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射影几何在平面几何中的应用

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来自Android客户端1楼2022-01-26 20:58回复


    IP属地:浙江来自Android客户端3楼2022-01-26 22:20
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      1.2.
      注:第二个定理即Pappus定理,collinear意指共线



      来自Android客户端6楼2022-01-26 23:17
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        3.4.
        注:4的题目的意思是两个三角形有公共的外接圆α和内切圆β,concur(rent)意指共线
        注意到定理:点列对合,互逆对的连线过对合中心



        来自Android客户端7楼2022-01-26 23:21
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          5.0引理的证明(d∈AB∩CD的意思是直线d通过AB,CD的交点,当时写漏了,形式奇怪,抱歉):不失一般性地考虑圆的情形,考虑将AB,CD交点变为圆心而保持圆不变的射影变换,不妨将图画成下面这个样子,重新叙述命题如下:简单四点形EDBC(注意点的顺序)在经过圆心A的直线d上确定了一个对合,(其互逆对有如图的IJ,HG),则E,D处切线与直线d的交点K,L也是对合的互逆对(B,C两处同理)。
          由AI=AJ,AH=AG知这个对合是直线d上由关于点A对称决定的对合变换,易证AK=AL,故引理得证。


          来自Android客户端8楼2022-01-26 23:30
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            5.




            来自Android客户端10楼2022-01-26 23:50
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              4.补图


              来自Android客户端11楼2022-01-26 23:53
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                6.△ABC,平面内一点P,P的Ceva三角形为△DEF,△DEF的内心I,旁心Ia,Ib,Ic,则A,B,C,P,I,Ia,Ib,Ic共等轴双曲线
                证明:(telvcohl)设X=B₁C₁∩A₁I_a,Y=AB∩A₁I_a,Y'=CP∩A₁I_a,Z=AC∩A₁I_a,Z'=BP∩A₁I_a,考虑A₁I_a上由经过A,B,C,P的二次曲线束定义的对合,由(Y,Y';A₁,X)=(Z,Z';A₁,X)=-1知A₁,X是对合的不动点,由(I,I_a;A,X)=-1知I_a在经过A,B,C,P,I的二次曲线上,对于其余旁心I_b,I_c同理。同时注意到内心是三旁心组成的三角形的垂心,故A,B,C,P,内心,旁心八点共等轴双曲线
                注:对合构造并不鲜见,它可以用来证明共点(二次曲线的对合的互逆对连线过对合中心),调和点列(对合不动点调和分割互逆对),点在二次曲线上(DIT),实现度量引入(直线上的对合只有两种,反演与中心对称,前者可以参与进来倒边,后者可以简化问题),参与度量证明(对合由两对互逆对唯一决定)
                对(D)DIT的说明:都是笛沙格对合定理(对偶形式)的背景 by qcaxq
                对最后一段话的说明:
                这实际上是这个定理“一条二次曲线若经过垂心,则是等轴双曲线”。
                证明:设H为△ABC的垂心,简单四点形ABCH内接于二次曲线α,根据DIT,AB,CH上的两个无穷远点;AH,BC上的两个无穷远点,是简单四点形在无穷远直线上确定的对合的互逆对,且二次曲线与无穷远线的两个交点也是此对合的互逆对。前两组对合的互逆对成垂直方向,是无穷远直线上的绝对对合的互逆对,因为对合由两对互逆对唯一决定,(故该对合与绝对对合重合)所以二次曲线上的两个无穷远点也成垂直方向,则渐近线相互垂直,从而二次曲线是等轴双曲线。
                命题反过来也成立,如果将两条互相垂直的直线看做退化等轴双曲线,可以推广命题


                来自Android客户端13楼2022-01-27 08:34
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                  (7)注:我觉得一个DIT便足够了,因为CR,CS;CP,CQ唯一决定等角共轭变换的对合,故CU,CV也属于这个对合,故U,V是等角共轭点。
                  注:(CR,CS;CI,CIa)=-1,这表明CR,CS可以看做某个对合的互逆对,且CI,CIa是对合的不动直线。


