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高中数学必修一到必修四 所有证明三点共线的方法

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1、利用梅涅劳斯定理的逆定理

例1、如图1,圆内接ΔABC为不等边三角形,过点A、B、C分别作圆的切线依次交直线BC、CA、AB于 、 、 ,求证: 、 、 三点共线。

解:记 ,易知

又易证 .则 .

同理 .故 .

由梅涅劳斯定理的逆定理,知 、 、 三点共线。

2、利用四点共圆(在圆内,主要由角相等或互补得到共线)

例2 、如图,以锐角ΔABC的一边BC为直径作⊙O,过点A作⊙O的两条切线,切点为M、N,点H是ΔABC的垂心.求证:M、H、N三点共线。(96中国奥数)

证明:射线AH交BC于D,显然AD为高。

记AB与⊙O的交点为E,易知C、H、E三点共线。

联结OM、ON、DM、DN、MH、NH,

易知 ,

∴A、M、O、D、N五点共圆,更有A、M、D、N四点共圆,

此时,

因为 (B、D、H、E四点共圆),

即 ;又 ,所以 ,故

同理, 。

因为 ,所以,M、H、N三点共线。

3、利用面积法

如果 ,点E、F位于直线MN的异侧,则直线MN平分线段EF,即M、N与EF的中点三点共线。

例3、如图,延长凸四边形ABCD的边AB、DC交于点E,延长边AD、BC交于点F,又

M、N、L分别是AC、BD、EF的中点,求证:M、N、L三点共线。

证明:设BC的中点为O,辅助线如图所示,

由 可知,

点O必在 内,此时,

同理, 。

因此 。此时,直线MN平分EF,即M、N、L三点共线。

注:利用梅涅劳斯定理的逆定理也可证明此题。

4、利用同一法

尽管同一法是一种间接证法,但它却是一各很有用的证法,观察例4后,你会感到,同一法在证明三点共线问题时,也有其用武之地。

例4、如图4(a),凸四边形ABCD的四边皆与⊙O相切,切点分别为P、M、Q、N,设PQ与

MN交于S,证明:A、S、C三点共线。

证明:如图4(b),令PQ与AC交于 ,

易证 互补。

而 ,则

故 。再令MN与AC交于 。同理可得

但 ,所以 。利用合比性质得, 。

因此, ,可断定 与 必重合于点S,故A、S、C三点共线。

注:观察本题图形,显然还可证得B、S、D三点共线;换言之,AC、BD、PQ、MN四线共点。

5、利用位似形的性质

如果 与 是两个位似三角形,点O为位似中心,那么不仅A、 、O;B、 、O;C、 、O分别三点共线,而且 、 的两个对应点与位似中心O也三点共线,位似形的这种性质,对于证明三点共线,颇为有用。

例5、如图, 内部的三个等圆⊙ 、⊙ 、⊙ 两两相交且都经过点P,其中每两个圆都与 的一边相切,已知O、I分别是 的外心、内心,证明:I、P、O三点共线。

证明:联结 、 、 。由已知得

、 、 。

可断定 与 是一对位似三角形,

且易知 的内心I是两者的位似中心。

因为⊙ 、⊙ 、⊙ 为等圆,

即 ,

所以点P是 的外心。又点O是 的外心,故P、O两点是两个位似三角形的对应点,利用位似形的性质,即得I、P、O三点共线。

6、利用反证法

有的几何题利用直接证法很难,而用反证法却能很快达到预期目的。

例6、如图,梯形ABCD中、DC//AB,对形内的三点 、 、 ,如果到四边距离之和皆相等,那么, 、 、 三点共线,试证之。

证明:先看 两点,

设直线 分别交AD、BC于M 、N,

于 , 于 ,

于 , 于 。

因为DC//AB,则点 到AB、CD的距离之和等于点 到AB、CD的距离之和。由已知可得 。过点 作AD的平行线、过点 作BC的平行线得交点P(由于AD与BC不平行)。记 交 于G, 交 于H。

观察上式有 。所以, 。

因为 有两条高 ,所以, 是等腰三角形,则 。

故 。

再用反证法证明点 一定在 上:假设点 不在 上,联结 并延长分别交AD、BC于 ,易知点 在MN的异侧;因为点 到AD、BC的距离之和等于点 到AD、BC的距离之和,由上述证明过程知必有 。

事实上,观察图形只能得到 ,矛盾,这说明点 必在 上,即MN上,因此 、 、 三点共线。

7、用塞瓦定量的逆定理

变三点共线为三线共点,利用塞瓦定理的逆定理,在圆内接凸六边形ABCDEF中,若

,则AD、BE、CF三线共点;反之亦然,利用这个结果来证明某些三点共线问题,可立竿见影。

例7、如图7,凸四边形ABCD内接于圆,延长AD、BC交于点P,作PE、PF切圆于E、F,又AC与BD交于K,证明:E、K、F三点共线。

解:联结AE、ED、CF、FB得凸六边形ABFCDE。

欲证E、K、F三点共线,即AC、BD、EF三线共点,

只须证 。

注意到 。

则 。又PE=PF,

则 。

故 。

因此,AC、BD、EF三线共点,即E、K、F三点共线。