<例題>円に外接する四角形ABCD の2つ対辺の和が等しい。
<証明>辺 AB,BC、CD,DA と円の接点を E,F,G,H とすると、
|AE|=|AH|・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
|BE|=|BF|・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
|CG|=|CF|・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
|DG|=|DH|・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
(1)+(2)+(3)+(4)
|AE|+|BE|+|CG|+|GD|=|AH|+|BF|+|CF|+|DH|
(|AE|+|BE|)+(|CG|+|GD|)=(|AH|+|DH|)+(|BF|+|CF|)
|AB|+|CD|=|AD|+|BC|
<例題>円に外接する四角形ABCD の2つ対角線 AC、BD の中点を M,N とし、四角
形が外接する円の中心を O とするとき、 3点 M、O、N が一直線上に並ぶことを
示せ。 (ニュートン定理)
<証明>条件より、OM*ON=(1/2)・(OA+OC)*(1/2)・(OB+OD)
4(OM*ON)=(OA+OC)*(OB+OD)
=OA*OB+OA*OD+OC*OB+OC*OD
=−OB*OA+OA*OD−OD*OC+OC*OB
=−OB*OA+OC*OB−OD*OC+OA*OD
点 O から辺 AB,BC,CD,DA に降ろした垂線の足を K、L、M、N、
円の半径を r とすると、
4(OM*ON)=−(OK+KB)*(OK+KA)
+(OL+LC)*(OL+LB)
−(OM+MD)*(OM+MC)
+(ON+NA)*(ON+ND)
=−OK*KA−KB*OK
+OL*LB+LC*OL
−OM*MC−MD*ON
+ON*ND+NA*ON
=−OK*KA−KB*OK
+OL*LB+LC*OL
−OM*MC−MD*OM
+ON*ND+NA*ON
=−OK*KA+OK*KB
+OL*LB−OL*LC
−OM*MC+OM*MD
+ON*ND−ON*NA
=OK*(−KA+KB)+OL*(LB−LC)
+OM*(−MC+MD)+ON*(ND−NA)
=OK*AB+OL*BC+OM*CD+ON*DA
=−r|AB|+r|AD|−r|DC|+r|CB|
4(OM*ON)/r=|AD|+|CB|−|AB|−|CD|=0 ∵ 前問より、
OM*ON=0
∴ 3点 M,O,N は一直線上にある。
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