Toán học

Định lý Ptoleme là gì? Cách chứng minh định lý Ptoleme chi tiết nhất

Định lý Ptoleme hay đẳng thức Ptoleme là một đẳng thức trong hình học Euclid miêu tả quan hệ giữa độ dài bốn cạnh và hai đường chéo của một tứ giác nội tiếp. Định lý này mang tên nhà toán học và thiên văn học người Hy Lạp cổ đại Ptolemy (tức Claudius Ptolemaeus).

Nếu A, B, C, và D là 4 đỉnh của tứ giác nội tiếp đường tròn thì:

{displaystyle |{overline {AC}}|cdot |{overline {BD}}|=|{overline {AB}}|cdot |{overline {CD}}|+|{overline {BC}}|cdot |{overline {AD}}|}

với dấu gạch ngang ký hiệu độ dài của các cạnh.

Định lý này cũng có thể phát biểu thành định lý thuận và đảo:

Thuận:Nếu một tứ giác nội tiếp trong một đường tròn thì tích của hai đường chéo bằng tổng các tích của các cặp cạnh đối diện Đảo:Nếu một tứ giác thỏa mãn điều kiện tổng các tích của các cặp cạnh đối diện bằng tích của hai đường chéo thì tứ giác đó nội tiếp một đường tròn.

với dấu gạch ngang ký hiệu độ dài của các cạnh.

Định lý này cũng có thể phát biểu thành định lý thuận và đảo:

Thuận:Nếu một tứ giác nội tiếp trong một đường tròn thì tích của hai đường chéo bằng tổng các tích của các cặp cạnh đối diện Đảo:Nếu một tứ giác thỏa mãn điều kiện tổng các tích của các cặp cạnh đối diện bằng tích của hai đường chéo thì tứ giác đó nội tiếp một đường tròn.

Chứng minh

  1. Gọi ABCD là tứ giác nội tiếp đường tròn.
  2. Trên cung nhỏ BC, ta có các góc nội tiếp ∠BAC = ∠BDC, và trên cung AB, ∠ADB = ∠ACB.
  3. Lấy 1 điểm K trên AC sao cho ∠ABK = ∠CBD;
    1. Từ ∠ABK + ∠CBK = ∠ABC = ∠CBD + ∠ABD, suy ra ∠CBK = ∠ABD.
  4. Do vậy tam giác △ABK đồng dạng với tam giác △DBC, và tương tự có △ABD đồng dạng với △KBC.
  5. Suy ra: AK/AB = CD/BD, và CK/BC = DA/BD;
    1. Từ đó AK·BD = AB·CD, và CK·BD = BC·DA;
    2. Cộng các vế của 2 đẳng thức trên: AK·BD + CK·BD = AB·CD + BC·DA;
    3. Hay: (AK+CK)·BD = AB·CD + BC·DA;
    4. Mà AK+CK = AC, nên AC·BD = AB·CD + BC·DA; (điều phải chứng minh)

Bất đẳng thức Ptoleme

Bất đẳng thức Ptoleme là trường hợp tổng quát của định lý Ptoleme đối với một tứ giác bất kỳ. Nếu AB CD là tứ giác bất kỳ thì

Dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi tứ giác nội tiếp trong một đường tròn và trở thành định lý Ptolemye.

Chứng minh

Sử dụng tính chất tam giác đồng dạng và bất đẳng thức tam giác.

Dựng điểm E sao cho {displaystyle triangle BCD} đồng dạng với {displaystyle triangle BEA}. Khi đó, theo tính chất của tam giác đồng dạng, ta có

{displaystyle {frac {BA}{EA}}={frac {BD}{CD}}}

Suy ra

{displaystyle BA.CD=EA.BD(1)}

Mặt khác, {displaystyle triangle EBC}{displaystyle triangle ABD} cũng đồng dạng do có

{displaystyle {frac {BA}{BD}}={frac {BE}{BC}}}{displaystyle {widehat {EBC}}={widehat {ABD}}}

Từ đó

{displaystyle {frac {EC}{BC}}={frac {AD}{BD}}}

Suy ra

{displaystyle AD.BC=EC.BD(2)}

Cộng (1) và (2) ta suy ra

{displaystyle ABcdot CD+ADcdot BC=BDcdot (EA+EC)}

Áp dụng bất đẳng thức tam giác ta suy ra

{displaystyle {AB}cdot {CD}+{BC}cdot {DA}geq {AC}cdot {BD}}

Mở rộng và suy biến

  • Định lý Casey, định lý Fuhrmann và định lý Tweedie là các mở rộng của định lý Ptoleme.
  • Định lý Pompeiu là trường hợp đặc biệt của định lý Ptoleme.

