Beírt négyszög
Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. szeptember 19-én felülvizsgált
verziótól ; az ellenőrzések 9 szerkesztést igényelnek .
A beírt négyszög olyan négyszög , amelynek csúcsai ugyanazon a körön helyezkednek el . Ezt a kört körülírtnak nevezzük . Általában feltételezik, hogy a négyszög konvex , de vannak önmetsző, beírt négyszögek is. Az alábbi képletek és tulajdonságok csak konvex négyszögekre érvényesek.
Minden háromszögnek van körülírt köre , de nem minden négyszögnek. A körbe nem írható négyszög például a rombusz (hacsak nem négyzet). Az alábbi "Tulajdonságok" rész megadja a szükséges és elégséges feltételeket ahhoz, hogy egy kör négyszög körül körülírható legyen.
Különleges alkalmak
Körbe bármilyen négyzet , téglalap , egyenlő szárú trapéz vagy antiparallelogramma beírható. A deltoid akkor és csak akkor írható be, ha két derékszöge van. A bicentrikus négyszög egy ciklikus négyszög, amely egyben körülírt négyszög is, a külsőleg bicentrikus négyszög pedig egy ciklusos négyszög, amely
kívülről is körülírt .
Tulajdonságok
- A beírandó négyszög első feltétele . Egy konvex nem degenerált négyszög akkor és csak akkor íródik be, ha az oldalakra húzott négy mediális merőleges egy pontban metszi egymást [1] .
- A beírandó négyszög második kritériuma . Konvex négyszög akkor és csak akkor írható be, ha a szemközti szögek összege 180°, azaz [2] .

- A beírandó négyszög első kritériumának egy másik változata . A tétel az Euklidész elemei [3] 3. könyvének 22. állítása volt . Ezzel egyenértékűen egy konvex négyszög akkor és csak akkor írható be, ha a szomszédos szög egyenlő a szemközti belső szöggel.
- A beírandó négyszög harmadik feltétele . Egy kör akkor és csak akkor írható körül egy négyszögre , ha az ellentétes oldalak bármelyike ellentétes .
- A beírandó négyszög negyedik feltétele . A konvex négyszög beírásához szükséges másik kritérium megköveteli, hogy az egyik oldal és az átló közötti szög egyenlő legyen a szemközti oldal és a másik átló közötti szöggel [4] . Például,


.
- A beírandó négyszög hatodik feltétele . Egy kör akkor és csak akkor írható körül egy négyszög körül, ha annak bármely ellentétes oldalpárja antiparallel Ha két egyenes, amelyek közül az egyik az AC szakaszt , a másik a BD szakaszt tartalmazza, egy E pontban metszi egymást , akkor négy A pont , B , C , D akkor és csak akkor fekszik a körön, ha [6]
Az E metszéspont lehet a körön belül és kívül is. Az első esetben az ABCD beírt négyszög , a második esetben pedig az ABDC beírt négyszög lesz . Ha a metszés belül van, az egyenlőség azt jelenti, hogy azoknak a szakaszoknak a szorzata, amelyekre az E pont felosztja az egyik átlót, egyenlő a másik átló szakaszainak szorzatával. Ezt az állítást metsző akkordtételnek nevezik , mivel egy beírt négyszög átlói a körülírt kör húrjai.
- A beírandó négyszög hetedik feltétele . Egy ABCD konvex négyszög akkor és csak akkor íródik be, ha [7]
.
- Nyolcadik feltétele a beírandó négyszögnek . Legyen egy konvex négyszög, amelyben - az átlók metszéspontja, - az oldalak kiterjesztésének metszéspontja és - az oldalhosszabbítások metszéspontja és . És legyen a háromszög kilenc pontjának kerülete . akkor és csak akkor ciklikus négyszög, ha középvonalainak metszéspontja a körön fekszik . [8] [9] [10] (lásd az ábrát)












- A beírandó négyszög kilencedik kritériuma . Egy kör akkor és csak akkor írható körül egy négyszögre , ha a szemközti oldalainak bármelyik párja antiparallel . Egy konvex négyszögben legyen az átlók metszéspontja, a és az oldalak kiterjesztésének metszéspontja , és legyen egy kör, amelynek átmérője egy szakasz , amely a Pascal-pontokat alkotja, és oldalain és .(lásd az ábrát)











(1) akkor és csak akkor ciklikus négyszög, ha a és pontjai egybeesnek a kör középpontjával . [10] [11] (2) akkor és csak akkor ciklikus négyszög, ha a és pontok a és oldalak felezőpontjai . [10] [11] .









