考虑等角六边形 ABCDEF,求证:AC2+CE2+EA2=BD2+DF2+FB2.
证明
等角六边形 ABCDEF 的六个内角均为 120∘,根据余弦定理,有AC2=AB2+BC2+AB⋅BC,
类似的计算其他对角线的平方,可得欲证等式即AB⋅BC+CD⋅DE+EF⋅FA=BC⋅CD+DE⋅EF+FA⋅AB,
也即[ABC]+[CDE]+[EFA]=[BCD]+[DEF]+[FAB],
也即[ACE]=[BDF].
作平行六边形 ABCDEF 的伴随三角形 PQR,设 PEEQ=λ1,QAAR=λ2,RCCP=λ3,因为 DE∥QR,FA∥RP,BC∥PQ,所以PDDR=PEEQ=λ1,QFFP=QAAR=λ2,RBBQ=RCCP=λ3,
所以[PCE][PQR]=PC⋅PEPQ⋅PR=PC⋅PE(PE+EQ)(PC+CR)=1(1+EQPE)(1+RCCP)=λ1(1+λ1)(1+λ3),
同理可得[QEA][PQR]=λ2(1+λ2)(1+λ3),[RAC][PQR]=λ3(1+λ3)(1+λ2),
从而[ACE][PQR]=1+λ1λ2λ3(1+λ1)(1+λ2)(1+λ+3),
同理可得[BDF][PQR]=1+λ1λ2λ3(1+λ1)(1+λ2)(1+λ+3),
因此[ACE]=[BDF],
命题得证.