每日一题[58] 切线—联结椭圆与圆的纽带

如图,过椭圆外一点引椭圆的两条切线PAPB.椭圆上一点C处的切线与PAPB分别交于MN,即椭圆与三角形PMN旁切.求证:MN对椭圆的焦点F的张角大小与C点的位置无关.

QQ20150311-1


cover我们有一个椭圆的切线相关的重要辅助线及其性质:作椭圆的某个焦点关于切线的对称点,那么该点位于另一焦点与切点所在的直线上(三点共线)且该点到另一焦点的距离为椭圆的长轴长(位于以另一焦点为圆心,长轴长为半径的圆上).

在本题中,设椭圆的另一个焦点为E,以F为圆心,长轴长为半径作圆,则E点关于PAPBMN的对称点A1B1C1均在圆上,如图.

QQ20150311-2

接下来想办法将MFN从难处理的椭圆中转移到容易处理的圆中.如图,过A1B1C1分别作直线PA1PB1MN与直线PAPBMN平行,这相当于以E为中心,将PMAPNB放大到原来的两倍.因此类似的将F放大到F的位置,其中FE=2FE.这样就有MFN=MFNQQ20150311-4

最后我们集中精力在圆中解决这个问题(如下图).

QQ20150311-6PA1PB1MN分别与圆交于点XYZ,连接FXFYFZZXZY

由于F平分FE且为圆心,于是FXPA1FYPB1FZMN,进而Z,M,X,F四点共圆,Z,Y,N,F四点共圆.

于是所求角MFN=MFZ+NFZ=MXZ+(πZYB1)=πA1XZ+πZYB1

因此MFN的大小始终为弧A1C1B1所对的圆周角,与C1的位置无关.进而MFN的大小是固定的,而与C的位置无关,原命题得证.

最后给出所有辅助线的“全家福”.QQ20150311-8

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每日一题[58] 切线—联结椭圆与圆的纽带》有2条回应

  1. menghd说:

    现在证出来了,解答更为简洁晚上有空我上传到博文里ヾ(❀╹◡╹)ノ~

  2. menghd说:

    这个性质我曾经猜想过但未证明,今见此文深感不如¦•ˇ₃ˇ•。)

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