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定理証明済み

方べきの定理(交わる弦と割線)

内容

点 PP を通る二直線が弦 ABAB と CDCD の端点で円と交わるならば、その点からの線分の長さの積は等しい:PA⋅PB=PC⋅PDPA \cdot PB = PC \cdot PD。さらに点が円の外部にあり円への接線分を引くとき、その長さの二乗は PT2=PA⋅PBPT^2 = PA \cdot PB を満たす。

なぜ正しいのか?

円は曲がっているにもかかわらず、円周角の定理によって交わる弦が作る二つの三角形の角が等しく固定され、二つの三角形は相似になる。その辺の長さの比例式をたすき掛けの積に書き換えることで、長さの比が不変な積へと変わる。

証明の概略

ステップ1(弦の端点を用いて二つの三角形を作る)。端点を線分 ACAC と BDBD で結び、二つの三角形 △PAC\triangle PAC と △PDB\triangle PDB を作る。

ステップ2(円周角を用いて二つの三角形の相似を証明する)。同じ弧に対する円周角は等しいので、∠CAP=∠BDP\angle CAP = \angle BDP が成り立つ。さらに交点における角も(点が円内にあるときは対頂角として、円外にあるときは共通の角として)等しい:∠APC=∠DPB\angle APC = \angle DPB。二角相等(AA相似条件)により、△PAC∼△PDB\triangle PAC \sim \triangle PDB となる。

ステップ3(対応する辺の比をとりたすき掛けにする)。二つの三角形の相似から辺の比 PAPD=PCPB\dfrac{PA}{PD} = \dfrac{PC}{PB} が得られる。両辺の分母を払って掛け合わせれば PA⋅PB=PC⋅PDPA \cdot PB = PC \cdot PD が従う。

この定理を使うトピック

ステップごとの証明

この定理のステップごとの証明はまだありません。

参考文献

  1. Euclid (trans. Thomas L. Heath) (1956). Euclid's Elements (Books I–XIII)
  2. H. S. M. Coxeter, S. L. Greitzer (1967). Geometry Revisited