Xem thêm

  • Định lý Casey
  • Định lý Tweedie
  • Định lý Fuhrmann

Tham khảo

  • I.F.Sharyghin, Các bài toán hình học phẳng, Nhà xuất bản “Nauka”, Moscow 1986 (tiếng Nga)
  • Coxeter, H. S. M. and Greitzer, S. L.: “Ptolemy’s Theorem and its Extensions.” §2.6 in Geometry Revisited. Washington, DC: Math. Assoc. Amer., pp. 42-43, 1967.
  • De Revolutionibus Orbium Coelestium, Copernicus, Nicolaus. English translation from On the Shoulders of Giants, Hawking, S 2002, Penguin Books. ISBN 0-14-101571-3

Liên kết ngoài

  • Proof of Ptolemy’s Theorem for Cyclic Quadrilateral
  • MathPages − On Ptolemy’s Theorem
  • .mw-parser-output cite.citation{font-style:inherit}.mw-parser-output .citation q{quotes:”“”””””‘””’”}.mw-parser-output .id-lock-free a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-free a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url(“//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/Lock-green.svg”)right 0.1em center/9px no-repeat}.mw-parser-output .id-lock-limited a,.mw-parser-output .id-lock-registration a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-limited a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-registration a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url(“//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Lock-gray-alt-2.svg”)right 0.1em center/9px no-repeat}.mw-parser-output .id-lock-subscription a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-subscription a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url(“//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/aa/Lock-red-alt-2.svg”)right 0.1em center/9px no-repeat}.mw-parser-output .cs1-subscription,.mw-parser-output .cs1-registration{color:#555}.mw-parser-output .cs1-subscription span,.mw-parser-output .cs1-registration span{border-bottom:1px dotted;cursor:help}.mw-parser-output .cs1-ws-icon a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url(“//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Wikisource-logo.svg”)right 0.1em center/12px no-repeat}.mw-parser-output code.cs1-code{color:inherit;background:inherit;border:none;padding:inherit}.mw-parser-output .cs1-hidden-error{display:none;font-size:100%}.mw-parser-output .cs1-visible-error{font-size:100%}.mw-parser-output .cs1-maint{display:none;color:#33aa33;margin-left:0.3em}.mw-parser-output .cs1-format{font-size:95%}.mw-parser-output .cs1-kern-left,.mw-parser-output .cs1-kern-wl-left{padding-left:0.2em}.mw-parser-output .cs1-kern-right,.mw-parser-output .cs1-kern-wl-right{padding-right:0.2em}.mw-parser-output .citation .mw-selflink{font-weight:inherit}Elert, Glenn (1994). “Ptolemy’s Table of Chords”. E-World.
  • Ptolemy’s Theorem at cut-the-knot
  • Compound angle proof at cut-the-knot
  • Ptolemy’s Theorem on PlanetMath
  • Ptolemy Inequality on MathWorld
  • De Revolutionibus Orbium Coelestium at Harvard.
  • Deep Secrets: The Great Pyramid, the Golden Ratio and the Royal Cubit Lưu trữ 2008-07-05 tại Wayback Machine
  • Ptolemy’s Theorem by Jay Warendorff, The Wolfram Demonstrations Project.
  • Book XIII of Euclid’s Elements
  • [1] Lưu trữ 2014-10-06 tại Wayback Machine by I.S Amarasinghe, Vol 02(01), 2013

Cảm ơn bạn đã đọc hết bài viết chia sẻ tâm huyết của pgdchiemhoa.edu.vn Xin cảm ơn!

Lộc Phạm

Lộc Phậm là biên tập nội dung tại website pgdchiemhoa.edu.vn. Anh tốt nghiệp đại học Bách Khóa với tấm bằng giỏi trên tay. Hiện tại theo đuổi đam mê chia sẻ kiến thức đa ngành để tạo thêm nhiều giá trị cho mọi người.
Back to top button