~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Arc.Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Номер скриншота №:
✰ 6226B3649873B9B3D9E9655BDED09640__1717717320 ✰
Заголовок документа оригинал.:
✰ Cyclic quadrilateral - Wikipedia ✰
Заголовок документа перевод.:
✰ Циклический четырехугольник — Википедия ✰
Снимок документа находящегося по адресу (URL):
✰ https://en.wikipedia.org/wiki/Cyclic_quadrilateral ✰
Адрес хранения снимка оригинал (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/62/40/6226b3649873b9b3d9e9655bded09640.html ✰
Адрес хранения снимка перевод (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/62/40/6226b3649873b9b3d9e9655bded09640__translat.html ✰
Дата и время сохранения документа:
✰ 09.06.2024 05:14:14 (GMT+3, MSK) ✰
Дата и время изменения документа (по данным источника):
✰ 7 June 2024, at 02:42 (UTC). ✰ 

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Сервисы Ask3.ru: 
 Архив документов (Снимки документов, в формате HTML, PDF, PNG - подписанные ЭЦП, доказывающие существование документа в момент подписи. Перевод сохраненных документов на русский язык.)https://arc.ask3.ruОтветы на вопросы (Сервис ответов на вопросы, в основном, научной направленности)https://ask3.ru/answer2questionТоварный сопоставитель (Сервис сравнения и выбора товаров) ✰✰
✰ https://ask3.ru/product2collationПартнерыhttps://comrades.ask3.ru


Совет. Чтобы искать на странице, нажмите Ctrl+F или ⌘-F (для MacOS) и введите запрос в поле поиска.
Arc.Ask3.ru: далее начало оригинального документа

Циклический четырехугольник — Википедия Jump to content

Циклический четырехугольник

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Примеры вписанных четырехугольников

В евклидовой геометрии или вписанный четырехугольник вписанный четырехугольник — это четырехугольник которого , все вершины лежат на одной окружности . Эта окружность называется описанной окружностью или описанной окружностью , а вершины называются солежащими . Центр окружности и ее радиус называются центром описанной окружности и радиусом описанной окружности соответственно. Другие названия этих четырехугольников — вписанный четырехугольник и хордальный четырехугольник , последнее, поскольку стороны четырехугольника являются хордами описанной окружности. Обычно четырехугольник считают выпуклым , но встречаются и скрещенные вписанные четырехугольники. Приведенные ниже формулы и свойства справедливы и в выпуклом случае.

Слово циклический происходит от древнегреческого κύκλος ( куклос ), что означает «круг» или «колесо».

Во всех треугольниках есть описанная окружность , но не во всех четырехугольниках. Примером четырехугольника, который не может быть вписанным, является неквадратный ромб . раздела В приведенных ниже характеристиках указано, каким необходимым и достаточным условиям должен удовлетворять четырехугольник, чтобы иметь описанную окружность.

Особые случаи [ править ]

Любой квадрат , прямоугольник , равнобедренная трапеция или антипараллелограмм являются циклическими. Воздушный змей является циклическим тогда и только тогда, когда у него есть два прямых угла – прямой воздушный змей . Бицентрический четырехугольник — это вписанный четырехугольник, который также является касательным , а экс-бицентрический четырехугольник — это вписанный четырехугольник, который также является экс-касательным . Гармонический четырехугольник — это вписанный четырехугольник, у которого произведения длин противоположных сторон равны.

Характеристики [ править ]

Вписанный четырехугольник ABCD

Центр окружности [ править ]

Выпуклый четырехугольник является вписанным тогда и только тогда, когда четыре серединных перпендикуляра к его сторонам совпадают . Эта общая точка — центр описанной окружности . [1]

Дополнительные углы [ править ]

Доказательство без слов с использованием теоремы о вписанном угле о том, что противоположные углы вписанного четырехугольника являются дополнительными:
2𝜃 + 2𝜙 = 360° ∴ 𝜃 + 𝜙 = 180°

Выпуклый четырехугольник ABCD является вписанным тогда и только тогда, когда его противоположные углы являются дополнительными , т. е. [1] [2]

Прямая теорема — это предложение 22 третьей книги « Евклида Начал » . [3] Эквивалентно, выпуклый четырехугольник является вписанным тогда и только тогда, когда каждый внешний угол равен противоположному внутреннему углу .

