托勒密定理

托勒密定理

托勒密(Ptolemy)定理指出,圆内接凸四边形两对对边乘积的和等于两条对角线的乘积。

目录
1  定理内容
2  证明方法
3  相关介绍
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1 定理内容编辑本段

  定理的内容 托勒密(Ptolemy)定理指出,圆的内接凸四边形两对对边乘积的和等于两条对角线的乘积。

  原文:圆的内接四边形中,两对角线所包矩形的面积等于 一组对边所包矩形的面积与另一组对边所包矩形的面积之和。

  从这个定理可以推出正弦、余弦的和差公式及一系列的三角恒等式,托勒密定理实质上是关于共圆性的基本性质。

2 证明方法编辑本段

2.1 推论证明

  (以下是推论的证明,托勒密定理可视作特殊情况。)

  在任意凸四边形ABCD中(如右图),作△ABE使∠BAE=∠CAD ∠ABE=∠ ACD,连接DE.

  则△ABE∽△ACD

  所以 BE/CD=AB/AC,即BE·AC=AB·CD (1)托勒密定理_第1张图片由△ABE∽△ACD得AD/AC=AE/AB,又∠BAC=∠EAD,

  所以△ABC∽△AED.

  BC/ED=AC/AD,即ED·AC=BC·AD (2)

  (1)+(2),得

  AC(BE+ED)=AB·CD+AD·BC

  又因为BE+ED≥BD

  (仅在四边形ABCD是某圆的内接四边形时,等号成立,即“托勒密定理”)

2.2 复数证明

  用a、b、c、d分别表示四边形顶点A、B、C、D的复数,则AB、CD、AD、BC、AC、BD的长度分别是:(a-b)、(c-d)、(a-d)、(b-c)、(a-c)、(b-d)。 首先注意到复数恒等式: (a − b)(c − d) + (a − d)(b − c) = (a − c)(b − d) ,两边取模,运用三角不等式得。 等号成立的条件是(a-b)(c-d)与(a-d)(b-c)的辐角相等,这与A、B、C、D四点共圆等价。 四点不限于同一平面。 平面上,托勒密不等式是三角不等式的反演形式。

托勒密定理_第2张图片

  设ABCD是圆内接四边形。 在弦BC上,圆周角∠BAC = ∠BDC,而在AB上,∠ADB = ∠ACB。 在AC上取一点K,使得∠ABK = ∠CBD; 因为∠ABK + ∠CBK = ∠ABC = ∠CBD + ∠ABD,所以∠CBK = ∠ABD。 因此△ABK与△DBC相似,同理也有△ABD ~ △KBC。 因此AK/AB = CD/BD,且CK/BC = DA/BD; 因此AK·BD = AB·CD,且CK·BD = BC·DA; 两式相加,得(AK+CK)·BD = AB·CD + BC·DA; 但AK+CK = AC,因此AC·BD = AB·CD + BC·DA。证毕。

  托勒密定理:圆内接四边形中,两条对角线的乘积(两对角线所包矩形的面积)等于两组对边乘积之和(一组对边所包矩形的面积与另一组对边所包矩形的面积之和).已知:圆内接四边形ABCD,求证:AC·BD=AB·CD+AD·BC.

  证明:如图1,过C作CP交BD于P,使∠1=∠2,又∠3=∠4,∴△ACD∽△BCP.得AC:BC=AD:BP,AC·BP=AD·BC ①。又∠ACB=∠DCP,∠5=∠6,∴△ACB∽△DCP.得AC:CD=AB:DP,AC·DP=AB·CD ②。①+②得 AC(BP+DP)=AB·CD+AD·BC.即AC·BD=AB·CD+AD·BC.

  四、广义托勒密定理:设四边形ABCD四边长分别为a,b,c,d,两条对角线长分别为m,n,则有:

  m^2*n^2=a^2*c^2+b^2*d^2-2abcd*cos(A+C)

2.3 得出推论

  1.任意凸四边形ABCD,必有AC·BD≤AB·CD+AD·BC,当且仅当ABCD四点共圆时取等号。

  2.托勒密定理的逆定理同样成立:一个凸四边形两对对边乘积的和等于两条对角线的乘积,则这个凸四边形内接于一圆

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