“梅氏定理”与“塞瓦定理”的简单应用

梅氏定理(梅涅劳斯定理): 0当直线交\(\triangle ABC\)三边所在直线\(BC,AC,AB\)于点\(D,E ,F\)时,有\(\dfrac {AF}{FB}\cdot \dfrac {BD}{DC}\cdot \dfrac {CE}{EA}=1\). 塞瓦定理: 0在\(\triangle ABC\)内任取一点\(O\),延长\(AO,BO,CO\)分别交对边于\(D,E,F\),则\(\dfrac {BD}{DC}\cdot \dfrac {CE}{EA}\cdot \dfrac {AF}{FB}=1\).


本题要通过梅氏定理赛瓦定理来解决: \(\triangle ABC\)内有一点\(P\),连结\(AP,BP,CP\)并延长,分别与对边相交,把\(\triangle ABC\)分成六个小三角形,若这六个小三角形中有三个面积相等,则点\(P\)必为\(\triangle ABC\)的重心. QQ截图20150901103853 证明    六个小三角形中有三个面积相等,由对称性可分为四种情况讨论: 情况一    如图①,\(S_{\triangle PBF}=S_{\triangle DPB}=S_ {\triangle PDC}\); QQ截图20150901103902此时\(BD=CD\),所以\(\dfrac{CP}{PF}=2\), 由梅氏定理可得\(\dfrac{CP}{PF}\cdot \dfrac{AF}{AB}\cdot\dfrac{BD}{DC}=1\), 所以\(AF=BF\),即\(P\)为重心. 情况二    如图②,\(S_{\triangle APF}=S_{\triangle DPB}=S_ {\triangle PDC}\); QQ截图20150901103911可得\(S_{\triangle AFC}=S_{\triangle ADC}\), 所以\(DF\parallel AC\), 所以\(D,F\)分别为\(BC,AB\)中点,即\(P\)为重心. 情况三    如图③,\(S_{\triangle FBP}=S_{\triangle DPB}=S_ {\triangle AEP}\); QQ截图20150901103922此时有\(DE\parallel AB\), 根据塞瓦定理得\(\dfrac{AF}{BF}\cdot \dfrac{BD}{DC}\cdot \dfrac{CE}{AE}=1\), 所以\(AF=BF\),于是\(S_{\triangle APF}=S_{\triangle BPF}\), 由情况①可得\(P\)为重心. 情况四    如图④,\(S_{\triangle AFP}=S_{\triangle DPB}=S_ {\triangle PCE}\); QQ截图20150901103930根据塞瓦定理得\(\dfrac{S_{\triangle BDP}}{S_{\triangle PDC}}\cdot \dfrac{S_{\triangle PCE}}{S_{\triangle APE}}\cdot \dfrac{S_{\triangle AFP}}{S_{\triangle BFP}}=1\), 设相等的三角形面积为\(a\),\(\triangle APE,\triangle CDP\)与\(\triangle BFP\)的面积分别为\(x,y\)与\(z\),所以\(xyz=a^3\). ① 若\(x,y,z\)互不相等,不妨设\(x>y>z\),则\(x>a\),\(z<a\),但\[1<\dfrac xa=\dfrac{AE}{CE}=\dfrac{S_{\triangle AEP}}{S_{\triangle CEP}}=\dfrac{S_{\triangle ABP}}{S_{\triangle BCP}}=\dfrac{a+z}{a+y}<1,\]结论矛盾; ② 若\(x,y,z\)中有相等,不妨设\(x=y\),则\(\dfrac az=\dfrac {a+x}{a+y}=1\),所以\(a=z\), 由\(xyz=a^3\)得\(xy=a^2\),所以\(x=y=z=a\), 即点\(D,E,F\)分别为各边的中点,\(P\)为重心. 综上,点\(P\)必为\(\triangle ABC\)的重心.

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