В 1836 году Дункан Грегори обобщил этот результат следующим образом: для любого выпуклого циклического 2 n -угольника каждая из двух сумм альтернативных внутренних углов равна ( n -1). . [4] Этот результат можно обобщить следующим образом: если A1A2...A2n (n > 1) — любой циклический 2n -угольник , в котором вершина Ai->Ai+k (вершина Ai соединена с Ai+k ), то два суммы чередующихся внутренних углов равны m. (где m = n k и k = 1, 2, 3, ... — общий оборот). [5]

Взяв стереографическую проекцию (тангенс половинного угла) каждого угла, это можно выразить еще раз:

Это подразумевает, что [6]

Углы между сторонами и диагоналями [ править ]

Выпуклый четырехугольник ABCD является вписанным тогда и только тогда, когда угол между стороной и диагональю равен углу между противоположной стороной и другой диагональю. [7] То есть, например,

Паскаль-очки [ править ]

ABCD — вписанный четырехугольник. E — точка пересечения диагоналей, а F — точка пересечения продолжений сторон BC и AD . — круг, диаметр которого равен сегменту EF . P и Q — точки Паскаля, образованные кругом. . Треугольники FAB и FCD подобны.

выпуклого четырехугольника ABCD Другими необходимыми и достаточными условиями цикличности являются: пусть E — точка пересечения диагоналей, пусть F — точка пересечения продолжений сторон AD и BC , пусть — окружность, диаметр которой равен отрезку EF , и пусть P и Q — точки Паскаля на сторонах AB и CD , образованных окружностью. .
(1) ABCD — вписанный четырехугольник тогда и только тогда, когда точки P и Q лежат на одной прямой с центром O окружности. .
(2) ABCD — вписанный четырехугольник тогда и только тогда, когда точки P и Q являются серединами сторон AB и CD . [2]

Пересечение диагоналей [ править ]

Если две прямые, одна из которых содержит отрезок AC , а другая — отрезок BD , пересекаются в точке E , то четыре точки A , B , C , D лежат на одной окружности тогда и только тогда, когда [8]

Пересечение E может быть внутренним или внешним по отношению к кругу. В первом случае вписанный четырехугольник — ABCD , а во втором — вписанный четырехугольник — ABDC . Когда пересечение является внутренним, равенство утверждает, что произведение длин отрезков, на которые E делит одну диагональ, равно произведению длин другой диагонали. Это известно как теорема о пересекающихся хордах, поскольку диагонали вписанного четырехугольника являются хордами описанной окружности.

Теорема Птолемея [ править ]

Теорема Птолемея выражает произведение длин двух диагоналей e и f вписанного четырехугольника как равное сумме произведений противоположных сторон: [9] : стр. 25 [2]

где a , b , c , d — длины сторон по порядку. Обратное . также верно То есть, если это уравнение выполняется в выпуклом четырехугольнике, то образуется вписанный четырехугольник.

Диагональный треугольник [ править ]

ABCD — вписанный четырехугольник. EFG — диагональный треугольник ABCD . Точка Т пересечения бимедиан ABCD принадлежит девятиточечной окружности EFG .

В выпуклом четырехугольнике ABCD пусть EFG — диагональный треугольник ABCD и пусть быть девятиконечным кругом EFG . ABCD является циклическим тогда и только тогда, когда точка пересечения бимедиан ABCD принадлежит окружности из девяти точек. . [10] [11] [2]

Площадь [ править ]

Площадь . K вписанного четырехугольника со сторонами a , b , c , d определяется формулой Брахмагупты [9] : стр. 24

где s , полупериметр , равен s = 1 / 2 ( а + б + в + d ) . Это следствие формулы Бретшнайдера для общего четырехугольника, поскольку противоположные углы в циклическом случае являются дополнительными. Если также d = 0 , вписанный четырёхугольник становится треугольником и формула сводится к формуле Герона .

