如图,圆锥曲线是一圆,圆内接六边形ABCDEF的边AB、DE的延长线交于点G,边BC、EF的延长线交于点H,边CD、FA的延长线交于点K。
延长AB、CD、EF,分别交直线CD、EF、AB于M、N、L三点,构成△LMN。
∵点H、G、K在△LMN的边LN、LM、MN的延长线上,∴H、G、K三点共线。【证明完】
【评论】
1.证明所用圆锥曲线是园;
2.6点ABCDDF在园上的排列方式是依次的顺时针排列;
3.6点ABCDDF在园上的排列的疏密是不同的,其目的是为了看到所有3个对边交点。
4.证明方法是数值演算,一种由Papus在公元前3个世纪就开始使用的方法,非射影几何的方法;
5.只讲一种排列,没有更多的交待,完全看不到Pascal的广泛适用性。
【注】维基上的证明会被不断重新编辑,以上为2014年1月17日见到的证明,现在可能已不同。
2。苏步青先生的证明:
1. 这是射影几何的一种典型证明;
2. 所选图形是椭圆;
3. 点的排列次序是135264,即图1中第36个六角形;
4. 提到了椭圆是对应线束决定的曲线;
5. 未作更多交待,也看不到Pascal的广泛适用性。这样的证明方法在射影几何中比较普遍。
3.人教的证明
人教的证明是在 edu6.teacher.com.cn 网上看到的,其证明方法较少见,如下:
定理 圆内接六边形的三对对边的交点共线
【证明】 设是圆,是圆的内接六边形。是六边形三对对边的交点。
由§2.2节球极平面射影性质2(见下面的【附】)知,可取中心射影把圆所在的平面映射到某一平面上,使得变成上的一个圆,直线在此射影下是平面上影消线。
此时有 ,
从而
于是
观察
于是
即直线与相交于无穷远点
所以六边形的三对对边的交点落在上的无穷远直线上
故共线。
【附】球极平面的性质及其预备知识:
§2.2 平面到平面上的中心射影
一、中心射影的定义
1.直线到直线的中心射影:
2.平面到平面的中心投影:
二、无穷远元素
三、透视对应与中心透视
如图1,在引进无穷远元素之后,通过中心射影,把上影消点投影到上无穷远点,把上的无穷远点投影到上影消点。于是中心射影建立了直线之间的一一对应,称这个中心射影为透视对应。
同理,中心射影把平面上的影消线投影到上无穷远直线,同时把上的无穷远直线投影到上影消线。于是中心射影建立了平面到平面间的一一对应,称为平面与之间的中心透视。
中心射影如何改变线段的长度
定理1 设是平面上的四个点,其中任何三点不共线,是平面上的任何三点不共线的四个点,则存在从到的中心(或平行)射影,它把四边形变成与四边形相似的四边形
证明:如图所示
在平面上做与四边形相似的四边形,使得
在空间中移动,使与交于直线
连接,则直线共面
故与的交点就是所求中心射影的射影中心
(如果与平行,则所求中心射影为平行射影)
定理2 设是平面上任意一个多边形,是它的边上或边的延长线上的点,则下面的乘积在中心射影下保持不变。
证明:设与分别是点和在以为中心的中心射影下的像,则由(1)式有
将这些等式两端对应乘积得
四、球极中心射影
(中心射影也可以用来解决包含圆的有关初等几何问题)
设是一球面,是球面上的一点,从球面到它在点处的切平面上的球极平面射影,就是中心在点(点的对径点)的从到的中心射影。
在球极平面射影下,上的任一点()的像是直线与平面的交点,而点在平面上没有像。
球极平面射影的性质
性质1 球极平面射影把球面上的每一个圆变成平面上的一个圆或一条直线,反之,上的圆或直线的原像是上的圆
性质2 设是平面上的一个圆,是上的不与圆相交的直线,则存在从平面到某个平面的中心射影。它把变成上的圆,并且把直线变成上的无穷远直线。
证明:如图9所示,经过圆在空间做一个球面,并过作一个与球面某点相切的平面。设是平行于平面并与球面相切于点的平面。则与是对径点。
则以为中心的从平面到平面的中心射影,将圆映为平面上圆。将直线映成无穷远直线。
性质3 设是平面上的一个圆,是圆内部的一点,则存在从平面到某一个平面上的中心射影,它把变成平面上的圆。并且把点变成圆的中心。
【评论】
1. 所用圆锥曲线为园;
2. pascal线与园不交;
3. 用到2维的平面投影知识, 而Pascal 定理是2个射影对应一维基本形对应元素生成的图形;
这个要求射影几何知识不少,但证明中又大量利用度量性质。
4. 再要用到复杂的球极平面投影概念,而其关键的性质2(有下划线那一句)的结论明显有误:
除了特例:圆所在平面垂直于球的直径OA,否则, 圆映射到平面上不可能再是一个圆,而是一个椭圆,甚至一段线。
4.利用Desargues逆定理的证法:
仅对内接于圆的6边形ABCDEF作证明(见下图)。内接于其余2次曲线可由Dedlane定理影射得到。
设G为对边AB与DE交点,H为对边BC与FG交点,I为对边CD与GH交点。作△CHF外接圆交EF于K、BC于J。
∵∠DEF=∠DCF(同圆周角),同样∠DCF=∠HKF,∴∠DEF=∠HKF,故GE∥HK(同位边)
同理可得:HJ∥BG,BE∥KJ
∴△GEB与△HKJ对应边都交于无穷远点;也即这两个三角形3对应边的交点都在无穷远直线上。由此,
根据Desargue定理的逆定理,知△GEB与△HKJ这2三角形对应顶点的连线在一直线上,
即GH、EK、BJ交于一点,此点为I。
∴G、H、I共线,命题得证。
评论:
1.要利用Desargues定理和Dedlan定理,不够直接;
2.未能说明和hexagon的顶点排列形式无关。