其实吧,轨迹的隐函数表达是很容易给出来的。虽然 这个隐函数本质上是 多项式,非常难以化简,但如果不化简,带着根式 也是无伤大雅的。
已知$a,b,c,d,r$, 那么$A,B,C,D$的坐标是能得到的,设$P={x,y}$,那么$PA,PB,PC,PD$的长度也是可以直接用$x,y$来表达的,进而用$PA,PB,PC,PD$表达四个内心的坐标.现在接下来只有 四个内心点 共圆了。
已知四个点${x_1,y_1},{x_2,y_2},{x_3,y_3},{x_4,y_4}$,其交点算得出来,然后相交弦定理,得到约束是:
\[x_1^2 x_2 y_3-x_1^2 x_2 y_4-x_1^2 x_3 y_2+x_1^2 x_3 y_4+x_1^2 x_4 y_2-x_1^2 x_4 y_3-x_1 x_2^2 y_3+x_1 x_2^2 y_4+x_1 x_3^2 y_2-x_1 x_3^2 y_4-x_1 x_4^2 y_2+x_1 x_4^2 y_3-x_1 y_2^2 y_3+x_1 y_2^2 y_4+x_1 y_2 y_3^2-x_1 y_2 y_4^2-x_1 y_3^2 y_4+x_1 y_3 y_4^2+x_2^2 x_3 y_1-x_2^2 x_3 y_4-x_2^2 x_4 y_1+x_2^2 x_4 y_3-x_2 x_3^2 y_1+x_2 x_3^2 y_4+x_2 x_4^2 y_1-x_2 x_4^2 y_3+x_2 y_1^2 y_3-x_2 y_1^2 y_4-x_2 y_1 y_3^2+x_2 y_1 y_4^2+x_2 y_3^2 y_4-x_2 y_3 y_4^2+x_3^2 x_4 y_1-x_3^2 x_4 y_2-x_3 x_4^2 y_1+x_3 x_4^2 y_2-x_3 y_1^2 y_2+x_3 y_1^2 y_4+x_3 y_1 y_2^2-x_3 y_1 y_4^2-x_3 y_2^2 y_4+x_3 y_2 y_4^2+x_4 y_1^2 y_2-x_4 y_1^2 y_3-x_4 y_1 y_2^2+x_4 y_1 y_3^2+x_4 y_2^2 y_3-x_4 y_2 y_3^2 =0\]
经过老胡提醒,其实也就是行列式 \[\begin{vmatrix}
x_1^2+y_1^2 & x_1 & y_1 & 1\\
x_2^2+y_2^2& x_2 & y_2 & 1\\
x_3^2+y_3^2& x_3 & y_3 & 1\\
x_4^2+y_4^2& x_4 & y_4 & 1\\
\end{vmatrix}=0
\]
接下来,直接把四个内心 (以下程序中装在表 I4 中)的坐标放进去就行。 就是说,只要给定$a,b,c,d,r$值,我们是很容易画出轨迹图的,利用隐函数作图的功能。
- cc[{x_,y_}]:={x^2+y^2,x,y,1};
- Block[{a=1,b,c=3/2,d=3/2,r=1,n=5,I4,pA,pB,pC,pD,pE={x,y},pts},b=(-a c d+a r^2+c r^2+d r^2)/(a c+a d+c d-r^2);Print[{a,b,c,d,r}];
- pts={pA,pB,pC,pD}={{(-a d^2+a r^2+2 d r^2)/(d^2+r^2),(2 a d r+d^2 r-r^3)/(d^2+r^2)},{(b c^2-b r^2-2 c r^2)/(c^2+r^2),(2 b c r+c^2 r-r^3)/(c^2+r^2)},{-c,-r},{d,-r}};
- I4=Total/@{{be pA,ae pB,(a+b) pE}/(be+ae+(a+b)),{(c+b) pE,ce pB,be pC}/((c+b)+ce+be),{(c+d) pE,de pC,ce pD}/((c+d)+de+ce),{(a+d) pE,de pA,ae pD}/((a+d)+de+ae)}/.{ae->Norm[pA-pE],be->Norm[pB-pE],ce->Norm[pC-pE],de->Norm[pD-pE]};
- Show[{Graphics[{Thickness[0.005],Point[pts],Circle[],Line[Subsets[pts,{2}]]}],ContourPlot[Det[cc/@I4]==0,{x,-n,n},{y,-n,n},PlotPoints->100,ContourStyle->Red]}]]
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比如,四边形的边长是$a+b,b+c,c+d,d+a$,内接圆半径是$r$,${a,b,c,d,r}={1/2,1,2,1,1}$
比如,四边形的边长是$a+b,b+c,c+d,d+a$,内接圆半径是$r$,${a,b,c,d,r}={3/2,3/11,2,1,1}$
比如,四边形的边长是$a+b,b+c,c+d,d+a$,内接圆半径是$r$,${a,b,c,d,r}={1/2,1/3,2,3,1}$
可以看到,轨迹是包含了四边形的边界的
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