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费尔巴哈定理

费尔巴哈定理

(适用于平面几何的数学定理)
费尔巴哈定理描述了三角形的九点圆与其内切圆以及三个旁切圆的位置关系。是平面几何学中十分优美的定理之一。
费尔巴哈定理资料
  • 外文名:Feuerbach’s law
  • 适用领域:平面几何
  • 定理叙述

    三角形的九点圆与其内切圆以及三个旁切圆相切。

    定理证明

    的内心为I,九点圆的圆心为

    。三边中点分别为

    ,内切圆与三边的切点分别是

    ,三边上的垂足分别为

    全局图

    不妨设

    假设

    相切于点

    ,那么LT与

    相交,设另一个交点为

    过点

    的切线,分别交

    ,连接

    又作两圆的公切线

    ,使其与边

    位于

    的同侧。

    由假设知

    都是

    的切线,且与弦

    所夹的圆弧相同,于是

    局部图1

    因此

    这就是说,

    共圆。

    而这等价于:

    故有

    另一方面,

    是公共的切点,自然在

    上,

    因此

    共圆,进而有

    局部图2

    由已导出的

    共圆,得

    (这里用了

    ,以及直角三角形斜边上中线等于斜边的一半)

    所以,就得到

    注意到

    均与

    相切,于是有

    三式相加,即知

    也即是说

    三点共线

    另外,

    ,这可由

    得到。

    (这说明,公切点

    可如下得到:

    连接

    ,并延长交

    于点

    过点

    的切线,切点为

    ,交

    最后连接

    ,其延长线与

    的交点即是所谓的公切点

    连接

    ,与

    交于点

    的中点。

    前面已得到:

    然而

    中位线

    于是

    因之

    由于以上推导均可逆转,因此我们只需证明:

    。往证之

    这等价于:

    与圆

    相切

    于是只需证:

    局部图3

    再注意到

    的中位线),即有

    角平分线,于是

    于是又只需证:

    即证:

    这即是证:

    四点共圆

    由于

    (易得),

    所以

    确实共圆。

    这就证明了

    内切。

    旁切圆的情形是类似的。

    证毕

    另略证:

    (其中

    是垂心H的垂足三角形的内切圆半径,

    是三角形

    外接圆和内切圆半径)

    这就证明了九点圆与内切圆内切(九点圆半径为外接圆半径一半。

    九点圆圆心

    为内心)
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