Οικογένεια Feuerbach.
Δημοσιεύτηκε: Κυρ Ιαν 31, 2016 9:48 pm
Κλείνοντας δυο χρόνια εγγραφής στο μαθηματικά σήμερα, θα ήθελα να μοιραστώ μαζί σας ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα, αν δεν είναι ήδη γνωστό, που συνάντησα σε άρθρο του ρωσικού περιοδικού «Μαθηματική Εκπαίδευση» (σειρά 3, τεύχος 6, 2002) με συγγραφείς τους Λ.Α.Εμιλιάνοβ και Τ.Λ.Εμιλιάνοβα.
Θεώρημα. Δίνεται τρίγωνο
και
οι πόλοι του (*). Θα λέμε ότι το
αντιστοιχεί στην κορυφή
ή στo ζεύγος πλευρών
και
, το
στη κορυφή
και
στην
. Θεωρούμε τυχαίο σημείο
της ευθείας
και το ενώνουμε με τους πόλους
. Οι ευθείες
και
τέμνουν τις ευθείες
και
στα σημεία
και
αντίστοιχα (βλέπε σχήμα). Τότε
α1) η ευθεία
διέρχεται από τον πόλο 
α2) τα σημεία
είναι ίχνη σεβιανών του τριγώνου 
β) ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου
διέρχεται από το σημείο Feuerbach του τριγώνου 
Οι συγγραφείς δίνουν κατασκευαστική απόδειξη κατά την πορεία του άρθρου, με βοηθητικά λήμματα, για τα ερωτήματα (α1), (α2) και καταφεύγουν στην αναλυτική γεωμετρία για την απόδειξη του (β). Όποιος θέλει μπορεί να βασανιστεί
για την πλήρη γεωμετρική λύση.
(*) Πόλο μιας κορυφής (ή ζευγους πλευρών) ονομάζουν το σημείο τομής αντίστοιχων πλευρών του ορθικού τρίγώνου και του τριγώνου Gergonne.
Θεώρημα. Δίνεται τρίγωνο
και
οι πόλοι του (*). Θα λέμε ότι το
αντιστοιχεί στην κορυφή
ή στo ζεύγος πλευρών
και
, το
στη κορυφή
και
στην
. Θεωρούμε τυχαίο σημείο
της ευθείας
και το ενώνουμε με τους πόλους
. Οι ευθείες
και
τέμνουν τις ευθείες
και
στα σημεία
και
αντίστοιχα (βλέπε σχήμα). Τότεα1) η ευθεία
διέρχεται από τον πόλο 
α2) τα σημεία
είναι ίχνη σεβιανών του τριγώνου 
β) ο περιγεγραμμένος κύκλος του τριγώνου
διέρχεται από το σημείο Feuerbach του τριγώνου 
Οι συγγραφείς δίνουν κατασκευαστική απόδειξη κατά την πορεία του άρθρου, με βοηθητικά λήμματα, για τα ερωτήματα (α1), (α2) και καταφεύγουν στην αναλυτική γεωμετρία για την απόδειξη του (β). Όποιος θέλει μπορεί να βασανιστεί
(*) Πόλο μιας κορυφής (ή ζευγους πλευρών) ονομάζουν το σημείο τομής αντίστοιχων πλευρών του ορθικού τρίγώνου και του τριγώνου Gergonne.

είναι συνευθειακά.
είναι προοπτικά ως προς άξονα.
να τέμνονται επι της
. Τότε από Μενέλαο :
. To
όμως είναι το αρμονικό συζυγές του
και το
το αρμονικό συζυγές του
οπότε
που ισοδυναμεί με τα σημεία
να είναι συνευθειακά.
προκύπτει ότι
.
είναι τα σημεία τομής των
με τις πλευρές του τριγώνου ).
- τέμνουσα
.
.
'Ομοια το εφαρμόζουμε και για τα σημεία
οπότε προκύπτει


και τυχαίο σημείο
.
τα σημεία τομής των
με την
και
με την
.
. Αποδεικνύεται τότε ότι ο περιγεγραμμένος του
.
τότε στα τρίγωνα που ορίσαμε περιλαμβάνεται και αυτό που ορίζεται από τα σημεία επαφής του εγγεγραμμένου με τις πλευρές οπότε το
στις πλευρές
αντίστοιχα. Έστω σημείο
στην
και σημεία
και
. Έστω
τα σημεία τομής του περίκυκλου του
με τις
συντρέχουν στον περίκυκλο του
το σημείο τομής της
με τον περίκυκλο του
με την
,
με την
και
με την
συνευθειακά. Ομοίως
συνευθειακά και έτσι έχουμε το ζητούμενο.
ίχνη σεβιανών στις πλευρές του τριγώνου .Τότε υπάρχει κωνική που διέρχεται από τα
οι περιγεγραμμένοι κύκλοι των τριγώνων
τέμνονται επί αυτής.
τέμνονται στον κύκλο του Euler ,έστω στο
.
είναι συνευθειακά οπότε τα
ανήκουν σε κωνική (από το αντίστροφο του Pascal).
ανήκουν σε κωνική .
