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梅涅劳斯定理:任何一条直线截三角形的各边,都使得三条不相邻线段之积等于另外三条线段之积.当
直线交三角形ABC三边所在直线BC、AB、AC于D、E、F点时,则有AE×BD×CF=EB×CD×AF
塞瓦定理:塞瓦定理是指在△ABC内任取一点O,延长AO、BO、CO分别交对边于D、E、F,则
BD×CE×AF=DC×EA×FB.例题精讲
考点一:梅涅劳斯定理
【例1】.如图,等边△ABC的边长为2,F为AB中点,延长BC至D,使CD=BC,连接FD交AC于
E,则四边形BCEF的面积为 .
解:∵DEF是△ABC的梅氏线,
∴由梅涅劳斯定理得, • • =1,
即 • • =1,则 = ,
连FC,S△BCF = S△ABC ,S△CEF = S△ABC ,
于是S
BCEF
=S△BCF +S△CEF
= S△ABC
= × ×2×2sin60°
= × = .
故答案为 .
变式训练
【变式1-1】.如图,D、E、F内分正△ABC的三边AB、BC、AC均为1:2两部分,AD、BE、CF相交
成的△PQR的面积是△ABC的面积的( )A. B. C. D.
解:对△ADC用梅涅劳斯定理可以得: • • =1,则 = .
设S△BCF = ,S△BCQ = S△BCE = ,S
BPRF
= S△ABD = ,
∴S△PQR =S△BCF ﹣S△BCQ ﹣S
BPRF
= S△ABC .
故选:D.
【变式1-2】.梅涅劳斯定理
梅涅劳斯(Menelaus)是古希腊数学家,他首先证明了梅涅劳斯定理,定理的内容是:如图(1),如
果一条直线与△ABC的三边AB,BC,CA或它们的延长线交于F、D、E三点,那么一定有 • •
=1.
下面是利用相似三角形的有关知识证明该定理的部分过程:
证明:如图(2),过点A作AG∥BC,交DF的延长线于点G,则有 = .
任务:(1)请你将上述材料中的剩余的证明过程补充完整;
(2)如图(3),在△ABC中,AB=AC=13,BC=10,点D为BC的中点,点F在AB上,且BF=
2AF,CF与AD交于点E,则AE= 6 .
解:(1)补充的证明过程如下:
∵AG∥BD,
∴△AGE∽△CDE.∴ ,
∴ ;
(2)根据梅涅劳斯定理得: .
又∵ , ,
∴DE=AE.
在Rt△ABD中,AB=13,BD=5,∠ADB=90°,则由勾股定理知:AD= = =
12.
∴AE=6.
故答案是:6.
考点二:塞瓦定理
【例2】.如图:P,Q,R分别是△ABC的BC,CA,AB边上的点.若AP,BQ,CR相交于一点M,求证:
.
证明:如图,由三角形面积的性质,有
, , .
以上三式相乘,得 .变式训练
【变式2-1】.请阅读下列材料,并完成相应任务
如图,塞瓦定理是指在△ABC内任取一点O,延长AO,BO,CO分别交对边D,E,F于,则 × ×
=1.
任务:(1)当点D,E分别为边BC,AC的中点时,求证:点F为AB的中点;
(2)若△ABC为等边三角形,AB=12,AE=4,点D是BC边的中点,求BF的长.
解:(1)证明:
∵D,E分别为边BC,AC的中点,
∴BD=CD,EA=CE,
∴ ,
由塞瓦定理,得 ,
∴ ,
∴AF=BF,
∴点F为AB的中点;
(2)解:∵△ABC为等边三角形,AB=12,
∴AB=AC=BC=12,
∵AE=4,
∴EC=12﹣4=8,
∵点D是BC的中点,
∴BD=CD=6,
∵AB=12,
∴AF=AB﹣BF=12﹣BF,由赛瓦定理,得 ,
∴ ,
∴BF=8.
【变式2-2】.请阅读下列材料,并完成相应任务
塞瓦定理
定理内容:如图1,塞瓦定理是指在△ABC内任取一点O,延长AO,BO,CO分别交对边于
D,E,F,则 .