Вписанный четырехугольник имеет максимальную площадь среди всех четырехугольников, имеющих одинаковые длины сторон (независимо от последовательности). Это еще одно следствие формулы Бретшнейдера. Это также можно доказать с помощью исчисления . [12]

Четыре неравные длины, каждая из которых меньше суммы трех других, являются сторонами каждого из трех неравных вписанных четырехугольников. [13] которые по формуле Брахмагупты имеют одинаковую площадь. В частности, для сторон a , b , c и d сторона a может находиться напротив любой из сторон b , стороны c или стороны d .

Площадь вписанного четырехугольника с последовательными сторонами a , b , c , d , углом A между сторонами a и d и углом B между сторонами a и b можно выразить как [9] : стр. 25

или

или [9] : стр.26

где θ — любой угол между диагоналями. Если угол A не является прямым, площадь также можно выразить как [9] : стр.26

Другая формула [14] : стр.83

где R — радиус описанной окружности . Как прямое следствие, [15]

где равенство существует тогда и только тогда, когда четырехугольник является квадратом.

Диагонали [ править ]

В вписанном четырехугольнике с последовательными вершинами A , B , C , D и сторонами a = AB , b = BC , c = CD и d = DA , длины диагоналей p = AC и q = BD можно выразить через термины сторон как [9] : стр.25, [16] [17] : п. 84

и

так что показываем теорему Птолемея

Согласно второй теореме Птолемея , [9] : стр.25, [16]

используя те же обозначения, что и выше.

Для суммы диагоналей справедливо неравенство [18] : стр.123, #2975

Равенство имеет место тогда и только тогда, когда диагонали имеют одинаковую длину, что можно доказать с помощью неравенства AM-GM .

Более того, [18] : с.64, #1639

В любом выпуклом четырехугольнике две диагонали вместе делят четырехугольник на четыре треугольника; во вписанном четырехугольнике противоположные пары этих четырех треугольников подобны друг другу.

Если ABCD — вписанный четырехугольник, в котором AC пересекает BD в точке E , то [19]

Набор сторон, которые могут образовывать вписанный четырехугольник, может быть расположен в любой из трех различных последовательностей, каждая из которых может образовывать вписанный четырехугольник одинаковой площади в одной и той же описанной окружности (площади одинаковы в соответствии с формулой площади Брахмагупты). Любые два из этих вписанных четырехугольников имеют одну общую длину диагонали. [17] : п. 84

Формулы углов [ править ]

Для вписанного четырехугольника с последовательными сторонами a , b , c , d , полупериметром s и углом A сторонами a и d тригонометрические функции A между задаются выражением [20]

Угол θ между диагоналями, противоположными сторонам a и c , удовлетворяет условию [9] : стр.26

Если продолжения противоположных сторон а и с пересекаются под углом ф , то

где s полупериметр . [9] : стр.31

Позволять обозначаем угол между сторонами и , угол между и , и угол между и , затем: [21]

Парамешвары Формула радиуса окружности

Вписанный четырехугольник с последовательными сторонами a , b , c , d и полупериметром s имеет радиус описанной окружности ( радиус описанной окружности ), определяемый выражением [16] [22]

Его вывел индийский математик Ватасери Парамешвара в 15 веке. (Обратите внимание, что радиус инвариантен при перестановке любых длин сторон.)

Используя формулу Брахмагупты , формулу Парамешвары можно переформулировать как

где K — площадь вписанного четырехугольника.

