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【平面几何】五边情形的Poncelet闭合定理

本文,用一个初等方法,来证明五边的Poncelet闭合定理。五边形A1A2A3A4A5的五个顶点都在圆锥曲线u上,且五条边都与圆锥曲线v相切。B1是圆锥曲线u上任意一点,过B1作v的切线B1B2与u交于B2,过B2作v的另一条切线B2B3与v交于B3,过B3作v的另一条切线B3B4与v交于B4,过B4作v的另一条切线B4B5与v交于B5。那么,B1B5与椭圆v相切。
工具/原料
1

电脑

2

网络画板

方法/步骤
1

新出现的交点,需要参考图像,以实际交点为准,不再声明交点是怎么产生的。根据Pascal定理,有A4B2、A2B4、I2I4共点,记为X。

3

根据Brianchon定理,A2B4、MN、I1I5共点,即I1、I5、X共线。注意,图中的品红色六边形B4MI1A2NI5是v的外切六边形。

4

根据Pascal定理,J、I1、X共线,这说明J、I1、I5、X共线。

5

根据Pascal定理,J、I5、X'共线,这说明J、I1、I5、X、X'共线。

6

根据Brianchon定理,在v的外切六边形B1I1A1A5I5B5里面,三条主对角线A1B5、B1A5、I1I5共点,所以这个六边形的六条边与同一个圆锥曲线相切。观察下图的蓝色六边形,其中五条切线B1I1、I1A1、A1A5、A5I5、I5B5确定了唯一的圆锥曲线v,那么B1B5也必定与v相切。

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