数学意义:使用塞瓦定理可以进行直线形中线段长度比例的计算,其逆定理还可以用来进行
三点共线、三线共点等问题的判定方法,是平面几何学以及射影几何学中的一项基本定理,
具有重要的作用.
任务解决:
(1)如图2,当点D,E分别为边BC,AC的中点时,求证:点F为AB的中点;
(2)若△ABC为等边三角形(如图3),AB=12,AE=4,点D是BC边的中点,求BF的长,并直接
写出△BOF的面积.
(1)证明:∵点D,E分别为边BC,AC的中点,
∴BD=CD,CE=AE,
由赛瓦定理可得: ,
∴ ,
∴AF=BF,
即点F为AB的中点;(2)∵△ABC为等边三角形,AB=12,
∴BC=AC=12,
∵点D是BC边的中点,
∴BD=DC=6,
∵AE=4,
∴CE=8,
由赛瓦定理可得:BF=8;
△BOF的面积为 .
1.如图,在△ABC中,M是AC的中点,E是AB上一点,AE= AB,连接EM并延长,交BC的延长线
于D,则 =( )
A. B.2 C. D.
解:如图,过C点作CP∥AB,交DE于P,
∵PC∥AE,
∴△AEM∽△CPM,
∴ = ,
∵M是AC的中点,∴AM=CM,
∴PC=AE,
∵AE= AB,
∴CP= AB,
∴CP= BE,
∵CP∥BE,
∴△DCP∽△DBE,
∴ = = ,
∴BD=3CD,
∴BC=2CD,即 =2.
故选:B.
2.如图,在△ABC中,D、E分别是BC、AC上的点,AD与BE相交于点G,若AG:GD=4:1,BD:
DC=2:3,则AE:EC的值是( )
A. B. C. D.
解:过D作DH∥AC交BE于H,
∴△DHG∽△AEG,△BDH∽△CBE,∴ , ,
∴AE=4DH,CE= DH,
∴ ,
故选:B.
3.如图,在△ABC中,AD是BC边上的中线,F是AD边上一点.射线CF交AB于点E,且 ,则
等于 .
解:如图:过点D作DG∥EC交AB于G,
∵AD是BC边上的中线,
∴GD是△BEC的中位线,
∴BD=CD,BG=GE.
∵ = ,
∴ =
∵DG∥EC,
∴ = = .
故答案是: .4.如图,在△ABC中,点D是AB边上的一点,且AD=3BD,连接CD并取CD的中点E,连接BE,若
∠ACD=∠BED=45°,且CD=6 ,则AB的长为 4 .
解:如图,取AD中点F,连接EF,过点D作DG⊥EF于G,DH⊥BE于H,
设BD=a,
∴AD=3BD=3a,AB=4a,
∵点E为CD中点,点F为AD中点,CD=6 ,
∴DF= a,EF∥AC,DE=3 ,
∴∠FED=∠ACD=45°,
∵∠BED=45°,
∴∠FED=∠BED,∠FEB=90°,
∵DG⊥EF,DH⊥BE,
∴四边形EHDG是矩形,DG=DH,
∴四边形DGEH是正方形,
∴DE= DG=3 ,DH∥EF,
∴DG=DH=3,
∵DH∥EF,∴∠BDH=∠DFG,
∴△BDH∽△DFG,
∴ ,
∴ = ,
∴BH=2,
∴BD= = = ,
∴AB=4 ,
故答案为:4 .
5.如图,在△ABC中,∠ACB=90°,AC=8 ,BC=16,AD是边BC的中线,过点C作CE⊥AD于点
E,连接BE并延长交AC于点F,则AD的长是 1 6 ,EF的长是 .
解:过点G作DG∥AC,交BF于点G,
∵D为BC的中点,BC=16,
∴CD=BD=8,
∵∠ACB=90°,AC=8 ,
∴AD= =16,
∴sin∠CAD= ,∴CE= = ,
∴AE= ,
∴DE=AD﹣AE=4,
∵DG∥AC,
∴ ,
设DG=x,则CF=2x,AF= ,
∵DG∥AC,
∴∠DGE=∠AFE,∠EDG=∠EAF,
∴△DEG∽△AEF,
∴ ,
即 ,
解得:x= ,
∴CF=2x=
∴BF= ,
∵ ,
∴ ,
∵ ,
∴EF= = .