,έστω
,κινείται πάνω σε κωνική.Στο συγκεκριμένο παράδειγμα η κωνική περνάει από τα
άρα είναι η υπερβολή του
.Από εδώ το ζητούμενο έπεται από ένα (γνωστό) λήμμα που οφείλεται στον
:
ο σεβιανός κύκλος σημείου
.Παραθέτω μια απόδειξη που έχω υπόψη μου που βασίζεται σε 3 επιπλέον (κάποια γνωστά) λήμματα:
ο ποδικός κύκλος σημείου
ως προς το
.
είναι γνωστό ότι έχει τον ίδιο ποδικό κύκλο.Το
λοιπόν,οι ποδικοί κύκλοι των
του
τρίγωνα και
.Αν τα
και τα
είναι προοπτικά ζεύγη τριγώνων,τότε τα
βρίσκονται σε κωνική,με
τα αντίστοιχα κέντρα προοπτικότητας.(και αντίστροφα).
στην κωνική,έπειτα ορίζουμε ως
την τομή
και κωνικής και ως
την τομή
και κωνικής.Καθώς κινείται το
περνούν από σταθερό σημείο
,οι σημειοσειρές
βρίσκονται σε ενέλιξη (ενέλιξη σε κωνική,πχ.θεώρημα 1.5 εδώ -ή μάλλον το αντίστροφό του
είναι προβολική σύνδεση.Ομοίως και η
είναι προβολική σύνδεση.Άρα και η
είναι προβολική σύνδεση.Με απλό τσεκάρισμα θέσης(για
) οι
περνούν από το
δηλαδή τα 3 ζεύγη
είναι συζυγή σε ενέλιξη.Λόγω του ότι οι σημειοσειρές
διαγράφουν ίσους διπλούς λόγους,είναι τελικά συζυγή της ίδιας ενέλιξης (το
και κωνικής).Άρα τελικά
επίσης συνευθειακά.Μένει να δειχθεί η προοπτικότητα των
η τομή
και κωνικής (καθώς κινείται το
βρίσκονται σε ενέλιξη δηλαδή διαγράφουν ίσους διπλούς λόγους.Όμοια,αν οριστεί
η τομή
και κωνικής και
και κωνικής αντίστοιχα, και επειδή τα
διαγράφουν ίσους διπλούς λόγους από τα παραπάνω,τα
διαγράφουν και αυτά ίσους διπλούς λόγους.Θέλουμε να δείξουμε ότι ταυτίζονται αυτά τα 3 σημεία,οπότε αρκεί να δειχτεί ότι ταυτίζονται για 3 θέσεις,αφού μετά κατασκευάζονται μονοσήμαντα οι υπόλοιπες θέσεις ώστε κάθε τετράδα να έχει ίσο διπλό λόγο με τις άλλες.Με απλό έλεγχο θέσης (για
),έστω
.Από το τρίτο λήμμα,τα
βρίσκονται στην ίδια κωνική,όπου
.Από το δεύτερο λήμμα,το κέντρο της κωνικής βρίσκεται πάνω στο ποδικό του
του τριγώνου,το οποίο βρίσκεται πάνω σε αυτή την υπερβολή,ο σεβιανός του κύκλος (ο εγγεγραμμένος) τέμνει (εφάπτεται) στον κύκλο του 
(
ορθόκεντρο,
).
ως προς την υπερβολή είναι η
(και κυκλικά τα υπόλοιπα) και του
η
.
και ελπίζω να δείξω πως εφάπτεται και στις
.
τα συμμετρικά του
.
είναι ομοκυκλικές τετράδες.
η τομή των
.
.
εγγράψιμα
.
(μην ξεχνάμε άλλωστε πως το
ανήκει τόσο στον ποδικό κύκλο του
) του
(έστω
) περνάει από το
.Αυτό μπορούμε να το δούμε ως εξής:Το
.Συνεπώς,επειδή η αντιστροφή (κέντρου
δηλαδή θα γίνει το κέντρο του κλπ.
οι δεύτερες τομές των
,
,
και
τα μέσα των
.
.
εγγράψιμο.
.
φτιάχνουμε από τις τομές τους το DEF(βλ. σχήμα 2).
.
.
που περνάει από το περίκεντρο
.
το ποδικό του 
και δείχνουμε ότι ανήκει στους
.
,έστω
συντρέχουν στον
σε σημείο
.
.
αντίστοιχα λόγω συμμετρίας(σχήμα 3).
εγγράψιμο και θα έχουμε τελειώσει.
και
και η απόδειξη έχει γίνει.
(και οι κυκλικές της),όπου
περνάει από σταθερό σημείο.
η προβολή του
.
,όσο και στον
.
του
και λόγω αυτόυ ανήκει και στους
.
είναι προβολική ως στροφή κατά σταθερή γωνία.
είναι επίσης προβολικές ως προβολές σε σταθερή ευθεία.
.Όταν μάλιστα το
.
).
η προβολή του
,
η τομή
.
είναι κάθετη στην
ή κατόπιν συμμετρίας προς την
ότι το συμμετρικό του
συνευθειακά.
αρκεί
συνευθειακά με
το συμμετρικό του
στους
λαμβάνουμε πως η τομή της
με τον κύκλο
βρίσκεται στην εκ του
(
(και των κυκλικών τους) ανήκει στον
.