布利安桑(Brainchon)定理是一个射影几何中的著名定理,其定理内容为:六条边和一条圆锥曲线相切的六边形的三条对角线共点,此点被称为该六边形的布列安桑点。
定理定义
布利安桑定理叙述如下:如果六边形的边交替地通过两个定点P和Q,则连接六边形的相对的顶点的三条对角线是共点的。
布列安桑(Brainchon)定理是一个
射影几何中的著名定理,它断言六条边和一条
圆锥曲线相切的六边形的三条对角线共点,此点称为该六边形的布列安桑点(见下图):
[注1] 此处的对角线指主对角线,若六边形的六个顶点记作 A1, A2, A3, A4, A5, A6,则三条(主)对角线为 A1A4, A2A5, A3A6.
定理证明
证明一
已知:如图所示,六边形ABCDEF外切于一圆。
求证:AD,BE,CF共点。
证明:如图所示,从外切六边形的各个切点如图方向延长,使图中所有红色的线段相等。(即若设AB、BC、CD、DE、EF、FA分别切圆于G'、L'、I'、H'、K'、J',则分别延长AB、CB、CD、ED、EF、AF到G、H、I、J、K、L,而且满足GG'=HH'=II'=JJ'=KK'=LL')分别过G、H为切点作圆O1,I、J为切点作圆O2,K、L为切点作圆O3
由切线长定理易推出GB=BL,HE=KE,所以BE为圆O1和圆O3的
根轴,
同理可证CF为圆O2和圆O3的
根轴,AD为圆O1和圆O2的
根轴,
由
根心定理知,三个不在一条直线的三个圆的三条
根轴必交于一点,所以AD,BE,CF共点,
得证
证明二
如右图所示。
--------------------(以下为右图中的内容)---------------------------------------
已知:如图所示,六边形ABCDEF外切于一圆。
求证:AD、BE、CF交于一点。
证明:设AD、BE交于点O。AB、BC、CD、DE、EF、FA分别切圆于G、H、I、J、K、L。
由
牛顿定理3知AD、GJ、IL交于点P;BE、GJ、HK交于点Q,CF、HK、IL交于点R。
作OS//AB交GJ于S,OT//DE交GJ于T,则∠OTS=180°-∠DJG=180°-∠BGJ=∠OST,所以OT=OS,
作OU//CD交PI于U,又因为OT//DE,则OU/ID=PO/PD=OT/DJ(
平行线分线段成比例定理),
作OV//BC交HQ于V,同理可证OV=OS,
所以OU=OT=OS=OV,
因为OU//CI,所以OC被IU分成的两段之比为OU/CI(
平行线分线段成比例定理),
因为OV//CH,所以OC被HV分成的两段之比为OV/CH(
平行线分线段成比例定理),
又因为OU=OV(已证),CI=CH(
切线长定理),
所以OU/CI=OV/CH,即IU、OC的交点与HV、OC的交点重合,所以IU、OC、HV共点,
又因为CF、HK、IL共点(已证),所以C、O、F共线,即AD、BE、CF共点,
得证。
--------------------(以上为右图中的内容)---------------------------------------
定理推广
此定理是
帕斯卡定理的
对偶形式。用其证明
牛顿定理甚易。
布列安桑定理的
逆定理同样成立,即如果一个六边形的三条对角线共点,则它的六条边和一条
圆锥曲线相切。
发展简史
布列安桑定理由
法国数学家 Charles Julien Brianchon (1783–1864) 发现, 按照法语发音,Brianchon 应该译为“布里昂雄”,数学名词译者多不懂法语,误按英语发音译为“布列安桑”,此名词已广为人知,故从之。
布列安桑定理是射影几何中的另一个著名定理——帕斯卡(Pascal)定理的对偶定理。