故答案为:16, .
6.如图,△ABC中,D、E是BC边上的点,BD:DE:EC=3:2:1,M在AC边上,CM:MA=1:2,
BM交AD、AE于H、G,则BH:HG:GM等于 5 1 : 2 4 : 1 0 .解:
过M作MQ∥BC交AE于N,交AD于F,交AB于Q,
∵BD:DE:EC=3:2:1,
∴设EC=a,DE=2a,BD=3a,
∵MQ∥BC,
∴△AMN∞△ACE,
∵CM:MA=1:2,
∴ = = ,
∴MN= a,
同理MF=2a,MQ=4a,
∵MQ∥BC,
∴△MNG∽△BEG,
∴ = ,
∴ = = ,
∴ = =
同理 = = = , = = ,
∴ = , = =∴BH:HG:GM=51:24:10,
故答案为:51:24:10.
7.如图, ABCD的对角线相交于点O,在AB的延长线上任取一点E,连接OE交BC于点F.若AB=
▱
a,AD=c,BE=b,则BF= .
解:取AB的中点M,连接OM,
∵四边形ABCD是平行四边形,
∴AD∥BC,OB=OD,
∴OM∥AD∥BC,OM= AD= c,
∴△EFB∽△EOM,
∴ ,
∵AB=a,AD=c,BE=b,
∴ME=MB+BE= AB+BE= a+b,
∴ ,
∴BF= .
故答案为: .
8.在△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC,AM为BC边上的中线,CD⊥AM于点D,CD的延长线交于点,求 的值.
解:过点B作BF⊥BC,交EC的延长线于点F,
∵∠ACB=90°,AC=BC,
∴∠BCF+∠ACD=90°,
又∵BF⊥BC,CD⊥AM,
∴∠BCF+∠F=90°,∠CAD+∠ACD=90°,
∴∠ACD=∠F,∠BCF=∠CAD,
∴△ACM≌△CBF(AAS),
∴BF=CM,
又∵AM为BC边上的中线,
∴BF=CM= BC,
∵∠AEC=∠BEF,
∴△ACE∽△BFE,
∴ =2.
9.如图,在△ABC中,M是AC的中点,E、F是BC上的两点,且BE=EF=FC,求BN:NQ:QM的值.解:连接MF,如图,
∵M是AC的中点,EF=FC,
∴MF为△CEA的中位线,
∴AE=2MF,AE∥MF,
∵NE∥MF,
∴ = =1, = = ,
∴BN=NM,MF=2NF,
设BN=a,NE=b,则NM=a,MF=2b,AE=4b,
∴AN=3b,
∵AN∥MF,
∴ = = = ,
∴NQ= a,QM= a,
∴BN:NQ:QM=a: a: a=5:3:2.
10.如图,△ABC中,∠ACB=90°,CD⊥AB于点D,E为BC上一点,AE交CD于点F,EH⊥AB于点
H,若CF=2FD,EH= ,求CE•BE的值.
解:对于△CBD和截线AFE,由梅涅劳斯定理可知: ,
∵CF=2FD,
∴ ,∴ ,
易知△ADC∽△EHB,
∴ ,
∴ ,
由射影定理可知AC2=AD•AB,
∴ BE• CE = = =
,
∵EH= ,
∴BE•CE=4.
11.如图,△ABC中,AD⊥BC于点D,E是AB上一点,连接DE,2∠C+∠BDE=180°.
(1)求证:∠BDE=2∠CAD;
(2)若AC=BD,∠AED=∠ACB,求证BE=2CD;
(3)若AE=kBE,BD=mCD,则 的值为 . (用含m,k的式子表示).
