平行四边形的一个向量性质及其空间推广

  摘 要:本文主要证明了平行四边形的一个向量性质:不过点A的直线l分别交平行四边形ABCD边所在直线AB,AD于点P,Q,交对角线所在直线AC于点M,若满足并探讨了该向量性质的逆定理及进行空间上的推广.

  关键词:平行四边形;向量性质;空间推广

  利用平面向量的知识,平行四边形有以下性质:

  定理1:不过点A的直线l分别交平行四边形ABCD边所在直线AB,AD于点P,Q,交对角线所在直线AC于点M,若满足=x,=y,=k,则+=.

  证:如图1所示,因为=+,所以=k+k.……①

  又P,Q,M三点共线(A不在直线l上),所以=λ+μ(其中λ+μ=1),……②

  结合题设,由②得=λx+μy.……③

  联立①③得k+k=λx+μy?.

  又因为与不共线,故有λ+μ=1,λx=μy=k,所以+=1,即+=.

  定理1的逆定理:P,Q,M分别是平行四边形ABCD边所在直线AB,AD及对角线所在直线AC都异于点A的点,且=x,=y,=k,若满足+=,则P,Q,M三点共线.

  证:如图1所示,因为=+,所以=k+k.

  由题设知=,=,则=+.

  由于+=k×+=k×=1,从而有P,Q,M三点共线.

  利用类比的方法易将平行四边形的性质推广到空间,于是有以下性质:

  定理2:不过点A的平面α分别交平行六面体ABCD-A1B1C1D1棱所在直线AB,AD,AA1于点P,Q,R,交对角线所在直线AC1于点M,若满足=x,=y,=z,=k,则++=.

  证:如图2所示,在平行六面体中有=++,

  所以=k+k+k.……①

  又P,Q,R,M四点共面(A不在平面α上),

  所以=λ+μ+t(其中λ+μ+t=1),……②

  结合题设,由②得=λx+μy+tz.……③

  联立①③得k+k+k=λx+μy+tz.

  又因为,与不共面,故有λ+μ+t=1,λx=μy=tz=k,所以++=1,即++=.

  定理2的逆定理:?摇P,Q,R,M分别是平行六面体ABCD-A1B1C1D1棱所在直线AB,AD,AA1及对角线所在直线AC1都异于点A的点,且=x,=y,=z,=k,若满足++=,则P,Q,R,M四点共面.

  证:如图2所示,因为=++,所以=k+k+k.

  由题设知=,=,=,则=++.

  由于++=k×++=k×=1,从而有P,Q,R,M四点共面.

  摘 要:本文主要证明了平行四边形的一个向量性质:不过点A的直线l分别交平行四边形ABCD边所在直线AB,AD于点P,Q,交对角线所在直线AC于点M,若满足并探讨了该向量性质的逆定理及进行空间上的推广.

  关键词:平行四边形;向量性质;空间推广

  利用平面向量的知识,平行四边形有以下性质:

  定理1:不过点A的直线l分别交平行四边形ABCD边所在直线AB,AD于点P,Q,交对角线所在直线AC于点M,若满足=x,=y,=k,则+=.

  证:如图1所示,因为=+,所以=k+k.……①

  又P,Q,M三点共线(A不在直线l上),所以=λ+μ(其中λ+μ=1),……②

  结合题设,由②得=λx+μy.……③

  联立①③得k+k=λx+μy?.

  又因为与不共线,故有λ+μ=1,λx=μy=k,所以+=1,即+=.

  定理1的逆定理:P,Q,M分别是平行四边形ABCD边所在直线AB,AD及对角线所在直线AC都异于点A的点,且=x,=y,=k,若满足+=,则P,Q,M三点共线.

  证:如图1所示,因为=+,所以=k+k.

  由题设知=,=,则=+.

  由于+=k×+=k×=1,从而有P,Q,M三点共线.

  利用类比的方法易将平行四边形的性质推广到空间,于是有以下性质:

  定理2:不过点A的平面α分别交平行六面体ABCD-A1B1C1D1棱所在直线AB,AD,AA1于点P,Q,R,交对角线所在直线AC1于点M,若满足=x,=y,=z,=k,则++=.

  证:如图2所示,在平行六面体中有=++,

  所以=k+k+k.……①

  又P,Q,R,M四点共面(A不在平面α上),

  所以=λ+μ+t(其中λ+μ+t=1),……②

  结合题设,由②得=λx+μy+tz.……③

  联立①③得k+k+k=λx+μy+tz.

  又因为,与不共面,故有λ+μ+t=1,λx=μy=tz=k,所以++=1,即++=.

  定理2的逆定理:?摇P,Q,R,M分别是平行六面体ABCD-A1B1C1D1棱所在直线AB,AD,AA1及对角线所在直线AC1都异于点A的点,且=x,=y,=z,=k,若满足++=,则P,Q,R,M四点共面.

  证:如图2所示,因为=++,所以=k+k+k.

  由题设知=,=,=,则=++.

  由于++=k×++=k×=1,从而有P,Q,R,M四点共面.


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