Meer bijzonderheden van de Simson-lijn
Overzicht ][ De lijn van Simson | Meetkunde | Cabri
Zie ook de pagina "De lijn van Simson en een
enveloppe"
Zie ook de pagina "Generalisaties van de
Simson-lijn"
Zie ook het Cabri-werkblad "De
lijn van Simson"
Zie ook de pagina "Over de
Siimson-lijn van het Steiner-punt en van het Tarry-punt"
- Vooraf - enkele hulpstellingen
- Eigenschappen van de Simson-lijn
- Constructies
- S-driehoeken
- Orthopool
- Constructie van de orthopool
- Bijzondere s-lijnen en een driehoek gevormd door s-lijnen
- 7.1. Bijzondere s-lijnen
- 7.2. Driehoek van s-lijnen
- s-lijnen van een punt tov. twee driehoeken
- De Simson-lijn en de Steiner-lijn
- Download
1. Vooraf -
enkele hulpstellingen
We gaan in hetgeen volgt uit van een driehoek ABC met omcirkel O. Voor een punt P van de
omcirkel geven we de Simson-lijn aan met s(P); maw. indien gesproken wordt over een
Simson-lijn s(P), dan ligt P op de omcirkel.
We bewijzen nu:
Stelling 1a Is Pa het tweede snijpunt van de loodlijn uit P naar de zijde BC met de omcirkel, dan is voor iedere P: APa // s(P). |
. |
Gevolgen:
[1]
Uit Stelling 1a volgt een snelle constructie van de lijn s(P) bij een
punt P.
[2]
Met Stelling 1a in verband staand:
Stelling 1b ALS: Ha' is het snijpunt van de hoogtelijn uit A (op BC) met de omcirkel, Q het snijpunt van PHa' met BC DAN: QH // s(P). |
Bewijs: zie figuur 2.
figuur 2 | Nu is Ha',1 = Pa,1
(omtrekshoeken op gelijke bogen), waaruit onmiddellijk volgt: Q1
= R1 (omdat immers HHa = HaHa'). En hieruit volgt het gestelde. ¨ |
Stelling 2 Voor ieder P geldt dat s(P) door het midden gaat van het lijnstuk PH. |
Bewijs: zie figuur 3.
figuur 3 | s(P) gaat ook door het midden van PQ, immers in de rechthoekige driehoek
PA'Q hebben we vanwege de symmetrie: A1 = Q1.
Dus s(P) is zwaartelijn naar de hypothenusa van driehoek PA'Q. Omdat s(P) // HQ (zie Stelling 1b), gaat s(P) dus ook door het midden van PH (middenparallel in driehoek PHa'H). ¨ Opmerking |
2. Eigenschappen van de Simson-lijn
Stelling 3 De hoek tussen de lijnen s(P1) en s(P2) is gelijk aan ½bg(P1P2). |
Bewijs: zie figuur 4.
figuur 4 | De hoek tussen s(P1) en s(P2) is gelijk aan de hoek tussen P1a en P2a. Deze hoek is gelijk aan ½bg(P1aP2a) = ½bg(P1P2). ¨ |
Gevolg van Stelling 3:
figuur 5 |
Bewijs: |
Volgens de Stelling van Thales ligt S dus op de cirkel met middellijn P1P2, ic. op de negenpuntscirkel. ¨
Klik hier voor een CabriJavapplet bij Stelling 4.
Gevolg van Stelling 4:
figuur 6 |
Bewijs: zie figuur 6.
|
- 3.1. Simson-lijn met gegeven richting
- 3.2. Simson-lijn loodrecht op een gegeven richting
- 3.3. Derde Simson-lijn door het snijpunt van twee Simson-lijnen
3.1. Construeer een Simson-lijn met een gegeven richting
Uitvoering
figuur 7a | De gegeven richting wordt aangegeven door de lijn m. 1 - Lijn door A evenwijdig met m. Deze lijn snijdt de omcirkel in een tweede punt P. 2 - Lijn door P loodrecht op BC (die lijn is evenwijdig met ha). 3 - Deze lijn snijdt de omcirkel in een tweede punt Q. 4 - De s-lijn van Q is de gevraagde Simson-lijn. ¨ Opmerking |
3.2. Construeer een Simson-lijn loodrecht op een gegeven lijn (gegeven richting)
Uitvoering
figuur 7b | [1] - eerste constructie De gevraagde lijn is de Simson-lijn behorende bij het tegenpunt van het punt Q uit de vorige constructie. [2] - tweede constructie De gegeven lijn zij m. 1 - Loodlijn door A op m. Deze lijn snijdt de omcirkel in een tweede punt P. 2 - Loodlijn op BC uit P geeft een tweede punt Q op de omcirkel. 3 - De s-lijn van Q is de gevraagde Simson-lijn. ¨ Opmerking |
3.3. Derde Simson-lijn door het snijpunt van twee Simson-lijnen
Uitvoering en bewijs
figuur 7c | s(P) en s(Q) zijn de Simson-lijnen van P en Q bij driehoek ABC. H is het
hoogtepunt van ABC. Beide s-lijnen snijden elkaar in het punt S. 1. H' is het beeld van H bij puntspiegeling in S. 2. R is het hoogtepunt van driehoek PQH'. 3. s(R) is de gevraagde derde s-lijn door S. ¨ Bewijs: |
Laten we nu loodlijnen neer uit P op QH' en uit Q op PH' dan snijden deze
(hoogtelijnen) elkaar in een punt R van de omcirkel; immers hoek PRQ is dan gelijk aan
½bg(PQ).
Maar nu is H' het hoogtepunt van driehoek PQR. s(R) is dan evenwijdig aan RH' en gaat dus
ook door S. ¨
Opmerking
Zie voor de naamgeving van driehoeken als ABC en PQR de paragraaf S-driehoeken
en in het bijzonder Stelling 9.
[einde Opmerking]
Definitie Indien van een driehoek A'B'C' die ingeschreven is in de omcirkel van driehoek ABC, geldt dat de s-lijn (tov. ABC) van tenminste één van de hoekpunten (A', B' of C') loodrecht staat op de overstaande zijde (in A'B'C'), dan heet A'B'C' S-driehoek van ABC. |
Voorbeeld In de hiernaast staande figuur is s(A') _|_ B'C'. A'B'C' is dus volgens de definitie een S-driehoek van ABC. De constructie van een S-driehoek kan dus verlopen volgens de hierboven in paragraaf 3.2 gegeven beschrijving. Uit deze constructie volgt de juistheid van de bewering. [einde Voorbeeld] |
Bewijs: zie figuur 8.
figuur 8 | In nevenstaande figuur is: Ð(BC, B'C') = Ð(AP, A'P), immers de benen van de ene hoek staan loodrecht op die van de andere. Dus: bg(CC') - bg(B'B) = bg(A'A) of, en van teken voorzien: bg(A'A) + bg(B'B) + bg(CC') = 0 Bij alle andere mogelijke liggingen verloopt het bewijs analoog. ¨ |
Stelling 7 [1] Geldt voor een S-driehoek A'B'C' van driehoek ABC dat s(A') _|_ B'C', dan is ook s(B') _|_ A'C' en s(C') _|_ A'B'. [2] De lijnen s(A'), s(B'), s(C') zijn concurrent. |
Klik hier voor een CabriJavapplet bij Stelling 7.
Bewijs: zie figuur 9.
figuur 9 | [1] Dit volgt uit Stelling 6, immers bij de constructie van van de s-lijn die loodrecht staat op A'C' vinden we (als enige mogelijkheid het punt B'. [2] Zij P, Q, R de middens van de lijnstukken HA', HB', HC'. De beschouwde s-lijnen zijn dan hoogtelijnen van driehoek PQR en zijn dus concurrent. ¨ Opmerking |
Stelling 8 Is A'B'C' een S-driehoek van ABC, dan is ABC een S-driehoek van A'B'C'. |
Bewijs:
Dit volgt onmiddellijk uit Stelling 6. ¨
figuur 10 |
Bewijs: |
Bewijs:
Volgens Stelling 6 geldt
(1)...... bg(AP1)+bg(AQ1)+bg(AR1)
= 0
(2)...... bg(AP2)+bg(AQ2)+bg(AR2)
= 0
Aftrekking van (1) en (2) geeft: bg(P1P2)+bg(Q1Q2)+bg(R1R2)
= 0
Waaruit het gestelde volgt. ¨
figuur 11 |
Bewijs: Zie ook Stelling 18. |
Stelling 11a De projecties van de punten A, B, C van een driehoek op een willkeurige lijn m zijn A', B', C'. De loodlijnen door A', B', C' op BC, CA en AB gaan door één punt. Dit punt heet de orthopool van m tov. driehoek ABC. |
Klik hier voor een CabriJavapplet bij Stelling 11a.
Bewijs: zie figuur 12a.
figuur 12a | [1] We gaan er eerst van uit, dat de lijn m de omcirkel van ABC snijdt in de punten Bm en Cm (m gaat bijvoorbeeld door O). De loodlijnen op de zijden zijn nu niets anders dan de s-lijnen van A', B', C' tov. een driehoek waarvan BmCm een zijde is (zie driehoek AmBmCm in figuur 12a). Volgens Stelling 7 zijn deze lijnen concurrent (in het punt Km). Km is dus de orthopool van BmCm. [2] Stel de lijnen m' // BmCm snijdt de omcirkel niet. Tov. de eerste situatie is er nu een translatie over d(m, m') die de lijnen A'Km, B'Km, C'Km afbeeldt op daarmee evenwijdige lijnen door A", B", C" (de projecties van A, B, C op m'). Deze lijnen gaan dus ook door een punt Km'. ¨ |
Stelling 11b De orthopool van een middellijn van de omcirkel ligt op de negenpuntscirkel van ABC. |
figuur 12b | Bewijs: zie figuur 12b. Zijn Bm en Cm bedoelde eindpunten, dan gaan de s-lijnen s(Bm) en s(Cm) door het punt Km (de orthopool); zie Stelling 11a (onderdeel [1] van het bewijs daar). De beide lijnen staan loodrecht op elkaar en het snijpunt Km ligt dus op de negenpuntscirkel (zie Stelling 4.2). ¨ Klik hier voor een CabriJavapplet bij Stelling 11b. Opmerking |
Bewijs: zie figuur 13.
figuur 13a | AA' _|_ B'C'. A' ligt dus op de cirkel met middellijn AO (Thales-cirkel). Omdat OMb _|_ AC (en OMc
_|_ BA) ligt ook Mb (en Mc) op deze
cirkel. Deze cirkel is het spiegelbeeld van de negenpuntscirkel in MbMc. Zij nu K de orthopool van B'C' (een middellijn van de omcirkel). Uit de constructie van K volgt, dat de lijn KA' _|_ BC. Dus ook KA' _|_ MbMc. K ligt op de negenpuntscirkel (Stellling 11b). Het beeld van K ligt dus op de cirkel met middellijn AO. K en A' zijn dus elkaars spiegelbeeld bij spiegeling in MbMc. Analoog geldt dit voor K en B' en voor K en C'. ¨ |
Stelling 12b De lijn s-lijn van K tov. de centrumdriehoek van driehoek ABC is evenwijdig met B'C' en deelt het lijnstuk OK middendoor. |
Bewijs: zie figuur 13b.
figuur 13b | De projecties van K op de zijden van driehoek MaMbMc (de
centrumdriehoek, die de negenpuntscirkel als omcirkel heeft), vallen samen met de middens
van de lijnstukken KA', KB', KC' (zie Stelling 12a). s(K,
MaMbMc) is dus middenparallel in driehoek KB'C' en daardoor evenwijdig met B'C'. Het
lijnstuk OK wordt door s(K) middendoor gedeeld. ¨ Opmerkingen
|
Stelling 13 ALS de middellijn d snijdt de zijden BC, CA, AB in de punten Ad, Bd, Cd. DAN de cirkels met middellijnen AAd, BBd, CCd gaan door de orthopool K van d. |
Bewijs: zie figuur 14.
figuur 14 | We bekijken alleen de cirkel met middellijn AAd. Het middelpunt zij Ar. MbMc (zijde van de centrumdriehoek) gaat door Ar (middenparallel). MbMc is dus middellijn van de cirkel. Het punt A' (de project van A op d) ligt op cirkel Ar (Thales-cirkel). Het spiegelbeeld van A' in MbMc is K (orthopool van d). K ligt dus ook op de cirkel Ar. We bewijzen analoog voor de beide andere cirkels. ¨ |
6. Constructie van de orthopool van een lijn tov. een driehoek
Uitvoering
figuur 15 | Zij d de gegeven lijn. 1 - A' is de projectie van A op d. 2 - Ao is het snijpunt van de projecterende met de omcirkel. 3 - Aa is het voetpunt van de loodlijn uit Ao op BC. 4 - K is het 4e hoekpunt van het parallellogram A'AoAaK. K is de orthopool van d tov. ABC. ¨ Opmerking |
7. Bijzondere s-lijnen en een driehoek gevormd door s-lijnen
- 7.1. Bijzondere s-lijnen
- 7.2. Driehoek van s-lijnen
Stelling 14a [1] De s-lijnen van de hoekpunten van ABC zijn de hoogtelijnen [2] De s-lijnen van de tegenpunten van de hoekpunten van ABC zijn de zijden van ABC. [3] De s-lijnen van de snijpunten van de hoogtelijnen met de omcirkel van ABC zijn evenwijdig met de raaklijnen in A, B, C aan de omcirkel en gaan door de hoekpunten van de voetpuntsdriehoek |
figuur 16a | figuur 16b | figuur 16c |
Bewijs:
[1]
We bewijzen met de "definitie" van s-lijn van een punt.
Het snijpunt van de loodlijnen uit A op AB en AC valt samen met A.
Het voetpunt van de loodlijn op BC is Ha.
De s-lijn van A is dus de lijn AHa, de hoogtelijn uit A.
[2]
We bewijzen met de "definitie" van s-lijn van een punt.
Zij At het tegenpunt van A.
De loodlijn uit At op AB valt samen met B (Thales-cirkel). De
loodlijn uit At op AC valt samen met C.
BC is de s-lijn van At.
[3]
We bewijzen met behulp van de constructie uit Stelling 1a.
De lijn HaA staat loodrecht op BC. Het snijpunt met de omcirkel is A. We moeten dus A met
zichzelf verbinden om de richting van de s-lijn van Ha te vinden. Die richting is de
richting van de raaklijn.
De s-lijn zelf gaat door Ha.
De s-lijnen van de punten Ha', Hb' en Hc' vormen dus de voetpuntsdriehoek van ABC. ¨
Stelling 14b De s-lijnen van de snijpunten van de bissectrices van ABC met de omcirkel gaan door de middens van de overstaande zijden en staan loodrecht op die bissectrices. |
figuur 17 | Bewijs: De projectie van Ad op BC is het midden van BC. De s-lijn van Ad gaat dus door Ma. De voetpunten Vb en Vc op AB en AC vormen de vlieger AVcAdVb. De diagonalen daarvan staan loodrecht op elkaar. ¨ |
7.2. Een driehoek gevormd door s-lijnen
We beschouwen in deze paragraaf twee driehoeken ABC en A'B'C' met dezelfde omcirkel.
De lijnen s(A'), s(B'), s(C') tov. ABC zijn de zijden van een derde driehoek PQR.
figuur 18 |
Bewijs: |
Stelling 16 Het middelpunt S van de omcirkel van PQR valt samen met het midden van het lijnstuk HH' (verbindingslijnstuk van de hoogtepunten van ABC en A'B'C'. |
figuur 19a | Bewijs: Zijn L,M,N de middens van HA', HB', HC'. Nu is driehoek LMN homothetisch met A'B'C (centrum van vermenigvuldiging H, factor ½). Het hoogtepunt van LMN is het midden S van HH'. Maar dan ook LMN ~ PQR (zie Stelling 15). Driehoek PQR is een omgeschreven driehoek van LMN en is ermee gelijkvormig. We moeten nu aantonen, dat het punt S (hoogtepunt van LMN) middelpunt is van de omcirkel van PQR |
|
figuur 19b | We tonen hiernaast aan (in algemene zin), dat dit juist is. Driehoek ABC is ingeschreven in driehoek A"B"C', waarbij A = A', B = B', C = C'. Hieruit volgt, dat A'CHB en C'BHA koordenvierhoeken zijn (in de laatste is: BHC = 180-A = 180-A'). Hieruit volgt dus de gelijkheid van de hoeken die in figuur 19b zijn aangegeven met dezelfde tekens (omtrekshoeken op dezelfde cirkelboog). In driehoek ABC is echter ook: HAB = HCB = 90-B. Zodat driehoek A'HC' twee gelijke hoeken heeft. Dus is HA' = HC'. Analoog: HA' = HB'. Waaruit blijkt dat H het omcentrum is van A'B'C'. ¨ |
figuur 20 |
Bewijs: |
8. s-lijnen van een punt tov. twee driehoeken
Stelling 18 (Droz-Farny) Zijn ABC en A'B'C' twee driehoeken met dezelfde omcirkel, dan is de hoek tussen s(P) en s'(P) constant voor iedere P. |
figuur 21 | Bewijs: Zij S het snijpunt van BC en B'C'. Nu geldt PPa _|_ BC en PPa' _|_ B'C'. De hoek tussen PPa en PPa' is dus gelijk aan de hoek S. Hoek S is constant. Nu geldt verder (zie Stelling 1a), dat s(P) // APa en s'(P) // A'Pa'. De hoek tussen de beide s-lijnen is dus gelijk aan de hoek tussen APa en A'Pa' (met snijpunt T). Nu geldt: T = ½(bg(AA') + bg(PaPa')) = ½(bg(AA') + 2S). Hoek T is dus constant. ¨ Zie ook Stelling 10b. |
9. De Simson-lijn en de Steiner-lijn
Stelling 19 [1] De drie spiegelbeelden van een punt P van de omcirkel van driehoek ABC in de zijden van die driehoek liggen op dezelfde rechte lijn. Deze lijn heet de Steiner-lijn van P bij de driehoek (naar Jakob Steiner, 1796-1863, Zwitserland). [2] De Steiner-lijn van een punt (van de omcirkel) bij een driehoek gaat door het hoogtepunt H van die driehoek. |
Opmerking
Deze stelling is eveneens, maar op een iets afwijkende manier, bewezen op de
pagina "De lijn van Steiner"
[einde Opmerking]
Bewijs:
figuur 22 | We bewijzen allereerst iets over het hoogtepunt van de driehoek in
samenhang met de Simson-lijn s(P) van een punt P. In figuur 22 is H het hoogtepunt van driehoek ABC. Pa is het spiegelbeeld van P (op de omcirkel) in de lijn BC. PPa snijdt de omcirkel ook in Q. Zoals bekend is Ha (het snijpunt van de hoogtelijn uit A met de omcirkel) het spiegelbeeld van H in de lijn BC (zie bijvoorbeeld de pagina "Een eigenschap van het hoogtepunt"). Nu is wegens de spiegelsymmetrie: Ð HaPPa = Ð HPaP en Ð HaAQ = Ð HaPPa (omtrekshoeken op dezelfde boog) Voorts is bg(HaQ) = bg(AP). Uit dit alles volgt eenvoudig dat AQ // HPa. Uit Stelling 1a volgt dan, wegens AQ // s(P), dat HPa // s(P) ......(1) |
|
figuur 23 | Uit de constructie van de spiegelbeelden van P in de zijden volgt, dat de
punten Pa, Pb, Pc op dezelfde rechte lijn liggen. Immers, bij een vermenigvuldiging met factor 2 tov. het punt P gaan de voetpunten van de loodlijnen uit P op deze zijden over in de punten Pa, Pb, Pc. De Steiner-lijn van P is dus het beeld van de Simson-lijn van P bij die vermenigvuldiging . We hebben dus Simson(P) // Steiner(P). Uit (1) volgt dan, omdat Pa ook op HPa ligt met HPa // s(P), dat de Steiner-lijn van P door het hoogtepunt H van de driehoek gaat. ¨ |
¤ Zie ook de
pagina "De lijn van Simson en een enveloppe"
¤ Zie ook de pagina
"Generalisaties van de Simson-lijn"
¤ Zie ook de pagina
"Over de Siimson-lijn van het Steiner-punt en
van het Tarry-punt"
¤ Zie ook de pagina
"Koordenvierhoeken voor de s-lijnen van de hoekpunten van een koordenvierhoek.
10. Download
De figuren die gebruikt zijn in de CabriJavapplets op deze pagina kunnen in één bestand
via deze website worden gedownload.
In dit bestand zijn ook opgenomen de macro's: SimsonLijn.mac, SpuntLijn.mac en
Orthopool.mac.
Klik hier om het downloaden te
starten (ZIP-bestand, ca. 12kB)
[simson2.htm] laatste wijziging op: 09-08-02