(1)证明:∵2∠C+∠BDE=180°,
∴∠C+ ∠BDE=90°,
∵AD⊥BC,
∴∠C+∠CAD=90°,∴∠CAD= ∠BDE,
∴∠BDE=2∠CAD;
(2)证明:如图,延长DE至F,使DF=BD,连接BF,在DB上截取DG=CD,连接AG,
∵AD⊥BC,
∴∠ADC=∠ADG=90°,
在△ADC和△ADG中,
,
∴△ADC≌△ADG(SAS),
∴AG=AC,∠GAD=∠CAD,∠AGC=∠ACB,
∴∠CAG=2∠CAD,
∵∠BDF=2∠CAD,
∴∠BDF=∠CAG,
∵AC=BD,
∴AC=BD=AG=DF,
∴△BDF≌△CAG(SAS),
∴BF=CG,∠DFB=∠AGC=∠ACB,
∵∠AED=∠ACB,∠AED=∠BEF,
∴∠DFB=∠BEF,
∴BF=BE,
∴BE=CG,
∵CG=2CD,
∴BE=2CD;
(3)解:如图,记AG与DE的交点为H,设CD=y,则BD=my,
延长DE至F,使DF=BD=my,连接BF,在DB上截取DG=CD=y,连接AG,
则CG=CD=2y,
由(2)知,△ADC≌△ADG,
∴AC=AG,∠CAD=∠GAD,∴∠CAG=2∠CAD,
由(1)知,∠BDE=2∠CAD,
∴∠BDE=∠CAG,
∵DF=BD,AC=AG,
∴ ,
∵△DBF∽△ACG,
∴∠DBF=∠AGC,
∴AG∥BF,
∴△DHG∽△DFB,
∴ ,
∴DH=DG=y,
∵AG∥BF,
∴△BEF∽△AEH,
∴ ,
∵AE=kBE,
∴ = = ,
∴EH=kEF,
∵DF=DH+EH+EF=y+kEF+EF=my,
∴EF= ,
∴EH= ,
∴DE=EH+DH= +y= ,
∴ = = ,
故答案为: .12.如图1,Rt△ABC中,∠BAC=90°,AD是中线,BE⊥AD,垂足为E,点F在AD上,∠ACF=
∠DBE.
(1)求证:∠ABD=∠CFD;
(2)探究线段AF,DE的数量关系,并证明你的结论;
(3)如图2,延长BE交CF于点P,AB= AF,求 的值.
(1)证明:设∠DBE=∠CFD= ,
∵BE⊥AD, α
∴∠BED=90°,
∴∠ADB+ =90°,
又∵∠BACα=90°,AD是中线,
∴AD=BD=CD,
∴∠BAD=∠ABD,
∴∠ADB+2∠BAD=180°,
∴2∠BAD=90°+ ,
又∵∠CFD=∠DαAC+∠ACF=∠DAC+ =90°﹣∠BAD+ =2∠BAD﹣∠BAD=∠BAD,
∵∠ABD=∠BAD, α α
∴∠ABD=∠CFD;(2)解:AF=2DE.
理由:过点C作CM⊥AD交AD的延长线于点M,
∵AD是中线,
∴BD=CD,
∵∠CMD=∠BED=90°,∠CDM=∠BDE,
∴△CDM≌△BDE(AAS),
∴DM=DE,CM=BE,
又∵∠BAD=∠CFM,∠AEB=∠CMF,
∴△CMF≌△BEA(AAS),
∴AE=MF,
∴AE﹣EF=MF﹣EF,
∴AF=EM,
又∵EM=2DE,
∴AF=2DE;
(3)解:过点C作CM⊥AD交AD的延长线于点M,
由(2)可知,AF=2DE,AD=CD,设DE=x,则AF=2x,
∵AB= AF,
∴AB=2 x,
∴AB=2 x,
设EF=y,
∴AE=y+2x,AD=CD=y+3x,由(2)可知,BE=CM,
∴AB2﹣AE2=CD2﹣DM2,
∴ =(y+3x)2﹣x2,
解得y=3x,y=﹣8x(舍去),
∴AE=5x,
∵∠BDE=∠CFE,∠AEB=∠PEF,
∴△BEA∽△PEF,
∴ .
13.如图1,△ABC中,AB=AC,点D在BA的延长线上,点E在BC上,DE=DC,点F是DE与AC的
交点,且DF=FE.
