高中數學,學渣聽不懂,學霸狂做題。學神:你們都不懂數學之美

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1944年《美國數學月刊》首次出現一個像蝴蝶一樣的圖形題目,第一次出現了“蝴蝶定理”這個名稱。事實上,在1815年,英國一本雜誌《男士日記》上登出了一篇徵解問題,這是“蝴蝶定理”的第一次問世,同時中學數學教師霍納給出了第一個證明,這個證明方法就是“霍納證法”,完全是基於初等的平面幾何證明方法,這個證明方法也是最流行,最簡潔的。相信很多初中的小夥伴也會證明!

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蝴蝶定理:設M為圓內弦PQ的中點,過M作弦ABCD。設ADBC各相交PQ
於點XY,則MXY的中點。

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最為歐氏幾何的最精彩結論,“蝴蝶定理”僅僅停留在圓中,那是不可能的,今天我們一起來探討圓錐曲線中的“蝴蝶定理”。它能為我們高考數學做哪些幫助呢?

事實上,通過射影變換,顯然可以知道“蝴蝶定理”對於圓錐曲線的情形是非常適合的。但是如果針對一般情形,高考題不可能考察到,因為那樣會使計算量異常恐怖。故對於高中數學,我們需要掌握兩類“蝴蝶”模型就好,我們把它們稱之為“橫蝴蝶”和“豎蝴蝶”。

橫蝴蝶

定理1:過橢圓短軸上任意一點M的兩條弦端點作兩條直線,一定截過M點與短軸垂直的直線為相等的線段,即:PM=MQ

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定理2:過雙曲線虛軸上任意一點M的兩條弦端點作兩條直線,一定截過M點與虛軸垂直的直線為相等的線段,即:PM=MQ

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定理3:過拋物線對稱軸上任意一點M的兩條弦端點作兩條直線,一定截過M點與對稱軸垂直的直線為相等的線段即:PM=MQ

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下面看“橫蝴蝶”兩道應用題

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豎蝴蝶

定理1:過橢圓長軸所在直線上任意一點T(t,0)的兩條弦AB和CD端點的直線AD和BC截過T點的垂線段相等,即:NT=TM

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定理2:過雙曲線實軸所在直線上任意一點T(t,0)的兩條弦AB和CD端點的直線AD和BC截過T點的垂線段相等,即:NT=TM

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定理3:過拋物線對稱軸所在直線上任意一點T(t,0)的兩條弦AB和CD端點的直線AD和BC截過T點的垂線段相等,即:NT=TM

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由於“豎蝴蝶”和“橫蝴蝶”的用法基本類似,這裡不再舉例。

最後

迄今為止,“蝴蝶定理”的證法有60餘種,其中又10餘種用初等方法即可證明,200多年來,“蝴蝶定理”吸引了眾多數學愛好者,在大家不斷的完善過程中,又誕生了許許多多的推論形式。本文僅僅是把圓中的“蝴蝶”推廣到了圓錐曲線中的“蝴蝶”,事實上,對於箏形、凸四邊形、甚至退化為兩條直線,“蝴蝶定理”都是成立的。希望本文能起到拋磚引玉的作用,激起同學們學習圓錐曲線的熱情,欣賞圓錐曲線中蘊含的美感。


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