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[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)

2023-08-27 15:20 作者:瀰?夃  | 我要投稿

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%5Ctriangle%20ABC外接于一拋物線(即直線AB%E3%80%81BC%E3%80%81CA都與拋物線相切),則有拋物線的焦點落在%5Ctriangle%20ABC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).?P%5Ctriangle%20ABC上的投影共線當(dāng)且僅當(dāng)P%5Ctriangle%20ABC的外接圓上時成立.

圖1.31

證明.?設(shè)P_a%E3%80%81P_bP_c分別是PBC%E3%80%81CAAB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P%E3%80%81C%E3%80%81P_b%E3%80%81P_a四點共圓,有%5Cangle%20PP_bP_a%3D%5Cangle%20PCP_a.同理,有%5Cangle%20PP_bP_c%3DPAP_c.而P_a%E3%80%81P_b%E3%80%81P_c三點共線當(dāng)且僅當(dāng)%5Cangle%20PP_bP_c%3D%5Cangle%20PP_bP_a時成立,也就是當(dāng)%5Cangle%20PAP_c%3D%5Cangle%20PCP_a時,而這意味著P會落在%5Ctriangle%20ABC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P落在%5Ctriangle%20ABC的外接圓上,則會有%5Cangle%20PAB%3D%5Cangle%20PCP_a%3D%5Cangle%20PP_bP_a(第二個等號是因為P%E3%80%81C%E3%80%81P_b%E3%80%81P_a四點共圓).同理,%5Cangle%20PAB%3D%5Cangle%20PP_bP_c.故有P_a%E3%80%81P_b%E3%80%81P_c三點共線.%5Csquare

???????于是也就證明了定理1.10.%5Csquare

???????該線通常被叫做點P西姆松線

???????因此對于%5Ctriangle%20ABC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%5Ctriangle%20ABC外接圓上取任意一點P并作出其關(guān)于三邊的對稱點,分別設(shè)其為P_A%E3%80%81P_BP_C,就會有它們?nèi)c共線.而以P為焦點,P_AP_B為準(zhǔn)線確定的拋物線會與%5Ctriangle%20ABC的每一邊相切(以下圖為例,拋物線會與BC切于BC于以P_A為垂足的P_AP_C的垂線的交點上;見圖1.32).

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P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P落在%5Ctriangle%20ABC的外接圓上,在外接圓上再取一點B'使得直線PB'垂直于直線AC.則有BB'平行于P的西姆松線(圖1.33).

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)P_cP_b分別為PABAC上的投影.由同弧所對圓周角相等有%5Cangle%20ABB'%3D%5Cangle%20APB'.而又由A%E3%80%81P_c%E3%80%81P_b%E3%80%81P四點共圓(其中AP為該圓直徑)及圓的內(nèi)接四邊形對角互補有%5Cangle%20APB'%3D%5Cangle%20APP_b%3D%5Cangle%20180%5E%5Ccirc-%5Cangle%20AP_cP_b%3D%5Cangle%20BP_cP_b.故可得P_bP_c平行于BB'%5Csquare

推論1. 當(dāng)P在圓上運動時,西姆松線會以%5Csmallsmile%20PA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%5Csmallsmile%20AB'%5Csmallsmile%20AP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. P關(guān)于%5Ctriangle%20ABC的西姆松線平分線段PH(其中H%5Ctriangle%20ABC的垂心).(圖1.34)

圖1.34

證明.?不難發(fā)現(xiàn)%5Cangle%20AHC%3D180%5E%5Ccirc%20-%5Cangle%20ABC,故有H關(guān)于AC的對稱點H'落在%5Ctriangle%20ABC的外接圓上.由于PB'BH'都垂直于AC,四邊形PB'BH'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PH'關(guān)于AC(顯然其平行于該梯形的一條對稱軸)對稱的P'H平行于BB'(其中P'P關(guān)于AC的對稱點),也就平行于西姆松線.而由P_bPAC上的投影)為PP'的中點有西姆松線為%5Ctriangle%20HPP'的中位線,也就平分了HP%5Csquare

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.)

圖1.35


[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)的評論 (共 條)

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