Антицентр и коллинеарности [ править ]

Четыре отрезка, каждый из которых перпендикулярен одной стороне вписанного четырехугольника и проходит через середину противоположной стороны , являются параллельными . [23] : стр.131, [24] Эти отрезки называются мальтийами . [25] что является аббревиатурой средней точки высоты. Их общая точка называется антицентром . Он имеет свойство быть отражением центра описанной окружности в «центроиде вершины» . Таким образом, в вписанном четырехугольнике центр описанной окружности, «центроид вершины» и антицентр лежат на одной прямой . [24]

Если диагонали вписанного четырехугольника пересекаются в точке , а середины диагоналей — M и N , то антицентр четырехугольника является ортоцентром треугольника MNP P .

Антицентр вписанного четырехугольника — это точка Понселе его вершин.

Другая недвижимость [ править ]

Японская теорема

Брахмагупты [editЧетырехугольники

Брахмагупты Четырехугольник [27] — вписанный четырехугольник с целыми сторонами, целыми диагоналями и целой площадью. Все четырехугольники Брахмагупты со сторонами a , b , c , d , диагоналями e , f , площадью K и радиусом описанной окружности R могут быть получены путем очистки знаменателей от следующих выражений, включающих рациональные параметры t , u и v :

Ортодиагональный случай [ править ]

Окружной радиус и площадь [ править ]

Для вписанного четырехугольника, который также является ортодиагональным (имеет перпендикулярные диагонали), предположим, что пересечение диагоналей делит одну диагональ на отрезки длин p 1 и p 2 и делит другую диагональ на отрезки длин q 1 и q 2 . Затем [28] (первое равенство — предложение 11 в Архимеда « Книге лемм »)

где D диаметр описанной окружности . Это справедливо, поскольку диагонали являются перпендикулярными хордами окружности . Из этих уравнений следует, что радиус описанной окружности R можно выразить как

или, через стороны четырехугольника, как [23]

Из этого также следует, что [23]

Таким образом, согласно теореме Эйлера о четырёхугольниках , радиус описанной окружности можно выразить через диагонали p и q , а расстояние x между серединами диагоналей как

Формула площади К вписанного ортодиагонального четырехугольника через четыре стороны получается непосредственно при объединении теоремы Птолемея и формулы площади ортодиагонального четырехугольника . Результат [29] : стр.222

Другая недвижимость [ править ]

  • В вписанном ортодиагональном четырехугольнике антицентр совпадает с точкой пересечения диагоналей. [23]
  • Теорема Брахмагупты утверждает, что для вписанного четырехугольника, который также является ортодиагональным , перпендикуляр с любой стороны, проходящий через точку пересечения диагоналей, делит противоположную сторону пополам. [23]
  • Если вписанный четырехугольник также ортодиагонален, расстояние от центра описанной окружности до любой стороны равно половине длины противоположной стороны. [23]
  • В вписанном ортодиагональном четырехугольнике расстояние между серединами диагоналей равно расстоянию между центром описанной окружности и точкой пересечения диагоналей. [23]

Циклические сферические четырёхугольники [ править ]