- Megjegyzés . A négyszög felvételének hetedik és nyolcadik kritériuma nagyon hasonló, és a rajzaik is nagyon hasonlóak. Lehetséges, hogy ez ugyanaz a kritérium a négyszög feliratozásánál, különböző elsődleges forrásokból. Mindkét ábrán , és Pascal-pontok. Vannak más hasonló pontok is. Bár formailag mindkét kritérium eltérően hangzik.


- A beírandó négyszög tizedik kritériuma . Az a feltétel, amely mellett két egyenlő oldalú háromszög kombinációja egy körbe írt négyszöget ad [12] . Úgy, hogy két háromszög (a, b, f) és (c, d, f) oldalhosszúságú háromszög f-vel egyenlő közös oldal mentén kombinálva egy körbe írt négyszöget ad. oldalsorral ( a , b , c , d ), a feltétel [13] :84
- A beírandó négyszög tizenegyedik feltétele . A négy adott Miquel -egyenesből alkotott konvex négyszög (lásd a jobb oldali ábrát) akkor és csak akkor írható be egy körbe, ha a négyszög M Miquel-pontja azon az egyenesen fekszik, amely az egyenesek hat metszéspontja közül kettőt összeköt (azokat, amelyek nem a négyszög csúcsai). Vagyis amikor M az EF -en fekszik (lásd a jobb oldali ábrát).
Terület
Egy a , b , c , d oldalú négyszög S területét a Brahmagupta képlet adja meg [14].
ahol p , a félperiméter . Az állítás Bretschneider relációjának következménye , mivel az ellentétes szögek 180°-ot adnak össze. Ha d = 0, a beírt négyszögből háromszög lesz, az egyenlőség pedig Heron képletévé válik .
Egy beírt négyszögnek van a legnagyobb területe az azonos oldalhosszúságú négyszögek közül. Ez egy másik következménye a Bretschneider-relációnak. Az állítás matematikai elemzéssel igazolható [15] .
Négy egyenlőtlen hosszúság, amelyek mindegyike kisebb, mint a másik három összege, három inkongruens beírt négyszög oldalai [16] , és Brahmagupta képlete szerint ezeknek a háromszögeknek ugyanaz a területe. Különösen az a , b , c és d oldalak esetében az a oldal lehet a b , c vagy d oldal ellentéte . A három beírt négyszög közül bármelyik kettőnek azonos hosszúságú az átlója [17] .
Egy olyan beírt négyszög területe, amelynek oldalai a , b , c , d és az a és b oldalak közötti B szög , a következő képlettel fejezhető ki: [5]
vagy [18]
ahol θ bármely szög az átlók között. Ha az A szög nem megfelelő, a terület a [18] képlettel fejezhető ki.
Egy másik területképlet [19]
ahol R a körülírt kör sugara . Ennek közvetlen következménye lesz [20]

