问题: 几何恒等式
设△ABC的三边长a,b,c上的高与内角平分线分别为ha,hb,hc,wa,wb,wc,外接与内切圆半径分别为R,r. 求证:
ha/(wa)^2+hb/(wb)^2+hc/(wc)^2=1/R+1/2r
解答:
证明 记△ABC的面积为△, 半周长为s。则有
(wa)^2=4bcs(s-a)/(b+c)^2,
△=a*ha/2=abc/(4R)=s*r=√[(s-a)(s-b)(s-c)s]
Σha/(wa)^2=Σ△(b+c)^2/[2abcs(s-a)]
=[△/(abcs)]*Σ(b+c)^2/(b+c-a)
={△/[abcs(b+c-a)(c+a-b)(a+b-c)]}*Σ(b+c)^2(c+a-b)(a+b-c)
注意恒等式:
△/[abcs(b+c-a)(c+a-b)(a+b-c)]=1/(32R*s^2*r^2)
而Σ(b+c)^2(c+a-b)(a+b-c)
=Σ[a^2(b+c)^2-(b^2-c^2)^2]
=Σ[a^2*b^2+a^2*c^2+2a^2bc-b^4-c^4+2b^2*c^2]
=4Σb^2*c^2-2Σa^4+2abc(a+b+c)
=32△^2+16R*s^2*r=16s^2*r*(R+2r)
所以Σha/(wa)^2=16s^2*r*(R+2r)/(32R*s^2*r^2)=1/R+1/2r.
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