В сферической геометрии сферический четырехугольник, образованный из четырех пересекающихся больших кругов, является циклическим тогда и только тогда, когда суммы противоположных углов равны, т. е. α + γ = β + δ для последовательных углов α, β, γ, δ четырехугольника. . [30] Одно из направлений этой теоремы было доказано Андерсом Йоханом Лекселлом в 1782 году. [31] Лекселл показал, что в сферическом четырехугольнике, вписанном в малый круг сферы, суммы противоположных углов равны, а в описанном четырехугольнике суммы противоположных сторон равны. Первая из этих теорем представляет собой сферический аналог теоремы о плоскости, а вторая теорема — двойственная к ней, то есть результат перестановки больших кругов и их полюсов. [32] Кипер и др. [33] доказал обратную теорему: если в сферическом четырехугольнике суммы противоположных сторон равны, то существует вписывающая окружность в этот четырехугольник.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Перейти обратно: а б Усиськин, Залман; Гриффин, Дженнифер; Витонски, Дэвид; Уиллмор, Эдвин (2008), «10. Циклические четырехугольники» , Классификация четырехугольников: исследование определения , Исследования в области математического образования, IAP, стр. 63–65, ISBN  978-1-59311-695-8
  2. ^ Перейти обратно: а б с д Фрайверт, Дэвид; Сиглер, Ави; Ступель, Моше (2020), «Необходимые и достаточные свойства вписанного четырехугольника», Международный журнал математического образования в области науки и технологий , 51 (6): 913–938, doi : 10.1080/0020739X.2019.1683772 , S2CID   209930435
  3. ^ Джойс, DE (июнь 1997 г.), «Книга 3, предложение 22» , «Элементы Евклида» , Университет Кларка.
  4. ^ Грегори, Дункан (1836), «Геометрическая теорема», Mathematical Journal , 1:92 Cambridge .
  5. ^ Де Вильерс, Майкл (1993), «Объединяющее обобщение теоремы Тернбулла», Международный журнал математического образования в области науки и технологий , 24 : 191–196, doi : 10.1080/0020739930240204 .
  6. ^ Хаджа, Моваффак (2008), «Условие того, что описанный четырехугольник является циклическим» (PDF) , Forum Geometricorum , 8 : 103–6
  7. ^ Перейти обратно: а б Андрееску, Титу; Энеску, Богдан (2004), «2.3 Циклические четверные» , Сокровища математической олимпиады , Springer, стр. 44–46, 50 , ISBN  978-0-8176-4305-8 , МР   2025063
  8. ^ Брэдли, Кристофер Дж. (2007), Алгебра геометрии: декартова, площадная и проективная координаты , Highperception, с. 179, ISBN  978-1906338008 , OCLC   213434422
  9. ^ Перейти обратно: а б с д Это ж г час я Дарелл, резюме; Робсон, А. (2003) [1930], Расширенная тригонометрия , Courier Dover, ISBN  978-0-486-43229-8
  10. ^ Фрайверт, Дэвид (июль 2019 г.). «Новые точки, принадлежащие девятиточечному кругу». Математический вестник . 103 (557): 222–232. дои : 10.1017/mag.2019.53 .
  11. ^ Фрайверт, Дэвид (2018). «Новые применения метода комплексных чисел в геометрии вписанных четырехугольников» (PDF) . Международный журнал геометрии . 7 (1): 5–16.
  12. ^ Питер, Томас (сентябрь 2003 г.), «Максимизация площади четырехугольника», The College Mathematics Journal , 34 (4): 315–6, doi : 10.2307/3595770 , JSTOR   3595770
  13. ^ Перейти обратно: а б Коксетер, Гарольд Скотт Макдональд; Грейцер, Сэмюэл Л. (1967), «3.2 Циклические четырехугольники; формула Брахмагупты» , «Возвращение к геометрии », Математическая ассоциация Америки, стр. 57, 60, ISBN  978-0-88385-619-2
  14. ^ Прасолов, Виктор, Задачи по плоской и объемной геометрии: v.1 Plane Geometry (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 21 сентября 2018 г. , получено 6 ноября 2011 г.
  15. ^ Альсина, Клауди; Нельсен, Роджер (2009), «4.3 Циклические, тангенциальные и бицентрические четырехугольники» , Когда меньше значит больше: визуализация основных неравенств , Математическая ассоциация Америки, стр. 64, ISBN  978-0-88385-342-9