,
és az egyenlőtlenség akkor és csak akkor válik egyenlővé, ha a négyszög négyzet.
Átlók
Egy A , B , C , D csúcsú (a jelzett sorrendben) és a = AB , b = BC , c = CD és d = DA oldalú négyszögben a p = AC és q = BD átlók hossza oldalakkal kell kifejezni [21] [22] [17]
és
amely a Ptolemaioszi egyenletet adja
Ptolemaiosz második tétele [21] [
22]
szerint
ugyanazzal a jelöléssel, mint korábban.
Az átlók összegére az egyenlőtlenség [23]
Egy egyenlőtlenség akkor és csak akkor válik egyenlővé, ha az átlók azonos hosszúságúak, ami a számtani és a geometriai átlag egyenlőtlenségével mutatható ki .
Ezenkívül [24] ,
Bármely konvex négyszögben két átló osztja a négyszöget négy háromszögre. Egy beírt négyszögben ennek a négy háromszögnek a szemközti párjai hasonlóak .
Ha M és N az AC és BD átlók felezőpontja , akkor [25]
ahol E és F a szemközti oldalak metszéspontja.
Ha az ABCD egy beírt négyszög, és az AC egy P pontban metszi a BD -t , akkor [26]
Szögképletek
Egy a , b , c , d oldalakkal , p félperiméterrel és az a és d oldalak közötti A szöggel rendelkező beírt négyszög esetén az A szög trigonometrikus függvényei [27]
Az átlók közötti θ szögre [18]
Ha az a és c szemközti oldal kiterjesztései szögben metszik egymást , akkor

ahol p a félperiméter [28]
Parameshvara képlete
Egy a , b , c , d oldalakkal (a jelzett sorrendben) és p félperiméterrel rendelkező beírt négyszög esetén a körülírt kör sugarát a [22] [29] képlet adja meg.
A képletet Vatasseri Paramesvara indiai matematikus dolgozta ki a 15. században.
Brahmagupta képletével Parameswara képlete konvertálható erre

,
ahol S a beírt négyszög területe.
Anticentrum és kollinearitás
A beírt négyszög egyik oldalára merőleges és a szemközti oldal felezőpontján átmenő négy szakasz egy pontban metszi egymást [30] [31] . Ezt a metszéspontot anticentrumnak nevezzük . Az antiközéppont szimmetrikus a körülírt kör középpontjával a "csúcs-centroidhoz" képest . Így egy beírt négyszögben a körülírt kör középpontja, a "csúcs centroid" és az anticentrum ugyanazon az egyenesen fekszik [31] .
Ha egy beírt négyszög átlói a P pontban metszik egymást , és az átlók felezőpontjai V és W , akkor a négyszög antiközéppontja a VWP háromszög ortocentruma , a csúcsközpont pedig a háromszöget összekötő szakasz közepén van. az átlók felezőpontjai [31] .
Egy beírt négyszögben a G a "terület középpontja", a G v "csúcsok középpontja" és az átlók P metszéspontja ugyanazon az egyenesen fekszik. A pontok közötti távolságok kielégítik a [32] egyenlőséget.
Egyéb tulajdonságok
- Monge tétele egy beírt négyszög ortocentrumáról . Egy beírt négyszög ellentétes oldalaira merőleges 4 oldalának felezőpontjából húzott 4 egyenes szakasz (4 antimedatris ) metszi egymást ennek a négyszögnek a H ortocentrumában . [33] , [34]
- A beírt szögtétel következménye . Egy O középpontú ABCD beírt négyszögben legyen P az AC és BD átlók metszéspontja . Ekkor az APB szög az AOB és COD szögek számtani átlaga . Ez egyenes következménye a beírt szögtételnek és a háromszög külső szögtételének .
- A beírt négyszög két szemközti oldalpárjának metszéspontjában képzett E és F csúcsok szögeinek belső felezőinek merőlegességére vonatkozó tétel . Ha a beírt négyszög szemközti oldalait az E és F pontok metszéspontjáig kiterjesztjük , akkor az E és F pontban lévő szögek belső felezői merőlegesek [16] .
- Tétel egy beírt négyszög 4 csúcsának 4 vetületére . Legyen egy beírt négyszög, legyen a csúcsból az átlóba esett merőleges alapja ; pontokat hasonlóan határozzuk meg . Ekkor a pontok ugyanazon a körön helyezkednek el. [35]






