。"]]
  106. Print["OA的复斜率 = ", Simplify[k[o, a]], "     OS的复斜率 = ",
  107.   Simplify[k[o, s]]];
  108. If[Simplify[k[o, a]/k[o, s]] == 1,
  109. Print["因为OA的复斜率与OS的复斜率相等,故 A、O、S 三点共线"]]
  110. Print["AS的复斜率 = ", Simplify[k[a, s]], "     PQ的复斜率 = ",
  111.   Simplify[k[p, q]]];
  112. If[Simplify[k[a, s]/k[p, q]] == -1,
  113. Print["因为AS的复斜率与PQ的复斜率是相反数,故这两条直线垂直"]]
  114. Print["PS的复斜率 = ", Simplify[k[p, s]], "     AQ的复斜率 = ",
  115.   Simplify[k[a, q]]];
  116. If[Simplify[k[p, s]/k[a, q]] == -1,
  117. Print["因为PS的复斜率与AQ的复斜率是相反数,故这两条直线垂直"]]
  118. Print["QS的复斜率 = ", Simplify[k[q, s]], "     AP的复斜率 = ",
  119.   Simplify[k[a, p]]];
  120. If[Simplify[k[q, s]/k[a, p]] == -1,
  121. Print["因为QS的复斜率与AP的复斜率是相反数,故这两条直线垂直"]]
  122. S2[a_, b_] := (a - b) (
  123. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  124. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\)); (* A点到B点长度的平方 *)
  125. Print["AP = ", Simplify[S2[a, p]], "    AQ = ", Simplify[S2[a, q]]];
  126. If[Simplify[S2[a, p]/S2[a, q]] == 1, Print["因为 AP = AQ, 故二者长度相等"]]
  127. Print["SP = ", Simplify[S2[s, p]], "    SQ = ", Simplify[S2[s, q]]];
  128. If[Simplify[S2[s, p]/S2[s, q]] == 1, Print["因为 SP = SQ, 故二者长度相等"]]
  129. o2 = Simplify[ Jd[-k[a, b], m, k[a, t], a]];  
  130. \!\(\*OverscriptBox[\(o2\), \(_\)]\) = Simplify[
  131. \!\(\*OverscriptBox[\(Jd\), \(_\)]\)[-k[a, b], m, k[a, t], a]];
  132. Print["o2=", o2];
  133. d2 = Simplify[Duichengdian1[o2, -(a - b)/(
  134. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  135. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\)), a]] ;

  136. \!\(\*OverscriptBox[\(d2\), \(_\)]\) = Simplify[
  137. \!\(\*OverscriptBox[\(Duichengdian1\), \(_\)]\)[o2, -(a - b)/(
  138. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  139. \!\(\*OverscriptBox[\(b\), \(_\)]\)), a]];
  140. Print["d2 = ", d2];
  141. e2 = Simplify[Duichengdian1[o2, -(a - c)/(
  142. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  143. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\)), a]] ;

  144. \!\(\*OverscriptBox[\(e2\), \(_\)]\) = Simplify[
  145. \!\(\*OverscriptBox[\(Duichengdian1\), \(_\)]\)[o2, -(a - c)/(
  146. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  147. \!\(\*OverscriptBox[\(c\), \(_\)]\)), a]];
  148. Print["e2 = ", e2];
  149. x2 = Simplify[Duichengdian[o, o2, a]];
  150. \!\(\*OverscriptBox[\(x2\), \(_\)]\) = Simplify[
  151. \!\(\*OverscriptBox[\(Duichengdian\), \(_\)]\)[o, o2, a]];
  152. Print["x2=", x2];
  153. Print["X2D2 的复斜率 = ", Simplify[k[x2, d2]], ",    D2Q 的复斜率 = ",
  154.   Simplify[k[d2, q]]];
  155. If[Simplify[k[x2, d2]/ k[d2, q]] == 1,
  156. Print["由于X2D2的复斜率等于D2Q的复斜率,因此 X2、D2、Q 三点共线。"]]
  157. Print["X2E2 的复斜率 = ", Simplify[k[x2, e2]], ",    E2P 的复斜率 = ",
  158.   Simplify[k[e2, p]]];
  159. If[Simplify[k[x2, e2]/ k[e2, p]] == 1,
  160. Print["由于X2E2的复斜率等于E2P的复斜率,因此 X2、E2、P 三点共线。"]]
  161. o3 = (a + s)/2;
  162. \!\(\*OverscriptBox[\(o3\), \(_\)]\) = (
  163. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) +
  164. \!\(\*OverscriptBox[\(s\), \(_\)]\))/2;
  165. d3 = Simplify[Duichengdian1[o3, -(a - q)/(
  166. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  167. \!\(\*OverscriptBox[\(q\), \(_\)]\)), a]] ;

  168. \!\(\*OverscriptBox[\(d3\), \(_\)]\) = Simplify[
  169. \!\(\*OverscriptBox[\(Duichengdian1\), \(_\)]\)[o3, -(a - q)/(
  170. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  171. \!\(\*OverscriptBox[\(q\), \(_\)]\)), a]];
  172. Print["d3 = ", d3];
  173. e3 = Simplify[Duichengdian1[o3, -(a - p)/(
  174. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  175. \!\(\*OverscriptBox[\(p\), \(_\)]\)), a]] ;

  176. \!\(\*OverscriptBox[\(e3\), \(_\)]\) = Simplify[
  177. \!\(\*OverscriptBox[\(Duichengdian1\), \(_\)]\)[o3, -(a - p)/(
  178. \!\(\*OverscriptBox[\(a\), \(_\)]\) -
  179. \!\(\*OverscriptBox[\(p\), \(_\)]\)), a]];
  180. Print["e3 = ", e3];
  181. Print["DD3 的复斜率 = ", Simplify[k[d, d3]], ",    D3S 的复斜率 = ",
  182.   Simplify[k[d3, s]], ",    SP 的复斜率 = ", Simplify[k[s, p]]];
  183. If[Simplify[k[d, d3]/ k[d3, s]] == 1 &&
  184.   Simplify[k[d3, s]/ k[s, p]] == 1,
  185. Print["由于DD3、D3S、SP 的复斜率都相等,因此 D、D3、S、P 四点共线。"]]
  186. Print["EE3 的复斜率 = ", Simplify[k[e, e3]], ",    E3S 的复斜率 = ",
  187.   Simplify[k[e3, s]], ",    SQ 的复斜率 = ", Simplify[k[s, q]]];
  188. If[Simplify[k[e, e3]/ k[e3, s]] == 1 &&
  189.   Simplify[k[e3, s]/ k[s, q]] == 1,
  190. Print["由于EE3、E3S、SQ 的复斜率都相等,因此 E、E3、S、Q 四点共线。"]]

复制代码


运 行 结 果:




上面这个程序是 2021-12-10 改进以后的,运行结果与原先的完全相同。改进之处是求 d、e、d2、e2、d3、e3 这些点的坐标的方法不用解方程了,因而程序更加简练。


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不错,内容很丰富  发表于 2021-12-9 20:26
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发表于 2021-12-9 22:19 | 显示全部楼层
假设A在原点,角BAC平分线与实轴重合,AB的长度等于单位长度

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