高中立体几何三点共线怎么证明——立体几何三点共线怎么证明
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今天给出两个三点共线的例子,各使用不同的证法。
(一)
先讲三点共线证明方法中的一种——三点中一点与另外两点构成的两条线段都平行于第三条直线,则这三点共线。
如下图所示,有三个互相外切的圆P、Q、R。三个圆每两个圆的切点分别为A、B、C。连接AB和AC,并将这两条线段AB和AC延长,与三个圆中的同一个圆R交于两点D和E。试证明D、E和这个圆的圆心R,三点共线,即DE为直径。
证明:
(1)连接RD,连接RE。注意,这两条线段RE和RD有公共点R。我们要证明这两条线段位于一条直线上。只需证明它们都与一条直线平行即可。
(2)如图所示,两圆圆心Q、R和切点B当然在一条直线上。所以∠1=∠2。所以三角形QAB和三角形RBD为底角相等的两个等腰三角形,所以,它们相似,所以它们的顶角∠5和∠6相等。从而RD平行于AQ。
(3)同理,RE平行于AP。又由于AQ和AP位于一条直线上,所以,RD和RE都平行于线段PQ。所以,D、E、R三点共线。
(二)
本题是从对顶角相等来证明三点共线。
需要先证明一个结论:三角形垂心到某顶点的距离是外心到这顶点对边距离的二倍。如下图所示。
如上图所示,H为三角形ABC的垂心,O为外心。我们要证明CH=2·OD。连接A与外心O,并延长,与过点B且与AB垂直的直线交于点E。连接CE。于是EB=2·OD。所以只需证EB=CH。过外心O作AC的垂线,垂足为F。可以看出有下列平行关系:OD∥ CH∥ EB;FO∥ CE(因为FO为三角形ACE的中位线)。从而BECH为平行四边形。从而EB=CH。于是我们便证得了CH=2·OD。
下面证明三角形的外心O、重心G、垂心H三点共线。
如图,连接OG,GH。作三角形CGH的中位线EF。于是,因CD为中线,G为重心,所以有DG=GC/2=GE。而OD=CH/2=EF。又∠ODG=∠GEF,所以三角形ODG全等于三角形EFG。从而∠OGD=∠EGF。所以OG与GH位于同一条直线上。即外心O、重心G、垂心H三点共线。