- A számnégyszög tétel . Nincsenek olyan beírt négyszögek, amelyeknek racionális területe és egyenlőtlen racionális oldalai vannak, amelyek számtani vagy geometriai sorozatot alkotnának [36] .
- A számnégyszög tétel . Ha egy beírt négyszögnek olyan oldalhosszai vannak, amelyek aritmetikai sorozatot alkotnak , akkor a négyszög kívülről is körülírt .
Brahmagupta négyszögei
A Brahmagupta-négyszög [37] egy beírt négyszög egész oldalhosszúsággal, egész szám átlóhosszúsággal és egész területtel. A körülírt kör összes a, b, c, d oldalával , e, f átlójával , S területével és R sugarú Brahmagupta-négyszögeket megkaphatjuk, ha megszabadulunk a nevezőtől a következő kifejezésekben ( t , u és v racionális paraméterekkel ):
Az ortodiagonális beírásos négyszögek tulajdonságai
A körülírt kör területe és sugara
Legyen egy beírt négyszög, amely szintén merőleges (azaz merőleges átlókkal rendelkezik), az átlók metszéspontja az egyik átlót p 1 és p 2 hosszúságú szakaszokra, a másikat pedig q 1 és q 2 hosszúságú szakaszokra osztja . Ezután [38] (az első egyenlőség a 11. állítás Arkhimédész Lemmáiban )

