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三角形相切圆切点共圆锥曲线的性质问询及旁切圆特例求证

三角形相切圆切点共圆锥曲线的性质问询及旁切圆特例求证

我大概3个月前在使用GeoGebra时发现了这个性质:
给定任意三角形,画出三个从外侧与三边相切的圆(即旁切圆),那么这六个切点共处于同一条圆锥曲线上。
(示意图说明:图中展示了一个普通三角形,三个旁切圆分别贴合三边外侧,六个切点被一条平滑的圆锥曲线连贯起来)
请问这个性质是否已经被发现?又该如何证明呢?

嘿,这个几何发现真的很有眼光!我来给你解答这两个问题:

一、这个性质是否已知?

当然已知啦!这是三角形几何里的经典结论之一,这类由旁切圆切点构成的圆锥曲线属于三角形「切触圆锥曲线」的特例,在不少几何专著或者学术资料里都有记载。

二、证明思路分享

这里给你两种实用的证明方向,你可以根据自己的知识基础选择:

  • 坐标法(直观易操作)

    1. 给目标三角形建立平面直角坐标系,写出三边的直线方程;
    2. 利用旁切圆切点的长度公式:比如对应A角的旁切圆与BC边的切点,到B点的距离为$\frac{AB+BC-AC}{2}$,以此类推算出六个切点的精确坐标;
    3. 把六个点代入圆锥曲线的一般方程$Ax2+By2+Cxy+Dx+Ey+F=0$,通过解线性方程组能验证,存在非零的系数A、B、C、D、E、F满足所有点的方程,这就证明了六点共圆锥曲线。
  • 射影几何法(简洁高效)
    射影变换不会改变「点共圆锥曲线」这个性质,我们可以把任意三角形通过射影变换转换成等边三角形。对于等边三角形,凭借完美的对称性,能直接看出六个旁切圆切点共椭圆,再反推回原三角形,就能证明原结论成立啦。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者زكريا حسناوي

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