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bsjk

趣味数学题研究#4-面积之比是有理数吗





假设 A、B、C 和 D 四个位置不同的的点,其中,任意三点皆不在一条线上。请证明“如果线段AB、AC、AD、BC、BD和CD的长度的平方是有理数,则三角形ABC的面积与三角形ABD的面积之比是有理数。
取自某数学竞赛
例:如下为一种成立的情况





榜单
不干正事的Hotaruishi:1(#2)
dmxlord:1(#3)
 :1(#3)
拉尔瓦:1(#3)

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最终幻想

我最讨厌数学了

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雪中情

弄了半天还是搞公式证明能开方吗?

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怯雨

B4F  2021-12-02 19:56
(工口禁止)
思路大概是 余弦 -> 正弦 -> 面积 都是有理数,下面是我的答案  

解:



交卷!

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成人向け

B5F  2021-12-02 20:00
(18歳未満の購入・閲覧禁止)
突然发现,自己连 构成三角形应该满足的条件 都想不起来了

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bsjk

回 4楼(怯雨) 的帖子

你的思路是对的     

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回 3楼(雪中情) 的帖子

可以用公式 不过可以用的全部都超纲了

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B8F  2021-12-02 22:17
(您还没有设置个性签名)
朋友你知道什么是暴力破解吗?


过C D做AB的垂线。面积比等于垂线长的比。如果AB平行于CD,则垂线长相等,得证。
否则 不失一般性,假设延长AB DC交于O。设 OC=x, OB=y, AB=c, BC=a, CA=b, DA=d, DB=e,DC=f。垂线之比= x/(x+f),所以只要证明 x/f 是有理数,即得证。

对角O做4次余弦公式,为简单 定义 cos O = s。
a^2=x^2+y^2-2xys
b^2=x^2+(c+y)^2-2x(c+y)s
e^2=(x+f)^2+y^2-2(x+f)ys
d^2=(x+f)^2+(c+y)^2-2(x+f)(c+y)s

第一个等式可得
s=(x^2+y^2-a^2)/(2xy)
代入e^2,可消去y一次项,得
y^2=x^2+(f^2+a^2-e^2)x/f + a^2
再把 s 和 y^2 代入 b^2,得
y=((f^2+a^2-e^2)cx/f + 2ca^2)/(b^2-a^2-c^2)

然后 s 代入 d^2-e^2 得到
d^2-e^2=2cy+c^2-c(x+f)(x^2+y^2-a^2)/xy
把 y 和 y^2 代入,最后得到
(f^2+a^2-e^2)x/f + 2a^2)(d^2-e^2-b^2+a^2)/(b^2-a^2-c^2) = -2 x/f * f^2 - (f^2+a^2-e^2)
注意最后的式子是 x/f 的一次方程,而所有系数都是有理数,所以解一定是有理数。得证。

一个问题是,b^2-a^2-c^2=0的情况没有定义。好解决,上面的只是思路,要去掉除法的问题,只要把它保留在等式另一边就行了,只有乘法。最后 b^2-a^2-c^2=0 的情况就会变成 d^2-e^2-b^2+a^2=0 或 (f^2+a^2-e^2)x/f + 2a^2=0,后者仍然可得x/f是有理数,至于前者则会导致 d^2-e^2-c^2=0,角ABC和ABD都是直角,BCD共线不可能。所以总之 x/f 是有理数。

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bsjk

没有人用矩阵算

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不干正事的Hotaruishi

回 9楼(bsjk) 的帖子

三阶行列式是吧,尝试过,但是没做出来

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是卡了多久了呢

什么是有理数啊

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3776413c

面积怎么算

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bsjk

回 11楼(fsyenglish) 的帖子

分数 证明不是代根号的数

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bsjk

回 12楼(3776413c) 的帖子

??三角形面积吗??

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bsjk

竟然还没有人证出来