(1)图1中是否存在与∠BDE相等的角?若存在,请找出,并加以证明,若不存在,说明理由;
(2)求证:BE=EC;
(3)若将“点D在BA的延长线上,点E在BC上”和“点F是DE与AC的交点,且DF=FE”分别
改为“点D在AB上,点E在CB的延长线上”和“点F是ED的延长线与AC的交点,且DF=kFE”,
其他条件不变(如图2).当AB=1,∠ABC=a时,求BE的长(用含k、a的式子表示).
解:(1)∠DCA=∠BDE.
证明:∵AB=AC,DC=DE,
∴∠ABC=∠ACB,∠DEC=∠DCE.
∴∠BDE=∠DEC﹣∠DBC=∠DCE﹣∠ACB=∠DCA.
(2)过点E作EG∥AC,交AB于点G,如图1,
则有∠DAC=∠DGE.
在△DCA和△EDG中,∴△DCA≌△EDG(AAS).
∴DA=EG,CA=DG.
∴DG=AB.
∴DA=BG.
∵AF∥EG,DF=EF,
∴DA=AG.
∴AG=BG.
∵EG∥AC,
∴BE=EC.
(3)过点E作EG∥AC,交AB的延长线于点G,如图2,
∵AB=AC,DC=DE,
∴∠ABC=∠ACB,∠DEC=∠DCE.
∴∠BDE=∠DBC﹣∠DEC=∠ACB﹣∠DCE=∠DCA.
∵AC∥EG,
∴∠DAC=∠DGE.
在△DCA和△EDG中,
∴△DCA≌△EDG(AAS).
∴DA=EG,CA=DG
∴DG=AB=1.
∵AF∥EG,
∴△ADF∽△GDE.
∴ .
∵DF=kFE,
∴DE=EF﹣DF=(1﹣k)EF.∴ .
∴AD= .
∴GE=AD= .
过点A作AH⊥BC,垂足为H,如图2,
∵AB=AC,AH⊥BC,
∴BH=CH.
∴BC=2BH.
∵AB=1,∠ABC= ,
∴BH=AB•cos∠ABHα=cos .
∴BC=2cos . α
∵AC∥EG,α
∴△ABC∽△GBE.
∴ .
∴ .
∴BE= .
∴BE的长为 .14.阅读以下材料,并按要求完成相应的任务.
塞瓦(GiovanniCeva,1648~1734)意大利水利工程师,数学家,塞瓦定理载于 1678年发表的《直线
论》一书,塞瓦定理是指如图1,在△ABC内任取一点O,延长AO,BO,CO分别交对边于D,F,
E,则 .
下面是该定理的部分证明过程:
如图 2,过点 A 作 BC 的平行线分别交 BE,CF 的延长线于点 M,N.则∠N=∠FCB,∠NAF=
∠FBC.
∴△NAF∽△CBF.
∴ ①.
同理可得△NOA∽△COD.
∴ ②.
任务一:
(1)请分别写出与△MOA,△MEA相似的三角形;
(2)写出由(1)得到的比例线段;
任务二:结合①②和(2),完成该定理的证明;
任务三:如图3,△ABC中,∠ACB=90°,AC=4,BC=3,CD⊥AB,垂足为D,点E为DC的中点,
连接AE并延长,交BC于点F,连接BE并延长,交AC于点G.小明同学自学了上面定理之后解决了
如图3所示的问题,并且他用所学知识已经求出了BF与FC的比是25:16,请你直接写出△ECG与
△EAG面积的比.
解:
任务一:
(1)△MOA∽△BOD;△MEA∽△BEC;(2) ; ;
任务二:
证明:
如图所示:
由任务一可得: ; ;
同理可得△OAN∽△ODC;△AFN∽△BFC;
∴ ; ;
∴ ;
∴ .
任务三:
由任务一和任务二可得:
在△ABC中, =1;
∵Rt△ABC中,AC=4,BC=3,
∴AB= ;
∴cos∠BAC= ;
∴ ;
∴AD= ;
∴BD=AB﹣AD= ;∵ =1;
∴ =1;
解得 = ;
过点E作EH⊥AC于H;
∴ = = = .
15.问题提出
如图(1),在△ABC中,AB=AC,D是AC的中点,延长BC至点E,使DE=DB,延长ED交AB于
点F,探究 的值.