,
ahol D a körülírt kör átmérője . Az egyenlőség annak a ténynek köszönhető, hogy az átlók a kör merőleges húrjai . Ez azt jelenti, hogy az R körülírt kör sugara kielégíti az egyenlőséget
vagy a négyszög oldalain keresztül
Ebből az is következik, hogy
Így az Euler-képlet szerint a sugár kifejezhető p és q átlókkal, valamint az átlók felezőpontjai közötti
x távolsággal .
A beírt merőleges négyszög K területének képlete közvetlenül megkapható az oldalak alapján, ha kombináljuk Ptolemaiosz tételét (lásd fent) és az ortodiagonális négyszög területének képletét. Ennek eredményeként azt kapjuk
Egyéb tulajdonságok
- Egy beírt ortodiagonális négyszögben az anticentrum egybeesik az átlók metszéspontjával [39] .
- Brahmagupta tétele kimondja, hogy egy beírt négyszögben, amely szintén merőleges, az átlók metszéspontján keresztül mindkét oldalról merőleges felosztja az ellenkező oldalt [39] .
- Ha a beírt négyszög egyben merőleges is, akkor a körülírt kör középpontjától az egyik oldalig mért távolság fele a szemközti oldal hosszának [39] .
- Egy beírt merőleges négyszögben az átlók felezőpontjai közötti távolság egyenlő a körülírt kör középpontja és az átlók metszéspontja közötti távolsággal [39] .
Lásd még
Jegyzetek
- ↑ Usiskin, 2008 , p. 63–65, 10. fejezet Ciklikus négyszögek.
- ↑ Usiskin, 2008 , p. 63–65.
- ↑ Joyce, 1997 , p. 3. könyv, 22. javaslat.
- ↑ 1 2 Andreescu, Enescu, 2004 , p. 2.3 Ciklikus quadok.
- ↑ 1 2 Durell, Robson, 2003 , p. 25.
- ↑ Bradley, 2007 , p. 179.
- ↑ Hajja, 2008 , p. 103–6.
- ↑ Fraivert, David. Új pontok, amelyek a kilenc pontos körhöz tartoznak // A Matematikai Közlöny : folyóirat. - 2019. - július ( 103. évf. , 557. sz.). - P. 222-232 . - doi : 10.1017/mag.2019.53 .
- ↑ Fraivert, David. A komplex számok módszerének új alkalmazásai ciklikus négyszögek geometriájában (angol) // International Journal of Geometry : folyóirat. - 2018. - Kt. 7 , sz. 1 . - 5-16 . o .
- ↑ 1 2 3 Fraivert, David; Sigler, Avi & Stupel, Moshe (2020), Necessary and elegendő tulajdonságok egy ciklikus négyszöghez , International Journal of Mathematical Education in Science and Technology , < https://doi.org/10.1080/0020739X.2019.1683772 > Archivált 10. június 2020. a Wayback Machine
- ↑ 1 2 Freivert, D. M. (2019), Új téma az euklideszi geometriában a síkon: A négyszög oldalain lévő kör által alkotott „pascal-pontok” elmélete , Matematikai oktatás: A technika állása és perspektívák: Proceedings of a Nemzetközi Tudományos Konferencia , < http ://libr.msu.by/handle/123456789/9675 > Archiválva : 2019. november 10. a Wayback Machine -nél
- ↑ Lásd a " Beírt négyszög " cikk "Átlók" alfejezetét
- ↑ Johnson, Roger A., Advanced Euclidean Geometry , Dover Publ. co., 2007
- ↑ Durell és Robson 2003 , p. 24.
- ↑ Péter, 2003 , p. 315–6.
- ↑ 1 2 Coxeter, Greitzer, 1967 , p. 57, 60.
- ↑ 12. Johnson , 2007 , p. 84.
- ↑ 1 2 3 Durell és Robson, 2003 , p. 26.
- ↑ Prasolov, 2006 , p. 86, 4.44. feladat.
- ↑ Alsina, Nelsen, 2009 , p. 64.
- ↑ 1 2 Durell, Robson, 2003 , p. 25,.
- ↑ 1 2 3 Alsina, Nelsen, 2007 , p. 147–9.
- ↑ Crux, 2007 , p. 123, #2975.
- ↑ Crux, 2007 , p. 64, #1639.
- ↑ ABCD egy ciklikus négyszög. Legyen M , N az AC , illetve BD ... átlók felezőpontja . A problémamegoldás művészete (2010). (határozatlan)
- ↑ A. Bogomolny, An Identity in (Cyclic) Quadrilaterals, Interactive Mathematics Miscellany and Puzzles ,
[1] Archivált : 2019. május 28. a Wayback Machine -nél , Hozzáférés: 2014. március 18..
- ↑ Siddons, Hughes, 1929 , p. 202.
- ↑ Durell és Robson 2003 , p. 31.
- ↑ Hoehn, 2000 , p. 69–70.
- ↑ Altshiller-Court, 2007 , p. 131.
- ↑ 1 2 3 Honsberger, 1995 , p. 35–39, 4.2 Ciklikus négyszögek.
- ↑ Bradley, 2011 .
- ↑ Négyszögek figyelemre méltó pontjai és vonalai// https://math.mosolymp.ru/upload/files/2018/khamovniki/geom-10/2018-04-17-Zam_pr_ch-ka.pdf
- ↑ Monge tétele// https://bambookes.ru/stuff/reshenie_zadach/geometrija/4-1-0-8264
