[翻譯]錐線幾何(Geometry of Conics)第一章:二次曲線的諸基本性質(zhì)1.7(II)

本文譯自A. V. Akopyan, A. A. Zaslavsky, trans. Alex Martsinkovsky, Geometry of Conics, American Mathematical Society, 2007.
翻譯:野呂侯奈因
僅供學(xué)習(xí)交流使用
譯者按:
?????? 本書在幾何愛好者之間小有人氣,但目前網(wǎng)上只能找到一些零散的翻譯.鑒于目前通行的數(shù)學(xué)教學(xué)中對于二次曲線問題的處理方式過于單一,希望能借翻譯本書的機會來推廣一下二次曲線的射影幾何視角.

? ? ???接下來的定理實際上可以理解為定理1.9的結(jié)論.但我們會用到西姆松線(Simson's line)來證明它,而這則可以引出拋物線更有趣的結(jié)論.
定理1.10.?若外接于一拋物線(即直線
都與拋物線相切),則有拋物線的焦點落在
的外接圓上.
證明. 由引理1.1的推論,焦點在每一邊上的投影都會落在一條直線上(即該拋物線在其頂點處的切線).而接下來我們將用到西姆松引理(Simson's?lemma).
引理1.3(西姆松).?在
上的投影共線當(dāng)且僅當(dāng)
在
的外接圓上時成立.

證明.?設(shè)和
分別是
在
和
上的投影.我們在此只考慮圖1.31中的形式,不過其余情況的證法也類似.
????? ?由四點共圓,有
.同理,有
.而
三點共線當(dāng)且僅當(dāng)
時成立,也就是當(dāng)
時,而這意味著
會落在
的外接圓上,其余情況也同理.
???????其逆命題的證明也別無二致.若落在
的外接圓上,則會有
(第二個等號是因為
四點共圓).同理,
.故有
三點共線.
???????于是也就證明了定理1.10.
???????該線通常被叫做點的西姆松線.
???????因此對于的外接圓上任意一點,都能確定出一條唯一的拋物線與三邊都相切.更準(zhǔn)確地說,在
外接圓上取任意一點
并作出其關(guān)于三邊的對稱點,分別設(shè)其為
和
,就會有它們?nèi)c共線.而以
為焦點,
為準(zhǔn)線確定的拋物線會與
的每一邊相切(以下圖為例,拋物線會與
切于
于以
為垂足的
的垂線的交點上;見圖1.32).

???????(譯者注:其中三個對稱點共線是由其兩兩確定的任一直線都與西姆松線關(guān)于的位似比相同.)
???????西姆松線還有著更多有趣的性質(zhì).
引理1.4.?若點落在
的外接圓上,在外接圓上再取一點
使得直線
垂直于直線
.則有
平行于
的西姆松線(圖1.33).

證明.?在此只考慮圖1.33中的情形,其余情形證法類似.設(shè)和
分別為
在
和
上的投影.由同弧所對圓周角相等有
.而又由
四點共圓(其中
為該圓直徑)及圓的內(nèi)接四邊形對角互補有
.故可得
平行于
.
推論1. 當(dāng)在圓上運動時,西姆松線會以
變化率一半為速度向相反方向旋轉(zhuǎn).
(譯者注:沿用圖1.33中的記號,注意到與
的變化率相同而方向相反,再結(jié)合同弧所對圓周角等于其所對圓心角的一半,該推論就是顯然的結(jié)果了.)
推論2. 關(guān)于
的西姆松線平分線段
(其中
為
的垂心).(圖1.34)

證明.?不難發(fā)現(xiàn),故有
關(guān)于
的對稱點
落在
的外接圓上.由于
和
都垂直于
,四邊形
也就是一個梯形;又由其內(nèi)接與一圓,故其也必為等腰梯形.因此與
關(guān)于
(顯然其平行于該梯形的一條對稱軸)對稱的
平行于
(其中
為
關(guān)于
的對稱點),也就平行于西姆松線.而由
(
在
上的投影)為
的中點有西姆松線為
的中位線,也就平分了
.
定理1.11. 拋物線外切三角形的垂心總會落在其準(zhǔn)線上(圖1.35).
(譯者注:由引理1.1及其推論再結(jié)合引理1.4的推論2,該結(jié)論同樣是顯然的.)
