数学的学习中,我们不妨会遇到许多有趣的定理,你越是研究就越是发现它的神奇之处。最近看到一个有关于几何里椭圆的几个神奇的定理,研究不得不感叹,椭圆真有魅力。

首先我们说的是Marden定理(当然了,充其量知识科普一下):

椭圆中常见的公式定理(椭圆中的那几个神奇的定理)(1)

设P(z)是一个复数域上的三次多项式,Z1,Z2,Z3是P(Z)的三个根,它们在复平面上不共线。那么,在这个复平面上存在唯一的椭圆,使得它与z1z2z3的各个边都相切,并且都切于各边的中点处。并且,这个椭圆的两个焦点是P'(z)的两根。

我们看到这个之后,你一定会被数学之美深深的打动。这个结论出现在Morris Marden于1945年发表的一篇论文里,因而被Dan Kalman称为Marden定理。Marden本人认为,这个结论最早是由Jorg Siebeck在1864年发现并证明的。下面我也只是说来简单的证明下这个结论。

椭圆的魅力之旅才刚刚开始。首先我们模拟一个场景:f(x)是域C上的多项式,f(z)=(z 2)(z-4)(z-6-6t)将多项式的三个根在复平面用点表示出来,并作出与三边中点相切的椭圆,即得到下图:

椭圆中常见的公式定理(椭圆中的那几个神奇的定理)(2)

这时候如果将三个顶点与切点相连的话

椭圆中常见的公式定理(椭圆中的那几个神奇的定理)(3)

这时候我们就可以看出三角形的重心与椭圆的中心重合了!而这只是开始,关于三角形重心有个定理,重心把中线分为1:2的两段,那么如果以G为位似中心,将椭圆放大两倍,又会发生什么呢?

椭圆中常见的公式定理(椭圆中的那几个神奇的定理)(4)

天呐,竟然变成了三角形ABC的外接椭圆。这个椭圆的身份似乎不简单。我们再回到1826年的那一天,传说在这一天,有一个来自瑞士的几何大师见人们整天无精打采的,便提出了两个有趣的问题: 1:在三角形ABC无数个外接椭圆中,哪个椭圆的面积最小?2:在三角形ABC无数个内接椭圆中,哪个椭圆的面积最大?后人为了纪念这件事,将最小面积的外接椭圆命名为:外接Steiner椭圆,最大面积的内切椭圆命名为:内切Steiner椭圆。没错,上面的两个椭圆就是三角形ABC的外接Steiner椭圆和内切Steiner椭圆。

直接上结论:当椭圆的内接三角形为光反射三角形时,三角形周长取得最大值。那么何为光反射三角形?其意就是一束光从B飞向A,在A点被椭圆挡住了,过点A作椭圆的切线,然后作出法线,这时候按光的反射定律,反射角等于入射角,同理光从A到C,再从C到B,按照同样的规律飞行,这样的话,椭圆、光、三角形就这样幸福美满的生活在一起了。

椭圆中常见的公式定理(椭圆中的那几个神奇的定理)(5)

然后三角形怀孕了,生出了一个宝宝

椭圆中常见的公式定理(椭圆中的那几个神奇的定理)(6)

根据生物的隔代遗传,这个宝宝和它的奶奶有着同样的眼睛,人们习惯叫它焦点

椭圆中常见的公式定理(椭圆中的那几个神奇的定理)(7)

这就是我为大家讲的故事,关于椭圆的故事。所以说,椭圆的魅力真的很大。

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