  16. ^ Перейти обратно: а б с Альсина, Клауди; Нельсен, Роджер Б. (2007), «О диагоналях вписанного четырехугольника» (PDF) , Forum Geometricorum , 7 : 147–9
  17. ^ Перейти обратно: а б Джонсон, Роджер А., Расширенная евклидова геометрия , Dover Publ., 2007 (оригинал: 1929).
  18. ^ Перейти обратно: а б Неравенства, предложенные в « Crux Mathematicorum » , 2007, [1] .
  19. ^ А. Богомольный , Тождество в (циклических) четырехугольниках, Интерактивный математический сборник и головоломки , [2] , по состоянию на 18 марта 2014 г.
  20. ^ Сиддонс, AW; Хьюз, RT (1929), Тригонометрия , издательство Кембриджского университета, стр. 202, ОКЛК   429528983
  21. ^ Хосе Гарсиа, Эммануэль Антонио (2022), «Обобщение формулы Моллвейде (скорее Ньютона)» (PDF) , Matinf , 5 (9–10): 19–22 , получено 29 декабря 2023 г.
  22. ^ Хен, Ларри (март 2000 г.), «Описанный радиус вписанного четырехугольника», Mathematical Gazette , 84 (499): 69–70, doi : 10.2307/3621477 , JSTOR   3621477
  23. ^ Перейти обратно: а б с д Это ж г Альтшиллер-Корт, Натан (2007) [1952], Геометрия колледжа: введение в современную геометрию треугольника и круга (2-е изд.), Courier Dover, стр. 131, 137–8, ISBN  978-0-486-45805-2 , OCLC   78063045
  24. ^ Перейти обратно: а б Хонсбергер, Росс (1995), «4.2 Циклические четырехугольники» , Эпизоды евклидовой геометрии девятнадцатого и двадцатого веков , Новая математическая библиотека, том. 37, Издательство Кембриджского университета, стр. 35–39, ISBN.  978-0-88385-639-0
  25. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Мальтитьюд» . Математический мир .
  26. ^ Бухгольц, Р.Х.; МакДугалл, Дж. А. (1999), «Четырехугольники Цапли со сторонами в арифметической или геометрической прогрессии», Бюллетень Австралийского математического общества , 59 (2): 263–9, doi : 10.1017/S0004972700032883 , hdl : 1959.13/803798 , MR   1680787
  27. ^ Састри, КРС (2002). «Четырехугольники Брахмагупты» (PDF) . Форум Геометрикорум . 2 : 167–173.
  28. ^ Посаментье, Альфред С.; Салкинд, Чарльз Т. (1970), «Решения: 4–23. Докажите, что сумма квадратов размеров отрезков, образованных двумя перпендикулярными хордами, равна квадрату меры диаметра данного круга». , Сложные проблемы геометрии (2-е изд.), Courier Dover, стр. 104–5 , ISBN  978-0-486-69154-1
  29. ^ Йозефссон, Мартин (2016), «Свойства четырехугольников Пифагора», The Mathematical Gazette , 100 (июль): 213–224, doi : 10.1017/mag.2016.57 .
  30. ^ Виммер, Линхард (2011). «Циклические многоугольники в неевклидовой геометрии» . Элементы математики . 66 (2): 74–82. дои : 10.4171/EM/173 .
  31. ^ Лекселл, Андерс Йохан (1786). «О свойствах окружностей, описанных на сферической поверхности» . Известия Императорской Петрополитанской академии наук . 6 : 1782 (1): 58–103, табл. с рисунками. 3 .
  32. ^ Розенфельд, бакалавр (1988). История неевклидовой геометрии — Спрингер . Исследования по истории математики и физических наук. Том. 12. дои : 10.1007/978-1-4419-8680-1 . ISBN  978-1-4612-6449-1 .
  33. ^ Кипер, Гекхан; Сойлемез, Эрес (1 мая 2012 г.). «Гомотетичные связи, подобные джиттербагу». Теория механизма и машин . 51 : 145–158. doi : 10.1016/j.mechmachtheory.2011.11.014 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец оригинального документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6226B3649873B9B3D9E9655BDED09640__1717717320
URL1:https://en.wikipedia.org/wiki/Cyclic_quadrilateral
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cyclic quadrilateral - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть, любые претензии не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, денежную единицу можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)