ΝΙΚΟΣ έγραψε: ↑Παρ Ιούλ 19, 2024 5:23 pm
Σε κάθε περιγεγραμμένο τετράπλευρο

σε κύκλο

, αν

,

,

,

,
τότε το τετράπλευρο

,
είναι αρμονικό.
.
Θα αποδείξω μία
πολύ ισχυρότερη πρόταση. Η απόδειξη θα είναι απλή, και το παραπάνω θα είναι άμεσο πόρισμα. Η εν λόγω πρόταση, όπως θα δούμε, δείχνει την ουσία που απορρέει από τις παραπάνω υποθέσεις (περιγεγραμμένο αρμονικό τετράπλευρο), η οποία είναι μάλλον απρόσμενη.
Πριν γράψω την ισχυρότερη πρόταση ας επισημάνω ότι μία απευθείας απόδειξη του παραπάνω είναι μέσω γνωστών θεωρημάτων τα οποία βρίσκει κανείς π.χ. στην Γεωμετρία του Τσίντσιφα, στις σελίδες 263 και 265. Εκεί βλέπει κανείς την ιδιότητα των (εξ ορισμού εγγράψιμων) αρμονικών τετραπλεύρων, και συγκεκριμένα έχουν συζυγείς διαγωνίους με πόλο το σημείο που τέμνονται οι εφαπτόμενες του περιγεγραμμένου κύκλου σε απέναντι ζεύγη κορυφών. Αφήνω τις λεπτομέρειες αφού θα δούμε ισχυρότερη πρόταση που δείχνει το ουσιαστικό συμπέρασμα.
Νέα αρχή.
Για να διευκολύνω όσους ίσως δεν γνωρίζουν τα αρμονικά τετράπλευρα επισημαίνω ότι, εξ ορισμού, τα αρμονικά τετράπλευρα είναι εγγράψιμα και ισχύει η ισότητα

για τις πλευρές του.
Λήμμα. Αν ένα αρμονικό τετράπλευρο είναι περιγεγραμμένο, τότε είναι χαρταετός (δηλαδή η μία διαγώνιός του είναι μεσοκάθετος της άλλης, βλέπε το πρώτο σχήμα).
Πράγματι, αφού είναι αρμονικό ισχύει

και αφού είναι περιγεγραμμένο, ισχύει

. Λύνοντας τις εξισώσεις ως προς

(το κάνω παρακάτω για λόγους πληρότητας αν και είναι άμεσο) έπεται ότι είτε (

και

) ή το ανάποδο, δηλαδή (

και

). Δηλαδή είναι χαρταετός.
Ας δούμε την επίλυση του συστήματος: Έχουμε

, άρα

, από όπου

. Άρα

από όπου

ή

. Όπως θέλαμε.
Ας προσθέσω στο παραπάνω Λήμμα, αν και δεν θα χρειαστεί, ότι επίσης δύο απέναντι γωνίες του χαρταετού είναι ορθές. Αυτό έπεται διότι η μία διαγώνιος είναι άξονας συμμετρίας του χαρταετού και, ως εγγράψιμου, είναι διάμετρος του περιγεγραμμένου κύκλου.
Αντίστροφα, χαρταετοί με ορθές δύο απέναντι γωνίες είναι εγράψιμοι, και είναι αρμονικά τετράπλευρα για τετριμμένο λόγο (αφού π.χ. αν

τότε φυσικά

).
Πίσω στο αποδεικτέο. Οι υποθέσεις ότι το

είναι αρμονικό (άρα εγράψιμο) και περιγράψιμο, είναι χαρταετός ως άνω (το κόκκινο στο δεύτερο σχήμα). Είναι τώρα άμεσο ότι και το

είναι χαρταετός (λόγω συμμετρίας), και άρα για τετριμμένο λόγο είναι αρμονικό. Όπως θέλαμε.
Συνοψίζοντας: Το ουσιαστικό συμπέρασμα των υποθέσεων (εδώ ότι πρόκειται για περιγεγραμμένο αρμονικό τετράπλευρο) περιγράφεται στο Λήμμα παραπάνω. Δηλαδή το σχήμα που μελετάμε είναι τελικά απλό (χαρταετός). Τα υπόλοιπα είναι άμεσα πορίσματα.
.