人們如何發掘『現象』間的『關係』?怎麼探討事物的『性質』 ?因何能發現且證明隱晦的『數學定理』?!也許讀讀維基百科上『九點圓 』詞條一小段文本︰
九點圓
九點圓(又稱歐拉圓、費爾巴哈圓),在平面幾何中,對任何三角形,九點圓通過三角形三邊的中點、三高的垂足、和頂點到垂心的三條線段的中點。九點圓定理指出對任何三角形,這九點必定共圓。而九點圓還具有以下性質:
- 九點圓的半徑是外接圓的一半,且九點圓平分垂心與外接圓上的任一點的連線。
- 圓心在歐拉線上,且在垂心到外心的線段的中點。
- 九點圓和三角形的內切圓和旁切圓相切(費爾巴哈定理)。
- 圓周上四點任取三點做三角形,四個三角形的九點圓圓心共圓(庫利奇-大上定理)。
Even if the orthocenter and circumcenter fall outside of the triangle, the construction still works.
歷史
1765年,萊昂哈德·歐拉證明:「垂心三角形和垂足三角形有共同的外接圓(六點圓)。」許多人誤以為九點圓是由而歐拉發現所以又稱乎此圓為歐拉圓。而第一個證明九點圓的人是彭賽列(1821年) 。1822年,卡爾·威廉·費爾巴哈也發現了九點圓,並得出「九點圓和三角形的內切圓和旁切圓相切」,因此德國人稱此圓為費爾巴哈圓,並稱這四個切點為費爾巴哈點。庫利奇與大上分別於1910年與1916年發表庫利奇-大上定理「圓周上四點任取三點做三角形 ,四個三角形的九點圓圓心共圓。」這個圓還被稱為四邊形的九點圓,此結果還可推廣到n邊形。
九點圓證明
如圖:、、為三邊的中點,、、為垂足,、、為和頂點到垂心的三條線段的中點。
- 容易得出、(SAS相似)
- 因此
- 同樣可得出、(SAS相似)
- 因此
- 又,可得出四邊形是矩形(四點共圓)
- 同理可證也是矩形(共圓)
- ,因此可知也在圓上(圓周角相等)
- 同理可證、兩點也在圓上(九點共圓)
───
可以當成發想的起點。假使設想姑且不論到底是怎樣『發現』的,且談已經『被發現』後,是否人們就能容易了解那些『關係』、『性質』、以及『證明』呢?有人說︰閱讀『證明』容易,動手『證明』困難。似乎是講,既然都已理解了『證明』,焉有不曉『關係』與『性質』的耶!!若說條條大路通『羅馬』,就算盡觀了那些條條大路的景緻,和『羅馬』之風光能夠彼此比較的嗎?? !!更何況『始、中、終』的『學習』循環不斷,舊『終』則啟新『始』布線織網深化『閱歷』。所以『學問』浸潤良久總有所悟,宛如說今日這門古老的『幾何學』,是以前那門新創之『幾何學』的嗎!!??
何不讓我們舉個例子從『解析幾何』的觀點,來看一個歐式幾何之『證明』呢︰
解析幾何
解析幾何(英語:Analytic geometry),又稱為坐標幾何(英語 :Coordinate geometry)或卡氏幾何(英語:Cartesian geometry),早先被叫作笛卡兒幾何,是一種藉助於解析式進行圖形研究的幾何學分支。解析幾何通常使用二維的平面直角坐標系研究直線、圓、圓錐曲線、擺線、星形線等各種一般平面曲線,使用三維的空間直角坐標系來研究平面、球等各種一般空間曲面,同時研究它們的方程,並定義一些圖形的概念和參數。
在中學課本中,解析幾何被簡單地解釋為:採用數值的方法來定義幾何形狀,並從中提取數值的信息。然而,這種數值的輸出可能是一個方程或者是一種幾何形狀。
1637年,笛卡兒在《方法論》的附錄「幾何」中提出了解析幾何的基本方法。 以哲學觀點寫成的這部法語著作為後來牛頓和萊布尼茨各自提出微積分學提供了基礎。
對代數幾何學者來說,解析幾何也指(實或者複)流形,或者更廣義地通過一些複變數(或實變數)的解析函數為零而定義的解析空間理論。這一理論非常接近代數幾何,特別是通過讓-皮埃爾·塞爾在《代數幾何和解析幾何》領域的工作。這是一個比代數幾何更大的領域,不過也可以使用類似的方法。
【三角形三中線交於一點的證明】
三角形的中心
形心是三角形的幾何中心,通常也稱為重心,三角形的三條中線(頂點和對邊的中點的連線)交點,此點即為重心[1]。
三條中線共點證明
用西瓦定理逆定理可以直接證出:
因此三線共點。[2]
【前述證明所用之定理的證明】
塞瓦定理
塞瓦線段(cevian)是各頂點與其對邊或對邊延長線上的一點連接而成的直線段。塞瓦定理指出:如果的塞瓦線段AD、BE、CF通過同一點O,則
它的逆定理同樣成立:若D、E、F分別在的邊BC、CA、AB或其延長線上(都在邊上或有兩點在延長線上),且滿足
- ,
則直線AD、BE、CF共點或彼此平行(於無限遠處共點)。當AD、BE、CF中的任意兩直線交於一點時,則三直線共點;當AD、BE、CF中的任意兩直線平行時,則三直線平行。
證明
由等比性質,
- 同理
證畢。
【解析幾何的求解證明】
相異兩點 決定一條線,這線的方程式可以寫成
相異三點可以決定一個三角形 ,不失一般性,假設這三個頂點座標是 ,那麼
線 L1 的方程式為
線 L2 的方程式為
線 L1 與線 L2 的交點 G ,求解聯立方程式可得
此『重心』之座標值,果然符合
幾何中心
中心分每條中線比為2:1,這就是說距一邊的距離是該邊相對頂點距該邊的1/3。如右圖所示:
如果三角形是由均勻材料做成的薄片,那麼幾何中心也就是質量中心。它的笛卡爾坐標是三個頂點的坐標算術平均值。也就是說,如果三頂點位於,,和,那麼幾何中心位於:
詞條之所言。再者從向量
之『關係』,故可知『重心』將『中線』分成了 2:1 之『性質』。
那麼所謂『證明』三角形三中線交於一點的事,也轉譯成了通過 A 點與 G 點的 L3 線,定然通過中點 D 。因此只需寫出 L3 的方程式,再驗證 D 點滿足那個參數方程式的耶!!如是將能夠體會不同論述之『難易煩簡』常十分不同的乎??
順便在此介紹一下,或許你會愛上的一個『幾何學探索』工具
,它在樹莓派上的安裝十分容易
sudo apt-get install geogebra-gnome openjdk-7-jre
。然後請你思考︰
兩個『週期』函數的『和』,必然是個『週期』函數的嗎?