- ↑ Arkhimédész problémája körül. Archiválva : 2016. április 29. a Wayback Machine -nál 7. ábra. 11. o. 5
- ↑ Buchholz, MacDougall, 1999 , p. 263–9.
- ↑ Sastry, 2002 , p. 167–173.
- ↑ Posamentier, Salkind, 1970 , p. 104–5.
- ↑ 1 2 3 4 Altshiller-Court, 2007 , p. 131,137-8.
Irodalom
- Claudi Alsina, Roger Nelsen. Amikor a kevesebb több: Az alapvető egyenlőtlenségek megjelenítése, 4.3. fejezet Ciklikus, érintő és bicentrikus négyszögek. - Mathematical Association of America, 2009. - ISBN 978-0-88385-342-9 .
- Claudi Alsina, Roger B. Nelsen. Ciklikus négyszög átlóin // Forum Geometricorum. - 2007. - T. 7 .
- Nathan Altshiller-Court. Főiskolai geometria: Bevezetés a háromszög és a kör modern geometriájába. — 2. - Courier Dover, 2007. - ISBN 978-0-486-45805-2 . (org. 1952)
- =Titu Andreescu, Bogdan Enescu. Matematikai olimpia kincsei. - Springer, 2004. - ISBN 978-0-8176-4305-8 .
- Christopher Bradley. Három középpont, amelyet egy ciklikus négyszög hozott létre. – 2011.
- Christopher J. Bradley. A geometria algebra: derékszögű, területi és projektív koordináták. - Highperception, 2007. - ISBN 1906338000 .
- RH Buchholz, JA MacDougall. Gémnégyszögek aritmetikai vagy geometriai progressziójú oldalakkal // Bulletin of the Australian Mathematical Society. - 1999. - T. 59 , sz. 2 . - doi : 10.1017/S0004972700032883 .
- Harold Scott MacDonald Coxeter, Samuel L. Greitzer. Geometry Revisited. 3.2 Ciklikus négyszögek; Brahmagupta képlete. - Mathematical Association of America, 1967. - ISBN 978-0-88385-619-2 . Fordította : G. S. M. Coxeter, S. L. Greitzer. Új találkozások a geometriával. 3.2 Beírt négyszögek; Brahmagupta tétele. - Moszkva: "Nauka", 1978. - (Matematikai Kör könyvtára).
- Crux Mathematicorum. A Crux Mathematicorumban javasolt egyenlőtlenségek . – 2007.
- D. Fraivert. A beírható négyszög és a Pascal-pontokat alkotó kör elmélete // Journal of Mathematical Sciences: Advances and Applications. - 2016. - T. 42 . — P. 81–107. - doi : 10.18642/jmsaa_7100121742 .
- C. V. Durell, A. Robson. fejlett trigonometria. - Courier Dover, 2003. - ISBN 978-0-486-43229-8 . (eredeti 1930)
- Mowaffaq Hajja. A körülírható négyszög ciklikusságának feltétele // Forum Geometricorum. - 2008. - T. 8 .
- Larry Hoehn. Ciklikus négyszög kör sugara // Matematikai Közlöny. - 2000. - T. 84 , sz. 499 március . — .
- Ross Honsberger. Epizódok a tizenkilencedik és huszadik századi euklideszi geometriában. - Cambridge University Press, 1995. - V. 37. - (New Mathematical Library). - ISBN 978-0-88385-639-0 .
- Roger A. Johnson. Fejlett euklideszi geometria. – Dover Publ, 2007. (eredeti: 1929)
- Tamás Péter. Egy négyszög területének maximalizálása // The College Mathematics Journal. - 2003. - T. 34 , sz. szeptember 4 . — .
- Alfred S. Posamentier, Charles T. Salkind. Kihívást jelentő geometriai problémák. — 2. - Courier Dover, 1970. - ISBN 978-0-486-69154-1 . Fejezet: Megoldások: 4-23 Bizonyítsuk be, hogy a két merőleges húr által alkotott szakaszok mértékeinek négyzetösszege megegyezik az adott kör átmérőjének négyzetével!
- , < http://students.imsa.edu/~tliu/Math/planegeo.pdf > Archivált 2018. szeptember 21-én a Wayback Machine -nél Az orosz kiadásból fordította V.V. Prasolov. Problémák a planimetriában. oktatóanyag. - 5. - Moszkva: MTSNMO OAO "Moszkvai tankönyvek", 2006. - ISBN 5-94057-214-6 .
- KRS Sastry. Brahmagupta négyszögek // Forum Geometricorum. - 2002. - T. 2 .
- A.W. Siddons, R.T. Hughes. trigonometria. – Cambridge University Press, 1929.
- Zalman Usiskin, Jennifer Griffin, David Witonsky, Edwin Willmore. A négyszögek osztályozása: definíciótanulmány. - IAP, 2008. - (Kutatás a matematikaoktatásban). - ISBN 978-1-59311-695-8 .
- D.E. Joyce. Euklidész elemei . – Clark Egyetem, 1997.
- D. Fraivert. Pascal-pontos négyszögek ciklikus négyszögbe írva // The Mathematical Gazette. - 2019. - T. 103 , sz. 557 .
Külső linkek