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ミケルの定理

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△ABCとそのそれぞれの辺上の点A' , B' , C' に対するミケルの定理(ミケル点M)。

ミケルの定理(みけるのていり、英語: Miquel's theorem)はフランスの高校教師であるオーギュスト・ミケルの名を冠する幾何学の諸定理である[1]。一般にミケルの定理と言えば、次の定理を指す。

三角形の3辺またはその延長(英語版)に点を一つずつとる。うち2点と、その間の三角形の頂点を通る円は、一点で交わる。

他のミケルの定理と区別して、ミケルの三角形定理とも呼ばれる[2]。ミケルの発見した諸定理は、ジョゼフ・リウヴィルのJournal de Mathématiques Pures et Appliquées によって出版された。

厳密にいうと、ある△ABCについて、直線BC, CA, AB上にそれぞれ点A' ,B' ,C' をとり、△A'B'C, △B'C'A, △C'A'Bの外接円を描く。3つのミケル円は一点で交わる。さらに3つの角∠MA'C, ∠MB'A, ∠MC'Bは等しくまた、∠MA'B, ∠MB'C, ∠MC'A も等しい[3][4]。

この定理は、 内接四角形の角の性質と有向角を用いることで示すことができる。円A'B'C, AB'C' の交点について と角度追跡することによりBA'MC'の共円が示されてミケルの定理を得る。

幾つかの三角形のPivot Theorem

ミケルの定理を共線でない3点A' , B' , C' の成す三角形に着目した場合はForder (1960, p. 17)によってPivot theorem(ミケルの要の定理[5])と名づけられている[6]。

ミケル点の三線座標

A' , B' , C' のBC, CA, ABに対するfractional distances(線分の長さを1とした時の、線分の始点からの距離)をそれぞれda,db,dc、線分BC, CA, ABの長さをそれぞれa,b,cとしてそのミケル点の三線座標(x,y,z)は以下の式で表される。

ただしd' a= 1 - da,d' b= 1 - db,d' c= 1 - dc である。

da=db=dc=1/2である場合、ミケル点は外心(cos α : cos β : cos γ)になる。

ミケルの定理の逆

ミケルの定理の逆は次のような定理である。点Mを通る3円について、1つの円上に点A をとり、2つ目の円とのMでないほうの交点の一つをC'として、直線AC'と2つ目の円のC'でない方の交点をBとする。同様に、3つ目の円に対してBからA',Cをつくる。このとき点A,C,B'は共線であり、△ABCの辺上にA' ,B' ,C' が存在する。

ミケルの四辺形定理
ミケルの五点円定理
ミケルの六円定理:4円の隣り合う円との交点の一方が共円なら、もう一方の交点も共円であるという定理。

相似な内接三角形

△XYZが三角形△ABCに内接し相似であるとき、任意の△XYZにおいて、そのミケル点は不動である[7]:p. 257。

ミケルの四辺形定理

完全四辺形(英語版)の辺から成る4つの三角形の外接円は一点で交わる[8]。これをミケルの四辺形定理またはミケルとシュタイナーの四辺形定理(Miquel and Steiner's Quadrilateral Theorem)という。また、この共点を四辺形のミケル点という。

この定理は、1827,1828年にヤコブ・シュタイナーによってジョセフ・ジェルゴンヌ の出版物(Annales de Gergonne)で発表されたが、厳密な証明はミケルによって与えられた[8][9]。

ミケルの五点円定理

凸な五角形ABCDEについて、その辺を延長し星形五角形FGHIKをつくる。5つの円CFD,DGE,EHA,AIB,BKCの、隣り合う円の元の五角形の頂点でない方の交点は共円である[10]。これをミケルの五点円定理(Miquel's pentagon theorem)という。この定理の逆として、五円定理が知られている。

ミケルの六円定理

円上に四点A,B,C,Dをとり、隣り合う2点を通る円延べ4円を描く。それぞれの円について、4円の隣り合う円との交点の一方が共円ならば、もう一方の交点も共円である。これをミケルの六円定理(Miquel's six circle theorem)または六円定理(six circles theorem)、四円定理(four circles theorem)という[11]。ただし、六円定理は別の定理を指すこともある。この定理は一般にはシュタイナーによるものとされているが、証明を行ったのはミケルのみである[12]。 David G. Wellsはこの定理もMiquel's theoremと呼んでいる[13]。

三次元におけるミケルの定理

三次元のミケルの定理:4つの球の交円(黒)は一点で交わる。

ミケルの定理は三次元に一般化されている。三角形を四面体に、円を球に置き換える。4つの球は一点で交わる[4]。

関連項目

出典

参考文献

外部リンク

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