這道平面幾何題如何解?

時間 2021-06-04 01:44:57

1樓:Shin

用反證法。

對於三角形 ,我們先取 中點 , 中點 , 中點 。那麼顯然 。

那麼我們假設在 上存在 滿足 ,且 不與 重合。至少有兩組頂點不同。

顯然 。

1. 若有一組頂點相同。不妨假設 ,那有

我們再分兩種情況。

1.1那麼 只能在 上,否則 DF" eeimg="1"/>或者 DE" eeimg="1"/>

然而此時 \angle EDF" eeimg="1"/>,矛盾。

1.2 90^\circ" eeimg="1"/>

同上,顯然 不可能同時在 的一側,否則無法滿足

那假設 在 上, 在 上。

然而此時 90^\circ" eeimg="1"/>,所以 DE" eeimg="1"/>,矛盾。

所以不可能有一組頂點相同。

2. 無頂點相同。那有

分兩種情況。

2.1 假設這三個命題

i.在 , 在 ;

ii. 在 , 在 ;

iii. 在 , 在

至少有乙個為真。

不妨設在 , 在 。然後設 在 。

如果 ,那麼 1" eeimg="1"/>, EF" eeimg="1"/>。矛盾。

如果 ,分三種情況。

2.1.1 若。如果 \frac" eeimg="1"/>,過 做 的平行線交 與 ,

那麼顯然 EF" eeimg="1"/>, 90^\circ" eeimg="1"/>。則有 GK > EF" eeimg="1"/>。矛盾。

如果 則過 做的平行線交 與 ,同理會得到矛盾。

2.1.2 如果 90^\circ" eeimg="1"/>

類似2.1.1 容易證得 。矛盾。

2.1.3 如果 90^\circ" eeimg="1"/>

設 交 於 。注意此時應該有 ,否則過 做 的平行線交 於 ,有 JM \geq MN = FE" eeimg="1"/>,矛盾。

過 做 的平行線 。注意 應在 內部因為 。

同樣的,過 做 的平行線交 於 。顯然有

設則 到 的距離 為

類似的有

由於 ,有

所以 同理

兩式相除得

由正弦定理, ,所以 ,即 ,然而若 ,則 , 與 重合,矛盾。

2.2 既然2.1不成立,那麼只剩下

在 上, 在 上, 在 上。或者在 上, 在 上, 在 上。這兩種情況等價,我們假設為第一種情況。

我們假設

並且設則 所以

同理,則 ,矛盾。

綜上所述,所有情況都會產生矛盾,則原假設不成立。即 和 一定重合,原命題得證。

我比較菜,幾何法的話暫時只能想到這種方法了。大佬們應該能給出更漂亮的證明。

順便這題讓我想到了另外一道題,是IBM Ponder This 2023年8月的題目。

IBM Research | Ponder This | August 1998 Challenge

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