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四边形的等角共轭点(网络画板演示)

关于等角共轭点,是相对于给定的几何图形而言的。如果给定一个三角形,那么平面上几乎所有的点都有对应的等角共轭点(除了三角形边界上的点);三角形的等角共轭点的自由度是2,它们的集合构成一个面。给定一个凸五边形,那么,它存在唯一一对等角共轭点,自由度是0。而边数超过五的多边形,有可能不存在等角共轭点。最复杂的,当属四边形的等角共轭点,所有的等角共轭点的集合,构成一条三次曲线,自由度是1。
工具/原料
1

电脑

2

网络画板

基本图形
1

设一条直线AB与椭圆切于X,椭圆的焦点是P和Q,那么,直线AB是∠PXQ的外角平分线。这个结论无需计算,稍微动动脑,就可以发现,这是显然的:设Q关于AB的对称点是R;观察发现,直线AB上,到P和Q的距离之和最小的点就是X;所以,P、R、X三点共线;所以,AB平分∠QXR。

2

如果椭圆外一点A到椭圆的两条切线分别是AX和AY,焦点是P和Q,那么,∠XAY和∠PAQ有相同的角平分线。也就是∠YAP=∠XAQ。

3

如果椭圆外一点A到椭圆的两条切线分别是AX和AY,焦点是P和Q,那么,P和Q在AX和AY上的投影点共圆,圆心是PQ中点。

4

如果四边形ABCD的四条边都与椭圆相切,P和Q是切点,那么,P和Q在四边的投影点共圆,圆心是椭圆中心。

5

P和Q是关于四边形ABCD的等角共轭点。

6

如果椭圆是四边形的内切椭圆,那么,∠APB+∠CPD=180°。

7

如果椭圆是四边形ABCD的旁切椭圆,那么,∠APB=∠CPD。

8

如果把整个图形放在复平面上,那么A、B、C、D、P、Q就对应六个复数;又因为∠APB+∠CPD=180°或∠APB=∠CPD,所以:(P-A)/(P-B)*(P-C)/(P-D)是实数,也就是虚部等于0。

10

一个问题:凸四边形ABCD的对角线的中点分别是E、F,G是线段EF上的点(不包括端点E和F),(1)、求证:ABCD内存在唯一的内切椭圆,以G为中心;在不画出椭圆的前提下作图:(2)、确定椭圆与四边形各边的切点;(3)、确定这个椭圆焦点的位置。

注意事项

关于四边形ABCD,P存在等角共轭点,等价于,P到四边的投影点共圆,等价于,P是某条与四边相切的圆锥曲线的焦点,等价于,P到AB和CD的所张开的有向角相等,等价于,在复平面上(P-A)/(P-B)*(P-C)/(P-D)的虚部等于0。

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