一個初中平面幾何問題
我是1981年初中畢業,讀了大概三個月的高中后肄業,后面的日子一邊在生產隊干活,一邊繼續學習高中的數學,在學習了高中的二次曲線部分,特別是橢圓曲線后,我發現了下面一個初中平面幾何定理,并給出了一個非常簡潔的證明,1995年~1998年在浙大讀博期間,曾經講給一個師兄聽,他聽后認為是一個很巧妙的證明,我一直認為初中的平面幾何當初是我最感興趣的學習內容,它引導我喜歡上了數學,當時的年代由于課后習題少,參考書也不多,我曾經養成了自己編題,自己解題的習慣,下面這個結論的發現也許得益于養成的這種習慣,這么多年過去了,證明的程序仍然記憶猶新,作為消遣,寫出來與大家共享,并歡迎大家就證明程序提出寶貴意見,我相信若證明正確的話(歡迎大家找錯啊),對中學生及其家長是有益的,它不失為一個好的智力開發題,當然若結論或證明程序與前人雷同,則純屬巧合(畢竟平面幾何這個學科太過古老,本人也不從事中學數學的教學,擔心有不知道的東西已經存在了),
定理:在
△
A
B
C
△ABC
△ABC的內部不存在一個點
P
P
P到三個頂點的距離和最長,即不存在一個點
P
P
P使
P
A
+
P
B
+
P
C
PA+PB+PC
PA+PB+PC最長,

證明:如上圖所示,以
B
B
B 和
C
C
C 為焦點,過
P
P
P做一橢圓,在橢圓上
P
P
P 的兩邊分別取
P
1
P_1
P1? 和
P
2
P_2
P2? 兩個點,根據橢圓的性質,
P
1
B
+
P
1
C
=
P
B
+
P
C
=
P
2
B
+
P
2
C
P_1B+P_1C = PB + PC = P_2B+P_2C
P1?B+P1?C=PB+PC=P2?B+P2?C,因此,我們只需證明
P
1
A
P_1A
P1?A 和
P
2
A
P_2A
P2?A 至少有一條大于
P
A
PA
PA 即可,連接
P
1
P_1
P1? 和
P
P
P,
P
2
P_2
P2? 和
P
P
P, 考慮
△
A
P
1
P
△AP_1P
△AP1?P 和
△
A
P
P
2
△APP_2
△APP2?,由于
∠
P
1
P
P
2
<
18
0
,
\angle {P_1}P{P_2} < 180^,
∠P1?PP2?<180, , 所以
∠
P
1
P
A
\angle {P_1}PA
∠P1?PA 和
∠
P
2
P
A
\angle {P_2}PA
∠P2?PA 至少一個為鈍角, 而鈍角所對應的邊一定為最大邊,結論由此而證明,
注1:上面的證明結合了二次曲線的性質,如何用初中平面幾何的知識進行證明則是一個有趣的問題,上面證明中直觀地使用了
∠
P
1
P
P
2
<
18
0
,
\angle {P_1}P{P_2} < 180^,
∠P1?PP2?<180, ,而這個其實是利用了橢圓的凸性,
注2:上面的定理是否對凸多邊形也成立?若成立如何證明?這個是否可以引申出現代數學的某些東西呢?
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