斯坦纳-雷米欧司定理

斯坦纳-雷米欧司定理:

两内角的平分线相等的三角形是等腰三角形

证明一：

已知：三角形ABC，角B、角C的平分线是BE、CD作∠BEF=∠BCD;并使EF=BC

∵BE=DC

∴△BEF≌△DCB,BF=BD,∠BDC=∠EBF

设∠ABE=∠EBC=α,∠ACD=∠DCB=β

∠FBC=∠BDC+α=180-2α-β+α=180-(α+β);

∠CEF=∠FEB+∠CEB=β+180-2β-α=180-(α+β);

∴∠FBC=∠CEF

∵2α+2β<180,∴α+β<90

∴∠FBC=∠CEF>90

∴过C点作FB的垂线和过F点作CE的垂线必都在FB和CE的延长线上.

设垂足分别为G、H;

∠HEF=∠CBG;

∵BC=EF,

∴Rt△CGB≌Rt△FHE

∴CG=FH,BG=HE

连接CF

∵CF=FC,FH=CG

∴Rt△CGF≌△FHC

∴FG=CH,∴BF=CE,∴CE=BD

∵BD=CE,BC=CB,∴△BDC≌△CEB

∴∠ABC=∠ACB

∴AB=AC

证明二：

设二角的一半分别为α、β

sin(2α+β)/ sin2α= BC/CE = BC/BD = sin(α+2β)/ sin2β,

∴2sinαcosαsin(α+2β) - 2sinβcosβsin(2α+β) =0

→sinα[sin2(α+β)+sin 2β]- sinβ[sin2（α+β）+ sin2α]=0

→sin2(α+β)[sinα-sinβ]+2 sinαsinβ[cosβ- cosα]=0

→sin [(α-β)/2][sin2(α+β) cos[(α+β)/2] + 2 sinαsinβsin [(α+β)/2]=0

，∴sin[(α-β)/2]=0

∴α=β,∴AB=AC.

证明三：

用张角定理：

2cosα/BE=1/BC+1/AB

2cosβ/CD=1/BC+1/AC

若α>β 可推出AB>AC矛盾！

若α<β 可推出AB<AC矛盾！

所以AB=AC

定理来源：

1840年，德国数学家雷米欧斯给当时的大数学家斯图姆的一封信中说到：“几何题在没有证明之前，很难说它是难还是容易。等腰三角形的两底角平分线相等，初中生都会证明。但反过来，三角形的两内角平分线相等，这个三角形一定是等腰三角形吗？我至今还没想出来。”此后，斯图姆又向许多数学家提出了这个问题，请求给出一个纯几何证明。一年多后，瑞士达几何学家斯坦纳（1796-1873）首次证明了它，于是，这个问题以“斯坦纳-雷米欧斯”定理而闻名于世。

后世发展：

斯坦纳的证明发表后，引起了数学界极大反响。论证这个定理的文章发表在1842年到1864年的几乎每一年的各种杂志上。后来，一家数学刊物公开征解，竟然收集并整理了60多种证法，编成一本书。直到1980年，美国《数学老师》月刊还登载了这个定理的研究现状，随后又收到了2000多封来信，增补了20多种证法并收到了一个最简单的直接证法。经过几代人的努力，100多年的研究，“斯坦纳-雷米欧斯”定理已成为数学百花园中最惹人喜爱的瑰丽花朵！