塞瓦定理

塞瓦定理

塞瓦定理是指在△ABC内任取一点O,延长AO、BO、CO分别交对边于D、E、F,则 (BD/DC)×(CE/EA)×(AF/FB)=1。

塞瓦(Giovanni Ceva,1648~1734)义大利水利工程师,数学家。塞瓦定理载于塞瓦于1678年发表的《直线论》一书,也有书中说塞瓦定理是塞瓦重大发现。

塞瓦定理记忆法:三顶点选一个作为起点,定一方向,绕一圈,三组比例相乘为1。

    • 中文名:塞瓦定理
    • 外文名:Ceva's theorem
    • 表达式:(BD/DC)×(CE/EA)×(AF/FB)=1
    • 提出者:乔瓦尼·塞瓦
    • 提出时间:1678年
    • 套用学科:数学、物理
    • 适用领域範围:平面几何学
    • 适用领域範围:射影几何学
    • 提出者国家:义大利

验证推导

(1)本定理可利用梅涅劳斯定理证明:

∵△ADC被直线BOE所截,

∴(CB/BD)*(DO/OA)*(AE/EC)=1①

∵△ABD被直线COF所截,

∴ (BC/CD)*(DO/OA)*(AF/FB)=1②

②/①约分得:

(DB/CD)×(CE/EA)×(AF/FB)=1

(2)也可以利用面积关係证明

∵BD/DC=S△ABD/S△ACD=S△BOD/S△COD=(S△ABD-S△BOD)/(S△ACD-S△COD)=S△AOB/S△AOC ③

同理 CE/EA=S△BOC/ S△AOB ④ ,AF/FB=S△AOC/S△BOC ⑤

③×④×⑤得

定理推广

①证明三角形三条高线必交于一点:

设△ABC三边的高分别为AE、BF、CD,垂足分别为D、E、F,根据塞瓦定理逆定理,因为

,所以三条高CD、AE、BF交于一点。

②三角形三条中线交于一点(重心):

如右图:已知,D、E分别为△ABC的边BC、AC 的中点,连线AD、BE相交于点O,连线CO并延长交AB于F

塞瓦定理证明三条中线交于一点

求证:AF=FB

证明:∵BD=DC,CE=EA

∴BD/DC=1,CE/EA=1

由塞瓦定理得

(AF/FB)*(BD/DC)*(CE/EA)=1

∴AF/FB=1∴ AF=FB ,

∴CF为AB边上的中线

∴三角形三条中线交于一点(重心)

③用塞瓦定理证明三条角平分线交于一点

此外,可用定比分点来定义塞瓦定理:

在△ABC的三边BC、CA、AB或其延长线上分别取L、M、N三点,又分比是λ=

、μ=

、ν=

。于是AL、BM、CN三线交于一点的充要条件是λμν=1。(注意与梅涅劳斯定理相区分,那里是λμν=-1)

推论

1.塞瓦定理角元形式

AD,BE,CF交于一点的充分必要条件是:

(sin∠BAD/sin∠DAC)*(sin∠ACF/sin∠FCB)*(sin∠CBE/sin∠EBA)=1

由正弦定理及三角形面积公式易证。

2.如图,对于圆周上顺次6点A,B,C,D,E,F,直线AD,BE,CF交于一点的充分必要条件是:

(AB/BC)×(CD/DE)×(EF/FA)=1由塞瓦定理的角元形式,正弦定理及圆弦长与所对圆周角关係易证。

数学意义

使用塞瓦定理可以进行直线形中线段长度比例的计算,其逆定理还可以用来进行三点共线、三线共点等问题的判定方法,是平面几何学以及射影几何学中的一项基本定理,具有重要的作用。塞瓦定理的对偶定理是梅涅劳斯定理。

记忆方法

塞瓦定理的优点多多,但是却不是特别好记,这里有一个方法。

(BD/DC)*(CE/EA)*(AF/FB)=1

相当于BD*CE*AF=DC*EA*FB

各位发现等式左右两端字母竟然是一样的!

可以如下表述,在记忆(BD/DC)*(CE/EA)*(AF/FB)=1时,可理解为在符合在三边线段的前提下,分母分子字母一样,且分母、分子内部有相同字母.。

另外一种记忆方式是,将图中的ABC作为顶点,图中的DEF作为分点,则(BD/DC)*(CE/EA)*(AF/FB)可以看做是:顶点到分点(BD),该分点到另一顶点(DC),顶点再到分点(CE),分点再到顶点(EA),顶点再到分点(AF),分点再到顶点(FB)。

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