问题探究
(1)先将问题特殊化.如图(2),当∠BAC=60°时,直接写出 的值;
(2)再探究一般情形.如图(1),证明(1)中的结论仍然成立.
问题拓展
如图(3),在△ABC中,AB=AC,D是AC的中点,G是边BC上一点, = (n<2),延长BC
至点E,使DE=DG,延长ED交AB于点F.直接写出 的值(用含n的式子表示).解:(1)如图,取AB的中点G,连接DG,
∵点D是AC的中点,
∴DG是△ABC的中位线,
∴DG∥BC,
∵AB=AC,∠BAC=60°,
∴△ABC是等边三角形,
∵点D是AC的中点,
∴∠DBC=30°,
∵BD=ED,
∴∠E=∠DBC=30°,
∴DF⊥AB,
∵∠AGD=∠ADG=60°,
∴△ADG是等边三角形,
∴AF= AG,
∵AG= AB,
∴AF= AB,∴ ;
(2)取BC的中点H,连接DH,
∵点D为AC的中点,
∴DH∥AB,DH= AB,
∵AB=AC,
∴DH=DC,
∴∠DHC=∠DCH,
∵BD=DE,
∴∠DBH=∠DEC,
∴∠BDH=∠EDC,
∴△DBH≌△DEC(ASA),
∴BH=EC,
∴ ,
∵DH∥AB,
∴△EDH∽△EFB,
∴ ,
∴ ,
∴ ;
问题拓展
取BC的中点H,连接DH,由(2)同理可证明△DGH≌△DEC(ASA),
∴GH=CE,
∴HE=CG,
∵ = ,
∴ ,
∴ ,
∴ ,
∵DH∥BF,
∴△EDH∽△EFB,
∴ ,
∵DH= AB,
∴ ,
∴ .
16.阅读下面材料,完成(1)﹣(3)题
数学课上,老师出示了这样一道题:如图 1,△ABC中,∠BAC=90°,点D、E在BC上,AD=AB,
AB=kBD(其中 <k<1)∠ABC=∠ACB+∠BAE,∠EAC的平分线与BC相交于点F,BG⊥AF,垂
足为G,探究线段BG与AC的数量关系,并证明.同学们经过思考后,交流了自己的想法:
小明:“通过观察和度量,发现∠BAE与∠DAC相等.”小伟:“通过构造全等三角形,经过进一步推理,可以得到线段BG与AC的数量关系.”
……
老师:“保留原题条件,延长图1中的BG,与AC相交于点H(如图2),可以求出 的值.”
(1)求证:∠BAE=∠DAC;
(2)探究线段BG与AC的数量关系(用含k的代数式表示),并证明;
(3)直接写出 的值(用含k的代数式表示).
证明:(1)∵AB=AD,
∴∠ABD=∠ADB,
∵∠ADB=∠ACB+∠DAC,∠ABD=∠ABC=∠ACB+∠BAE,
∴∠BAE=∠DAC,
(2)设∠DAC= =∠BAE,∠C= ,
∴∠ABC=∠ADBα= + , β
∵∠ABC+∠C= + +α =β +2 =90°,∠BAE+∠EAC=90°= +∠EAC,
∴∠EAC=2 ,α β β α β α
∵AF平分∠βEAC,
∴∠FAC=∠EAF= ,
∴∠FAC=∠C,∠AβBE=∠BAF= + ,
∴AF=FC,AF=BF, α β
∴AF= BC=BF,
∵∠ABE=∠BAF,∠BGA=∠BAC=90°,
∴△ABG∽△BCA,
∴∵∠ABE=∠BAF,∠ABE=∠ADB,
∴△ABF∽△DBA,
∴ ,且AB=kBD,AF= BC=BF,
∴k= ,即 ,
∴
(3)∵∠ABE=∠BAF,∠BAC=∠AGB=90°,
∴∠ABH=∠C,且∠BAC=∠BAC,
∴△ABH∽△ACB,
∴ ,
∴AB2=AC×AH
设BD=m,AB=km,
∵ ,
∴BC=2k2m,
∴AC= =km ,
∴AB2=AC×AH,
(km)2=km ×AH,
∴AH= ,
∴HC=AC﹣AH=km ﹣ = ,
∴