geslon 发表于 2010-5-18 01:48:53

孩子设想的,貌似简单我没做出的平面几何题

正方形ABCD,E、F、G、H分别在AB、BC、CD、DA四条边上,AE=BF=CG=DH,则显然EFGH也是正方形。这是一道初中题目。
问题来了:如果四边形ABCD,只知道AE=BF=CG=DH,且EFGH是正方形,试证明ABCD为正方形。
也就是前面那个命题的逆命题。

qianyb 发表于 2010-5-18 08:07:00

我来试证明一下:
设角AEH为X度,由于角FEH=90度,则角BEF=180-90-x=90-x度
则角EBF=180-(90-x)-x=90度
同理可证角EAH,HDG,FCG也为90度
所以四边形ABCD为正方形

这样不知道是不是不可以,呵呵

gxqcn 发表于 2010-5-18 08:28:17

第3行理由不充分:并没有任何说明∠EFB=∠AEH=X°

mathe 发表于 2010-5-18 08:58:16

这个题目看起来同百度数学吧的一道题目类似,只是这里是正方形,那里是三角形
http://tieba.baidu.com/f?kz=773094990

gxqcn 发表于 2010-5-18 09:41:53

无论正三角形还是正方形,逆命题都比较难证。

我给出一个思路,仍以当前楼主的题目为讨论对象:
将已知的正方形EFGH固定下来(边长a及位置均固定),设AE=BF=CG=DH=b,
我们只要证对于任意的(a,b),这样的四边形ABCD要么不存在,要么是唯一即可(唯一时显然必为正方形)。

过点E作直线,截取AE=b,其中∠AEH=θ,
连结AH并延长至点D,使DH=b,
连结DG并延长至点C,使CG=b,
连结CF并延长交直线AE于点B,

计算出此时的BF=f(a,b,θ)(表达式中含a、b、θ),
令f(a,b,θ)=b,解得角度θ,看有几种可能。

以上思路有点解析证明的味道,会比较繁琐。

mathe 发表于 2010-5-18 10:00:56

关于这个题目,可以通过计算证明不可能,不过非常复杂。
如图,左边假设存在非正方形。而其中AE=BF=CG=DH。
正方形EFGH中心为O,将图形绕O顺时针旋转90度,那么EF的像将同HE重合。
而B的像和A到E点距离相同,我们得到如右边的图形。

为了方便起见,我们记|EF|=a,|BF|=r
角AEH为t,角BFE为s
那么在三角形BFE中,角BEF为${pi}/2-t$,角FBE为$pi/2+t-s$
于是根据正弦定理,我们得到
${cos(t)}/r={cos(s-t)}/a$

mathe 发表于 2010-5-18 10:25:37

现在我们可以记4个角AEH,BFE,CGF,DGH分别为$t_1,t_2,t_3,t_4$,注意这四个角都是锐角。
我们得到
${cos(t_1-t_2)}/{cos(t_1)}={cos(t_2-t_3)}/{cos(t_2)}={cos(t_3-t_4)}/{cos(t_3)}={cos(t_4-t_1)}/{cos(t_4)}=a/r=u$
不妨设$t_1,t_2,t_3,t_4$中$t_4$最小,那么$0<t_3-t_4<t_3<{pi}/2$,所以$u={cos(t_3-t_4)}/{cos(t_3)}>1$,
由于$cos(t_i-t_{i+1})=u*cos(t_i)$得到$0<cos(t_i)<=1/u$
$t_4=t_3-arccos(ucos(t_3))$
由$cos(t_4)<=1/u$得到
$cos(t_3)*u*cos(t_3)+sqrt(1-cos^2(t_3))*sqrt(1-u^2cos^2(t_3))<=1/u$

$sqrt(1-cos^2(t_3))*sqrt(1-u^2cos^2(t_3))<=1/u-ucos^2(t_3)$

$(1-u^2)*(cos^2(t_3)-1/u^2)<=0$

$cos(t_3)^2-1/u^2>=0$

$cos(t_3)>=1/u$
于是我们得到必须$cos(t_3)=1/u$,由此可以计算出$cos(t_4)=1/u$等等

haizhou 发表于 2010-5-31 14:00:47

https://bbs.emath.ac.cn/data/attachment/forum/month_1005/1005181000823903ab0c8e0322.gif
设角A为钝角则BF=r=AE<acost,F到AE的距离为acost,显然B点不能够在直线AE上.

wgM 发表于 2011-10-28 22:08:38

mathe,LZ的结论是成立的

wgM 发表于 2011-10-28 22:09:31

可以证明它是正方形
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