                  来自Android客户端14楼2022-01-27 08:42
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                    T神的几个题,过于困难,有兴趣者自己做做
                    (2) 給定三角形 ABC 與其內心 I. 設 P, Q 為三角形 ABC 的一對等角共軛點. 則 AP 關於 IP 的對稱直線與 AQ 關於 IQ 的對稱直線的交點在 BC 上.
                    (3) 設 (2) 中的交點為 X 並類似定義 Y, Z. 則 X, Y, Z 共線.
                    Remark: (3) 中的直線為 (I) 和 以 (P, Q) 為焦點的內切錐線的第四條公切線.
                    (4) 給定三角形 ABC 與一對等角共軛點 P, Q. 設 P_aP_bP_c, Q_aQ_bQ_c 分別為 P, Q 關於三角形 ABC 的垂足三角形. 設 PQ_a 與 QP_a 交於 X 並類似定義 Y, Z. 則 AX, BY, CZ 共點.
                    (5) 設 X 為三角形 ABC 的 A-偽旁切圓切點. 過 X 且與 ABC 內切圓 (I) 相切的直線與 (ABC) 交於 Y, Z. 設 (I) 分別與 BC, YZ 相切於 D, T. 則 DT 過三角形 ABC 的 A-旁心.
                    (6) 給定凸四邊形 ABCD. 設 I, J 分別為三角形 ABC 的內心, A-旁心. 設 K, L 分別為三角形 ACD 的內心, A-旁心. 則 IL, JK 與 BCD 的角平分線共點.


                    来自Android客户端15楼2022-01-27 09:00
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                      (8)如图,T1,T2为共切线的切点,虚线圆为过A,B的任意圆,交T1T2于P1,P2,
                      求证:P1,P2,T1,T2为调和点列
                      引理:共轴圆组在一条定直线上截出的点列成对合对应
                      证明:设根轴交定直线于A,截出点列为B,C;D,E,易知AB*AC=AD*AE,这表明B,C;D,E是某个对合的互逆对,A与定直线上的无穷远点也是互逆对。
                      原命题证明;根据引理,T₁₂是互逆对。由于相切,T₁₂分别与自身对应,从而T₁₂是对合的不动点。由于不动点调和分割互逆对,故命题成立。


                      来自Android客户端17楼2022-01-27 11:06
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                        (9)△ABC,平面内一点F,○(AFB),○(AFC)交BC于D,E,过F作直线交AB,AC于M,N,BN,CM交于P,PF交AD,AE于X,Y,XM,YN交于W,求证:AW∥BC
                        分析:这种半射影的问题一般有多种办法,①利用交比去掉射影化结构②利用比例去掉度量化结构③对整个或局部图形进行射影/仿射变换④条件空间法,弱化条件法,(降)动度法,圆锥曲线辅助法,交比辅助法等等(使用需谨慎)。注意到17楼的引理,用②方法解。
                        证明:设AF交BC于T,根据17L引理,设BC线向无穷远点为A∞,存在一个对合,交换(B,E),(C,D),(T,A∞),(这就相当于用比例去掉了圆与线段交点这个不好用射影的条件),射影到A点即A(B,E),A(C,D),A(T,A∞)对合.对完全四边形FXWN应用DDIT可得A(B,E),A(C,D),A(T,W)对合,由于前两组互逆对相同,故两个对合重合,从而AW=AA∞∥BC


                        来自Android客户端20楼2022-01-28 10:39
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                          (10)△ABC,P是平面内一点,P的等截共轭为Q,R是P的反补点,求证:ABCPQR共二次曲线
                          证明:施行一个仿射变换将P变为垂心,则R变成外心,Q仍是R的反补点,ABCPQR共Jerabak双曲线,故仿射前也共二次曲线。


                          来自Android客户端21楼2022-01-28 12:18
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                            (11)CP²=CA*CQ,求证:∠ABP=∠PRQ,CP=CS
                            证明:(Telvcohl)CP²=CA*CQ=CB*CR,故在反演I(⊙(C,CP))下A,Q;B,R;P,P;圆(PAB),圆(PQR)互为反形,命题得证。
                            注:这道题是平面几何的,咋能放到射影的帖子里呢?
                            但是它的几何特征与射影是相同的,或者说,具有很大的启发性。
                            对合中,对合不动点具有调和分割互逆对的性质,对合由两双互逆对唯一决定
                            反演中,反演不动点具有到反演极距离相等的性质;平几中,设△ABC,D,E,F在BC,CA,AB上,若AD⊥BC,BE⊥CA,则CF⊥AB,即前两个条件确定后一个随之确定(虽然实质也是对合)


                            来自Android客户端22楼2022-01-28 13:06
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                              (12)△ABC,I为内心,O为外心,经过A,I且正交的两个圆分别交△ABC外接圆于M,N,求证:△ABC内切圆,外接圆的外位似中心在MN上
                              证明:对⊙(A,AI)反演,○(AIM)与圆(AIN)的反演像是过I互相垂直的直线,截外接圆的反演像于M',N',则M→M'→N'→N对合对应,故MN经过定点,取特例论证可知定点即X₅₆,外位似中心。


                              来自Android客户端24楼2022-01-28 13:30
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