托勒密定理
托勒密定理,是指圆的内接四边形中,两条对角线的乘积(两对角线所包矩形的面积)等于两组对边乘积之和(一组对边所包矩形的面积与另一组对边所包矩形的面积之和)。
从这个定理可以推出正弦、余弦的和差公式及一系列的三角恒等式,托勒密定理实质上是关于共圆性的基本性质.
基本信息
- 中文名
托勒密定理
- 外文名
Ptolemy's theorem
- 表达式
AC·BD=AB·CD+AD·BC
- 提出者
依巴谷
- 应用学科
数学1
- 适用领域范围
几何学
基础定义
指圆内接 凸四边形两对对边乘积的和等于两条对 角线的乘积。
演绎过程
一、(以下是推论的证明,托勒密定理可视作特殊情况。)
在 任意凸四边形ABCD中(如右图),作△ABE使∠BAE=∠CAD ∠ABE=∠ ACD,连接DE.
则△ABE∽△ACD
所以 BE/CD=AB/AC,即BE·AC=AB·CD (1)由△ABE∽△ACD得AD/AC=AE/AB,又∠BAC=∠EAD,
所以△ABC∽△AED.
BC/ED=AC/AD,即ED·AC=BC·AD (2)
(1)+(2),得
AC(BE+ED)=AB·CD+AD·BC
又因为BE+ED≥BD
(仅在四边形ABCD是某圆的内接四边形时,等号成立,即“托勒密定理”)
复数证明
用a、b、c、d分别表示四边形顶点A、B、C、D的 复数,则AB、CD、AD、BC、AC、BD的长度分别是:(a-b)、(c-d)、(a-d)、(b-c) 、(a-c)、(b-d)。 首先注意到 复数 恒等式: ( a− b)( c− d) + ( a− d)( b− c) = ( a− c)( b− d) ,两边取模,运用 三角不等式得。等号成立的条件是(a-b)(c-d)与(a-d)(b-c)的辐角相等,这与A、B、C、D四点共 圆等价。 四点不限于同一平面。 平面上,托勒密不等式是三角不等式的 反演形式。
二、
设ABCD是 圆内接四边形。 在弦BC上, 圆周角∠BAC = ∠BDC,而在AB上,∠ADB = ∠ACB。 在AC上取一点K,使得∠ABK = ∠CBD; 因为∠ABK + ∠CBK = ∠ABC = ∠CBD + ∠ABD,所以∠CBK = ∠ABD。 因此△ABK与△DBC相似,同理也有△ABD ~ △KBC。 因此AK/AB = CD/BD,且CK/BC = DA/BD; 因此AK·BD = AB·CD,且CK·BD = BC·DA; 两式相加,得(AK+CK)·BD = AB·CD + BC·DA; 但AK+CK = AC,因此AC·BD = AB·CD + BC·DA。证毕。
三、