教材 · 数学 Course 2 · 图形 · 图形的性质
切瓦定理与梅涅劳斯定理
チェバの定理・メネラウスの定理
三线共点(切瓦)和一线截三边(梅涅劳斯)都满足 ,沿「顶点→分点→顶点」绕一圈写。两者的逆定理用来证明三线共点、三点共线;用梅涅劳斯定理时要先说清用哪个三角形、哪条直线。
三角形的图里常出现两种结构:从三个顶点各引一条线,三条线交于一点;或者一条直线斜穿过去,和三条边(或延长线)各交一点。这两种图里,边被分成的比互相牵制,知道两个就能求出第三个。切瓦定理管前一种,梅涅劳斯定理管后一种,两个式子长得一模一样,读法也一样:从一个顶点出发,绕三角形走一圈。
为什么是这样
切瓦定理可以用面积比看出来。设 、、 交对边于 、、。 与 共用底边 ,面积比等于 、 到直线 的距离之比,而这两段距离之比正是 。所以 ,同理 ,,三式相乘,面积全部约掉。
梅涅劳斯定理可以用平行线看出来。直线交三边所在直线于 、、,从 、、 向这条直线作垂线,长为 、、,每个比都等于两条垂线之比:,,,乘起来同样是 。一条直线不可能穿过三条边的内部,所以三个交点要么两个在边上、一个在延长线上,要么三个都在延长线上。
两个逆定理都用同一法证明:先作出满足定理的点,再由「按同一比分同一线段的点只有一个」说明重合。例如三条中线的比都是 ,三条角平分线的比是 ,由切瓦的逆立刻知道它们各自交于一点。
定量表达
式子的读法:从顶点 出发,到分点 ,到顶点 ,到分点 ,到顶点 ,到分点 ,回到 ,走过的线段交替放进分子和分母。从哪个顶点出发、顺时针还是逆时针都行,只要一路不跳。写完检查:每个顶点、每个分点在分子和分母里各出现一次。
梅涅劳斯定理的关键是选三角形和直线。要求的比(如 )所在的线段,要当作三角形的一条边;再找一条同时穿过这条边和另两边(或延长线)的直线,使另外两个比已知。同一张图常有好几种「三角形+直线」的组合,另一种组合可以拿来验算。
- 三角形的三个顶点
- 分别在直线 、、 上的分点(内分点或外分点)
- 切瓦:、、 是直线 、、 与对边(或延长线)的交点, 不在三边所在的直线上(在三角形内、外都可以)
- 梅涅劳斯:、、 是一条不过顶点的直线与三边所在直线的交点
- 逆定理:乘积为 时,切瓦的逆(、、 中 1 个或 3 个在边上,且 与 相交)给出三线共点,梅涅劳斯的逆(1 个或 3 个在延长线上)给出三点共线
- 外分点也照写线段的长,不加负号
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