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

.

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.

.


(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] .

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

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

Lásd még

Jegyzetek

  1. Usiskin, 2008 , p. 63–65, 10. fejezet Ciklikus négyszögek.
  2. Usiskin, 2008 , p. 63–65.
  3. Joyce, 1997 , p. 3. könyv, 22. javaslat.
  4. 1 2 Andreescu, Enescu, 2004 , p. 2.3 Ciklikus quadok.
  5. 1 2 Durell, Robson, 2003 , p. 25.
  6. Bradley, 2007 , p. 179.
  7. Hajja, 2008 , p. 103–6.
  8. 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 .
  9. 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 .
  10. 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 
  11. 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 
  12. ↑ Lásd a " Beírt négyszög " cikk "Átlók" alfejezetét
  13. Johnson, Roger A., ​​Advanced Euclidean Geometry , Dover Publ. co., 2007
  14. Durell és Robson 2003 , p. 24.
  15. Péter, 2003 , p. 315–6.
  16. 1 2 Coxeter, Greitzer, 1967 , p. 57, 60.
  17. 12. Johnson , 2007 , p. 84.
  18. 1 2 3 Durell és Robson, 2003 , p. 26.
  19. Prasolov, 2006 , p. 86, 4.44. feladat.
  20. Alsina, Nelsen, 2009 , p. 64.
  21. 1 2 Durell, Robson, 2003 , p. 25,.
  22. 1 2 3 Alsina, Nelsen, 2007 , p. 147–9.
  23. Crux, 2007 , p. 123, #2975.
  24. Crux, 2007 , p. 64, #1639.
  25. ABCD egy ciklikus négyszög. Legyen M , N az AC , illetve BD ... átlók felezőpontja . A problémamegoldás művészete (2010).
  26. 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..
  27. Siddons, Hughes, 1929 , p. 202.
  28. Durell és Robson 2003 , p. 31.
  29. Hoehn, 2000 , p. 69–70.
  30. Altshiller-Court, 2007 , p. 131.
  31. 1 2 3 Honsberger, 1995 , p. 35–39, 4.2 Ciklikus négyszögek.
  32. Bradley, 2011 .
  33. Négyszögek figyelemre méltó pontjai és vonalai// https://math.mosolymp.ru/upload/files/2018/khamovniki/geom-10/2018-04-17-Zam_pr_ch-ka.pdf
  34. Monge tétele// https://bambookes.ru/stuff/reshenie_zadach/geometrija/4-1-0-8264
  35. Arkhimédész problémája körül. Archiválva : 2016. április 29. a Wayback Machine -nál 7. ábra. 11. o. 5
  36. Buchholz, MacDougall, 1999 , p. 263–9.
  37. Sastry, 2002 , p. 167–173.
  38. Posamentier, Salkind, 1970 , p. 104–5.
  39. 1 2 3 4 Altshiller-Court, 2007 , p. 131,137-8.

Irodalom

Külső linkek