题目:已知,点 D 是ΔABC 内一定点,且有∠DAC=∠DCB=∠DBA=30⁰.
求证:ΔABC 是正三角形
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解法一:从结论倒推条件非常简单,考虑用“同一法”。但是,如果尝试反证ΔABC不是正三角形,就会与已知条件矛盾,这个路子很难走通。
因此我们换一个方向,不从角度或者边长入手反证,而是从DA,DB,DC是否等长入手。
如果DA=DB=DC,结论成立。
如果三条线段中有两条相等,可设DB=DC,那么做ΔACD的外接圆,易知BC是圆的切线,所以证得B,D,O共线。从而BA也是圆的切线,BA=BC,加上∠ABC=60⁰,结论成立。
如果三条线段两两不等,那么可以通过构造一个B’点来导出矛盾,说明这样的情况不存在。
在ΔABC为正三角形的情况下,在CB延长线上取点B’,使DB’>DB。在AD劣弧上取点A’,则∠CA’D=30⁰,DA’<DA
设AB与A’B’交于E点
如果∠EB’B=30⁰,则B’,B,D,E四点共圆,∠DEB就会同时出现大于30度和小于30度的矛盾。所以∠EB’B不等于30度。
这意味如果出现DA,DB,DC两两不等的情况,就会出现这样的矛盾。所以ΔABC必须是正三角形。
解法二:有30度的三角形内角,考虑作外接圆
如图,作ΔABC的外接圆,延长AD交圆于E,延长BD交圆于F
∠ABF和∠EAC都是30度角,所以AF=CE,并且都等于外接圆半径R;
∠EDC=∠DAC+∠ACD=∠DCB+∠ACD=∠ACB=∠F
∠E=∠ABC=∠ABD+∠DBC=∠DAC+∠CAF=∠DAF
从而ΔADF~ΔECD,得到AD·DE=AF·CE=R²
AD·DE等于D点相对于外接圆的幂,等于R²减去D到圆心的距离
所以D到圆心距离为0,即D点为外接圆圆心
由此易证结论。
总结:这个题目的条件相当简洁,3个角,6条线,但是要找到证明的方法缺并不容易。除了两种解法之外,还有解析法、三角函数法等解法。
其实这道题有着更一般的情形,30度角只是一种特殊情况。这种三角形内一点形成三等角的点和角被称为布洛卡点和布洛卡角,有许多有趣的特征。有兴趣的读者可以自行查阅
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