四垂心共线

王朝百科·作者佚名  2011-05-12  
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四垂心共线作者:夏培贵引理如图 1(1)、(2),若AD∥BE,BD∥CE,且AD/BE=BD/CE,则A、B、C三点共线。 这不会有异议,就免去论证。

四垂心共线
图1,图3,图4,图5

定理完全四边形中的四个三角形的垂心在同一条直线上。证明如图 2(1)、(2)、(3),设完全四边形ABCDEF中,△BCE、△ABF、△ADE、△DCF的垂心线依次为H1、H2、H3、H4;CH1交BH2、EH3于M、P;CH4交FH2、DH3于N、Q。由条件易知BH2∥EH3∥CH4,CH1∥FH2∥DH3,BH1∥AH3∥FH4,EH1∥AH2∥DH4。从而△BMC∽△CNF,△BH1M∽△H4FN。

四垂心共线
图2

∴ BM/CN=MC/NF, BM/NH4=MH1/NF。

∴ NH4·MH1=CN·MC(=BM·NF)。

∴ MH1/MC=CN/NH4。

∵ MC=NH2,CN=MH2,

∴ MH1/NH2=MH2/NH4。

而MH1∥NH2,MH2∥NH4。根据引理:

H1、H2、H4共线,H2在直线H1H4上。 (一)

又 △EPC∽△CQD,△EPH1∽△H4QD。

∴ CP/DQ=EP/CQ, PH1/DQ=EP/QH4。

∴ PH1·QH4=CP·CQ(=DQ·EP)。

∴ PH1/CP=CQ/QH4。

∵ CP=QH3,CQ=PH3,

∴ PH1/QH3=PH3/QH4。

而PH1∥QH3,PH3∥QH4。根据引理:

H1、H3、H4共线,H3在直线H1H4上。 (二)

由(一)和(二)可知:H1、H2、H3、H4共线。

四垂心共线特殊情形情形1当AE⊥BF、AF⊥DE时,如图3,H1、H2重合于D,B、D两点当然在同一条直线上。情形2当∠A为直角时,如图4,H2、H3重合于A,可仿前面结论(一)的证法证明H1、A、H4在同一条直线上。情形3当BF⊥DE时,如图5,H1、H4重合于C。由条件易知AH2∥EK,AH3∥FG,且四边形AGCK有三个直角,故为矩形。

证明:

由∠1=∠α=∠2,∠BGH2=∠DKA=90°及∠3=∠β=∠4,∠AGB=∠H3KD=90°,可知△BGH2∽△DKA及△ABG∽△H3DK。

∴ GH2/AK=BG/DK,AG/KH3=BG/DK。

∴ GH2/AK=AG/KH3。

∵ AK=GC,AG=KC,

∴ GH2/GC=KC/KH3,即 GH2/KC=GC/KH3。

而GH2∥KC,GC∥KH3。根据引理:

H2、C、H3共线。

综上所述可得:完全四边形中的四个三角形的垂心在同一条直线上。

 
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