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关于“过一点作平分三角形面积的直线”的问题,文[1]通过将一个三角形(其顶点为一边的中点、一个顶点和已知点)进行旋转、位似变换,构建相似三角形,利用比例线段沟通面积之间的关系,使该问题获得了一个较为简单的思路.但由于已知点的位置情况、解的情况比较复杂,对旋转、位似中心以及中点的选取给人以说不清、道不明的感觉.笔者经过深入研究,对平分三角形面积的直线有了进一步的认识,现整理如下,算是对文[1]的补充,不当之处,欢迎批评指正.
1关于平分三角形面积的直线所交边的确定
如图1,AD、BE、CF是△ABC的中线,点O是重心,点P在对顶角∠BOD或∠AOE内.设想将点D向点B移动,同时点A向E移动,保持CD×CA不变.当点D移到B时,点A正好移到E.可见直线AD在上述变化过程中必然扫过点P,即经过点P必有一条平分△ABC面积的直线和线段AE、BD相交,也就是与∠ACB的两边相交(不排除经过点P还图1有平分△ABC面积的直线与AB、AC相交).因此构造△CPD或△CPE,用文[1]的方法以点C为中心进行旋转、位似变换必然能作出这条直线.
说明:(1)点P不论在△ABC内,还是在△ABC外,只要点P在对顶角∠BOD或∠AOE内,都可用这个方法.如图2、3、4、5,连接PD、PC,将∠PCD绕点C旋转,使射线CP与射线CA重合,得∠ACQ.作射线AQ,使∠CAQ=∠CPD,AQ交CQ于Q.过点P作PT∥BC交直线QC于点T,过点P、Q、T作圆交AC于N,则直线PN就是所求(证明略).
(2)作法成功与否还与过点P、Q、T的圆是否可作相关,即点P、Q、T是否不在同一直线上.事实上,当点P在∠ACB的角平分线上时,如图6,同样构造△ACQ∽△PCD,这时点Q在直线CP上,过点P作直线PL∥BC时,直线PL与CQ的交点T就是点P,因此过点P、Q、T的圆有无数个,但其中与直线PL相切的圆只有一个,设该圆交AC于N,直线PN就是所求.其证明如下:
由于PL是切线,PL∥BC,故∠CMP=∠LPN=∠NQT,又因为CP平分∠ACB,所以△PCM∽△ACQ,所以CM×CN=CP×CQ;由△ACQ∽△PCD,得CA×CD=CP×CQ,所以CM×CN=CA×CD.
2过已知点平分三角形面积的直线的条数
如图7,△ABC中,中线AD、BE、CF相交于点G,点I、J、K分别是三条中线的中点.点M从点A出发沿折线ACD移动、点N从点D出发沿折线DBA移动,两点同时出发,并始终保持直线MN平分△ABC面积.在此过程中,直线MN与所有平分△ABC面积的直线都重合了一次(除起始和结束与AD各重合一次以外).利用几何画板进行演示发现:
在△ABC所在的平面内,在由三条“双曲线段”IJ、JK、KI所围成的区域(不含边界)内所有的点都被直线MN扫过3次,故经过这些点平分△ABC面积的直线都有3条.如图7,当点P在线段GB、GD和“双曲线段”JK围成的区域内时,过点P的的3条平分△ABC面积直线中,1条与CA、CB相交,另外2条都分别与AB、AC相交.
在上述区域边界上除点I、J、K外其余的点都被扫过2次,故经过这些点有且只有2条直线平分△ABC面积.
经过上述区域以外的点只有1条直线平分△ABC面积.
不存在这样的点P,经过点P有3条以上的直线平分△ABC面积.
参考文献
[1]黄良春.过任意一点作三角形面积平分线的问题研究[J].中学数学杂志,2014(8):38.
1关于平分三角形面积的直线所交边的确定
如图1,AD、BE、CF是△ABC的中线,点O是重心,点P在对顶角∠BOD或∠AOE内.设想将点D向点B移动,同时点A向E移动,保持CD×CA不变.当点D移到B时,点A正好移到E.可见直线AD在上述变化过程中必然扫过点P,即经过点P必有一条平分△ABC面积的直线和线段AE、BD相交,也就是与∠ACB的两边相交(不排除经过点P还图1有平分△ABC面积的直线与AB、AC相交).因此构造△CPD或△CPE,用文[1]的方法以点C为中心进行旋转、位似变换必然能作出这条直线.
说明:(1)点P不论在△ABC内,还是在△ABC外,只要点P在对顶角∠BOD或∠AOE内,都可用这个方法.如图2、3、4、5,连接PD、PC,将∠PCD绕点C旋转,使射线CP与射线CA重合,得∠ACQ.作射线AQ,使∠CAQ=∠CPD,AQ交CQ于Q.过点P作PT∥BC交直线QC于点T,过点P、Q、T作圆交AC于N,则直线PN就是所求(证明略).
(2)作法成功与否还与过点P、Q、T的圆是否可作相关,即点P、Q、T是否不在同一直线上.事实上,当点P在∠ACB的角平分线上时,如图6,同样构造△ACQ∽△PCD,这时点Q在直线CP上,过点P作直线PL∥BC时,直线PL与CQ的交点T就是点P,因此过点P、Q、T的圆有无数个,但其中与直线PL相切的圆只有一个,设该圆交AC于N,直线PN就是所求.其证明如下:
由于PL是切线,PL∥BC,故∠CMP=∠LPN=∠NQT,又因为CP平分∠ACB,所以△PCM∽△ACQ,所以CM×CN=CP×CQ;由△ACQ∽△PCD,得CA×CD=CP×CQ,所以CM×CN=CA×CD.
2过已知点平分三角形面积的直线的条数
如图7,△ABC中,中线AD、BE、CF相交于点G,点I、J、K分别是三条中线的中点.点M从点A出发沿折线ACD移动、点N从点D出发沿折线DBA移动,两点同时出发,并始终保持直线MN平分△ABC面积.在此过程中,直线MN与所有平分△ABC面积的直线都重合了一次(除起始和结束与AD各重合一次以外).利用几何画板进行演示发现:
在△ABC所在的平面内,在由三条“双曲线段”IJ、JK、KI所围成的区域(不含边界)内所有的点都被直线MN扫过3次,故经过这些点平分△ABC面积的直线都有3条.如图7,当点P在线段GB、GD和“双曲线段”JK围成的区域内时,过点P的的3条平分△ABC面积直线中,1条与CA、CB相交,另外2条都分别与AB、AC相交.
在上述区域边界上除点I、J、K外其余的点都被扫过2次,故经过这些点有且只有2条直线平分△ABC面积.
经过上述区域以外的点只有1条直线平分△ABC面积.
不存在这样的点P,经过点P有3条以上的直线平分△ABC面积.
参考文献
[1]黄良春.过任意一点作三角形面积平分线的问题研究[J].中学数学杂志,2014(8):38.