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[几何] 从一点作椭圆的四条法线的截距的关系

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hbghlyj 发表于 2022-8-12 10:18 |阅读模式
C. Smith, An Elementary Treatise on Conic Sections, Macmillan, London, 1885. pp. 226 (EXAMPLES ON CHAPTER X.)

61. If from any point four normals be drawn to an ellipse meeting an axis in $G_1,G_2,G_3,G_4$, then will$$\frac{1}{C G_{1}}+\frac{1}{C G_{2}}+\frac{1}{C G_{3}}+\frac{1}{C G_{4}}=\frac{4}{C G_{1}+C G_{2}+C G_{3}+CG_{4}}$$

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 楼主| hbghlyj 发表于 2022-8-12 10:32
设椭圆的方程为$$mx^2+ny^2=1$$在$Q(x_0,y_0)$处的切线$mxx_0+nyy_0=1$与$y$轴的交点的横坐标为$\frac1{ny_0}$.
设$PQ$为法线, 点$P$的坐标为$(x_P,y_P)$, 则\begin{cases}\frac{m x_0}{n y_0}=\frac{x_0-x_P}{y_0-y_P}\\mx_0^2+ny_0^2=1\end{cases}消去$x_0$得\begin{multline}y_0^4 \left(m^2 n-2 m n^2+n^3\right)+y_0^3 \left(2 m n^2 y_P-2 m^2 n y_P\right)\\+y_0^2 \left(m^2 n y_P^2-m^2+m n^2 x_P^2+2 m n-n^2\right)+y_0 \left(2 m^2 y_P-2 m n y_P\right)-m^2 y_P^2=0\end{multline}在(1)中$y_0$的四个根是$CG_1,CG_2,CG_3,CG_4$, 所以
$$\frac{1}{C G_{1}}+\frac{1}{C G_{2}}+\frac{1}{C G_{3}}+\frac{1}{C G_{4}}=\frac{2 m^2 y_P-2 m n y_P}{m^2 y_P^2}=\frac{2 (m-n)}{m y_P}$$
$$\frac{4}{C G_{1}+C G_{2}+C G_{3}+CG_{4}}=-\frac{4 \left(m^2 n-2 m n^2+n^3\right)}{2 m n^2 y_P-2 m^2 n y_P}=\frac{2 (m-n)}{m y_P}$$Q.E.D

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