题目1:如图1,△ABC的内心为I,过点A作直线BI的垂线,垂足为H,设D、E分别为内切圆☉I与边BC、CA的切点。求证D、H、E三点共线。
解题思路(1):连接IA、IE、ID,则∠BAI=∠CAI=θ,ID⊥BC,IE⊥AC(图2)。
因∠ABI=∠DBI=α,易证Rt△AHB∽Rt△IDB,
则有AB/BI=BH/BD,连接HD,结合∠ABI=∠HBD,
则△ABI∽△HBD,∠BHD=∠BAI=∠CAI=θ。
连接HE,在四边形AIHE中,∠AEI=∠AHI=90°,则A、I、H、E四点共圆,∠AHE=∠AIE=ε。
因∠AIE ∠EAI=90°,则∠AHE ∠BHD=90°。
故∠AHE ∠AHB ∠BHD=90° 90°=180°,
D、H、E三点共线得证。
解题思路(2):连接DE(图3),根据切线性质,CE=CD,∠DEC=∠EDC,则∠C ∠DEC ∠EDC=∠C 2∠DEC=180°,故∠DEC=90°-1/2∠C。
连接IA,根据△内心定理,易证∠AIB=90° 1/2∠C,
则∠AIH=180°-∠AIB=180°-(90° 1/2∠C),
即∠AIH=90°-1/2∠C,故∠DEC=∠AIH。
连接IE、HE,则IE⊥AC。在四边形AIHE中,
∠AEI=∠AHI=90°,则A、I、H、E四点共圆,
∠AIH=∠HEC(圆内接四边形外角等于内对角),
即∠DEC=∠HEC,则点H必在线段DE上,
故D、H、E三点共线成立。
解题思路(3):设AB与圆☉相切于点G,根据切线定理,则AG=AE,BG=BD,CE=CD。
已知BH为∠ABC的平分线,且AH⊥BH,可延长AH交BC于F(图4),根据等腰三角形三线合一的性质得知:HA=HF,BA=BF 结合BG=BD,故DF=GA=EA。
连接HE、HD,设△AFC被欲证的“线段”DHE所截,列出梅涅劳斯定理的表达式:
EA/CE·CD/DF·HF/HA
= EA/DF·CD/CE·HF/HA
=1。
根据梅氏定理的逆定理,则D、H、E三点共线成立。
题目2:如图1,I为△ABC的内心。求证:△BIC的外心O在直线AI上。
解题思路:连接OB、OC、OI(图2),因BI为∠CBA平分线,则∠ABI=∠CBI=α。
根据圆心角和圆周角关系,∠COI=2∠CBI=∠CBA。
同理证明∠IOB=∠ACB。
在△ABC中,∠BAC ∠CBA ∠ACB=180°,即
∠BAC ∠IOC ∠IOB =180°,即在四边形ABOC中,两对角之和为180°,故A、B、O、C四点共圆。
连接AO,则∠COA=∠CBA=2α(同弦对等角),即
∠COA=∠COI=2α,则OI、OA必定重合,△BIC 外接圆的圆心O在直线AI上。