hujunhua 发表于 2010-7-14 00:38:43

面积为π的球面三角形的中心三角形都是等边直角三角形

这是从“用尽量初等的办法求一个条件最值”的球面几何解答中引申出来的问题。我把图链接过来:

http://bbs.emath.ac.cn/forum.php?mod=attachment&aid=MTk5MXw5MGUxMjYzMnwxNDQxNjk3NzI3fDI0MTF8MjUxMQ%3D%3D&noupdate=yes

图中x, y, z可以取△XYZ内的任意点,因此△ABC 的形状是连续变化的,但始终保持面积为π,并且保持中心三角形* 为等边直角三角形。
我们不禁要问: 随着(x, y, z)的变化,△ABC 穷尽了面积为π的各种形状的三角形吗?也就是,下面的逆命题是否成立:

面积为π的球面三角形的中心三角形*是等边直角三角形。

(*:中心三角形——以三角形的三边中点为顶点的三角形。)

hujunhua 发表于 2016-1-3 04:39:41

逆命题成立。有一个直观的几何证明,与等面四面体有关。
单位球面上面积为`\pi`的球面三角形与内接于单位球面的等面四面体存在一一对应关系。
一方面,等面四面体在其外接单位球面上的投影(投射中心在球心)是四个全等的球面三角形,面积都等于`\pi`。
另一方面,易证一个面积等于`\pi`的球面三角形必可4个铺满球面,构成一个上述等面四面体的投影。
拼铺时带上它们的中心三角形,则中心三角形的每条边被重复4次,恰好各缀成一个大圆,于是每条边长都是`\pi/2`。

hujunhua 发表于 2016-1-4 14:51:48

补个图

直接在球面上画不太方便,咱就以等面四面体来示意解说。

浅灰色图线为等面四体的长方体外框。
等面四面体的对棱等长,三组对棱长度标为a,b,c, 所以它的四个三角面是全等的,边长都是{a,b,c}.
长度为c/2的四条中位线(绿色线段)围成了一个菱形。投射到球面上是一个大圆,菱形四边各投射成1/4圆弧。
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