四點共圓問題在高中(即初等代數)中的證明方法多樣,若有確定的四個點,(X1,Y1)
(X2,Y2),(X3,Y3),(X4,Y4),第一種思路是我們可以根據圓的一般方程,根據其中三個點求得方程,再將第四個點帶入這個求得的方程,即可證明這四個點在一個圓上。
當然,上一中方法的條件適用於四個點在xoy所確定的坐標平面上,若考慮這四個點兩兩之間的距離已知,我們可以考慮用托勒密定理的逆定理證明四點共圓。(托勒密定理屬於競賽內容,內容大概是,圓的內接凸四邊形兩對對邊乘積的和等於兩條對角線的乘積。)
(圖片來自網絡,侵刪)
當然,對於一般的四點,我們尋求讓它們共圓的最簡單的充要條件,下面進入到本文的正題
註意:本文假定讀者已經大學入學的知識水平。
關於該問題我們不難設出圓的方程
代入上述四個點我們得到方程組
遵循之前先證三點最後代入第四個點的思路,隻要這個方程組的任意三個方程都有唯一解那麼這四點共圓,原方程有解
寫出這些組合以後的方程
下面我們考慮它們的齊次線性方程組,首先來介紹什麼叫齊次線性方程組。
考慮三元線性方程組(1.1)
這個線性方程其實也是一個通式,右邊的b1,b2,b3,我們也稱他們為常數項,所謂的齊次線性方程組就是把常數項全部換成0的方程組如(1.2)
顯然這個方程有0解,即x1,x2,x3均為0的時候該齊次線性方程組成立。
當這個方程(1.2)有非0解時;(1.1)有多解,下證
用(1.1)加減(1.2)得
則設α
則α一定是(1.1的另一個解),無唯一解
若(1.1)有唯一解則這三個解分別為
我們可以看到它們的分母都是一樣的
所以回到原來的線性方程組
清讀者自行腦補它們的齊次線性方程組,顯然它們的齊次線性方程組有0解,若原來的線性方程組有唯一解,則齊次線性方程組隻有0解!
齊次線性方程組的其他解都有相同的分母四個分母都為零,則原來的線性方程組有唯一解!
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