Introducción
En esta ocasión veremos algunas proposiciones sobre concurrencia de rectas, principalmente el teorema de Ceva y su forma trigonométrica, a partir de los cuales mostraremos otros resultados.
Teorema de Ceva
Definición 1. Si una recta pasa por el vértice de un triángulo, el segmento comprendido entre el vértice y la intersección con el lado opuesto, se llama ceviana.
Teorema 1, de Ceva. Sean
Demostración. Supongamos que
Aplicamos el teorema de Menelao a
Nuevamente, usamos el teorema de Menelao, ahora en
Multiplicamos estas dos igualdades y reordenamos
Simplificamos empleando segmentos dirigidos
Conversamente, supongamos que para las tres cevianas
Sea
Como resultado de esta igualdad y nuestra hipótesis obtenemos
Es decir,
Forma trigonométrica del teorema de Ceva
Forma trigonométrica del teorema de Ceva. Sean
Demostración. Aplicamos el lema de la razón a los puntos
Multiplicamos las tres igualdades
Por el teorema de Ceva,
si y solo si
Por lo tanto,
si y solo si
Conjugados isotómicos
Proposición 1. Sea
Demostración. Como
Ya que
Por lo tanto, por el teorema de Ceva,
Teorema de Blanchet
Definición 2. Si tres cevianas
Teorema 2, de Blanchet. Sea
Demostración. Sean
Como las cevianas
Sustituimos las ecuaciones derivadas de la semejanza
Esto implica que
Como
Por lo tanto,
Teorema del nido de Ceva
Teorema 3. Sean
Demostración. Supongamos que
Aplicamos el lema de la razón a los triángulos
Sean
Por otra parte, como
Por lo tanto,
Por la forma trigonométrica del teorema de Ceva,
Teorema de Jacobi
Teorema 4, de Jacobi. Sean
Demostración. Sean

Como
Por lo tanto,
Igualmente podemos encontrar
Multiplicando estas tres ecuaciones y obtenemos
Lo que significa, por la forma trigonométrica del teorema de Ceva que
Observación. Notemos que el punto de Jacobi es una generalización de los puntos de Fermat que vimos en la unidad 2.
Puntos de Napoleón
Corolario. Sea
Demostración. Como
Por el teorema de Jacobi,
Teorema de Routh
Teorema 5, de Routh. Sean
Demostración. Como
Aplicando el teorema de Menelao en
Como resultado,
Por otro lado,
Por lo tanto,
Igualmente podemos encontrar
Finalmente
Los cálculos de la última ecuación quedan para el lector.
Observación. Notemos que este resultado generaliza el teorema de Ceva pues si
Por el contrario, si
Más adelante…
En la siguiente entrada hablaremos sobre el punto de Nagel, un punto notable del triángulo con varias propiedades interesantes, la existencia de los conjugados isotómicos nos permitirá presentar este punto.
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.
- Empleando el teorema de Menelao, muestra que las medianas, las alturas y las bisectrices internas de todo triángulo son concurrentes.
- Sea
y , ; , ; , , los puntos en que una circunferencia interseca a los lados de , prueba que si , , son concurrentes, entonces , , son concurrentes. - In un triangulo
, , , son los pies de las alturas desde , , , muestra que las perpendiculares desde , , y a , y , respectivamente son concurrentes. - Si las diagonales de un cuadrilátero convexo
se intersecan en muestra que . - Teorema de Kariya. