Introducción
Esta es una continuación de la entrada anterior donde vimos algunas propiedades de hileras armónicas de puntos, esta vez nos enfocaremos en propiedades de un haz armónico de rectas, que nos permitirán definir al cuadrilátero armónico.
Haz de rectas
Definición 1. Si cuatro rectas
Teorema. 1 Sea
Demostración. Aplicamos la ley de los senos a

De lo anterior calculamos,
La última igualdad se debe a que
Si hacemos el mismo procedimiento, esta vez con los puntos
Por lo tanto
Definición 2. Dado un haz de rectas
Equivalentemente, por la ecuación
Si
Ejemplo
Proposición 1. Las rectas que unen los excentros de un triángulo con los puntos medios de los lados del triángulo relativos a esos excentros son concurrentes.
Demostración. Sean
Consideremos los haces
Esto es,
Como
Recordemos que
Por el teorema de Ceva,
Haz armónico
Proposición 2. Una recta, paralela a alguna de las rectas de un haz, es dividida en dos segmentos iguales por las otras tres rectas del haz si y solo si el haz es armónico.
Demostración. Sean
Aplicamos la ley de los senos a
Por lo tanto,
Por la ecuación
Como
Por lo tanto
Como resultado,
Proposición 3. Si dos rectas conjugadas de un haz armónico son perpendiculares entonces son las bisectrices del ángulo formado por las otras dos rectas del haz.
Demostración. Sea
Por la proposición anterior
Por lo tanto,
Proposición 4. Si tenemos dos hileras armónicas
Demostración. Sea
Cuadrilátero armónico
Teorema 2. Sean
Demostración. Sea
Por lo tanto,
Definición 3. Definimos la razón cruzada de cuatro puntos cíclicos
De manera equivalente, por el teorema 2, podemos definir
Si
Construcción del conjugado armónico en una circunferencia.
Proposición 5. Sean
Demostración. Como
Por lo tanto,
De acuerdo a la definición 3,
Proposición 6. Sea
Sean
Análogamente, sea
Por lo tanto,
Ejemplo
Proposición 7. Sea
Demostración. Sea

Sea
Por el teorema 1, el haz
Sean
Sea
Como
Ya que
Sabemos que
Ya que
Más adelante…
En la siguiente entrada hablaremos sobre las simedianas, estas son las reflexiones de la medianas de un triángulo respecto de las bisectrices que pasan por el mismo vértice, con la ayuda de haces armónicos estableceremos algunas propiedades de estas rectas.
Tarea moral
A continuación hay algunos ejercicios para que practiques los conceptos vistos en esta entrada. Te será de mucha utilidad intentarlos para entender más la teoría vista.
- En un triángulo
, , , , los pies de las alturas por , , , respectivamente, , , los excentros opuestos a , , respectivamente, demuestra que , , son concurrentes. Dadas tres rectas concurrentes , , , construye el conjugado armónico de respecto de y , Si , , y , muestra que , , son concurrentes.- Sea
un cuadrilátero convexo, , , , sea la proyección de en , muestra que . - Muestra que las rectas que unen un punto en una circunferencia con los extremos de un cuerda, dividen armónicamente al diámetro perpendicular a dicha cuerda.
- En un triángulo
, es el punto medio de , sea la circunferencia con diámetro , considera , , , y la intersección de las tangentes a en y , muestra que .
Entradas relacionadas
- Ir a Geometría Moderna I.
- Entrada anterior del curso: División armónica.
- Siguiente entrada del curso: Simediana.
- Otros cursos.
Fuentes
- Lozanovski, S., A Beautiful Journey Through Olympiad Geometry. Version 1.4. 2020, pp 159-166.
- Andreescu, T., Korsky, S. y Pohoata, C., Lemmas in Olympiad Geometry. USA: XYZ Press, 2016, pp 149-161.
- Aref, M. y Wernick, W., Problems and Solutions in Euclidean Geometry. New York: Dover, 2010, pp 178-186.
Agradecimientos
Trabajo realizado con el apoyo del Programa UNAM-DGAPA-PAPIME PE104522 «Hacia una modalidad a distancia de la Licenciatura en Matemáticas de la FC-UNAM – Etapa 2»