如何过三角形内任一点做直线平分三角形的面积
刚开始认为这个做不来,对于三角形内任意一点,考虑该点靠近顶点的情况,无法做到平分面积。过后发现还是有解的,一开始就把问题想得太简单了。
为了使问题简单些,P在中线上的情况一目了然,以下讨论不在中线上的情况。
假设P为三角形内的一点,可以有过P的直线分别截线段AB、BC于E、F(如何合理的选择截取哪两个边,随着解题过程的逐渐深入就会说到),使S△BEF=1/2S△ABC。那么取BC的中线AD,由S△ABD=△BEF,可得A到直线DE的距离等于F到直线DE的距离,得AF//DE,所以AE/BE=DF/BD。接下来确定F的位置:由于P点已定,连接AP并延长交BC于M,则AP、PM、MD都是定值,依据梅涅劳斯定理AE/EB*BF/FM*MP/PA=1,即DF/BD*BF/FM*MP/PA=1
设DF=x,x/BD*(BD+x)/(MD+x)*MP/PA=1
MPx^2+(MP-PA)BDx-PA*BD*MD=0 ①
二次函数y=MPx^2+(MP-PA)BDx-PA*BD*MD之Δ>0与x轴有两个交点、开口向上、在y轴的截距为负。由于必须要x<=CD=BD(即F必须在BC上,非外部),画出图像后,得
当x=BD时,y>=0,这样保证其正数解不大于BD,即
MP*BD^2+(MP-PA)BD^2-PA*BD*MD>=0,MP*BD+(MP-PA)BD-PA*MD>=0,
2MP*BD>=PA(BD+MD),即2MP/PA>=(BD+MD)/BD ②
即在条件②下,方程①(BD、AP、PM、MD都是定值)的解为F点,直线PF即为题解。
以下研究条件②,先看AD与EF的交点K
由AF//DE,得BF/BD=AF/DE=KA/DK,即BF/BD=AK/KD
此式说明:F从D出发沿BC向C运动至C点时,BF/BD由1单调增至2,相应的K从AD的中点J出发沿AD向D运动至AK/KD=2(即重心G)点。此过程中,直线FK扫过的图形为△ALG内部所有的点(不包括边)(CL为中线),等价于P在中线AD、CL分割出的△ALG内部任意一点时,都可以找到如前所述的直线PF,此直线分别截线段AB、BC于E、F,平分三角形的面积。
因此连接AP并延长交CL于N、交BC于M
由梅涅劳斯定理AN/NM*MC/CD*DG/GA=1,即AN/NM*(BD+MD)/BD=2,(BD+MD)/BD=2NM/AN,代入条件②得MP/PA>=NM/AN
MP/PA+1>=NM/AN+1
MA/PA>=MA/AN
AN>=AP即P不超过N点,P在△ALG内部。这就是代数解得到的条件②的几何意义。
由此推断,对于△ABC内任意一点P,先用三条中线把三角形分割成6个区域,再看P落在哪个区域中,最后对照此图找到需要截取的两个边。
(完毕)
2016-04-20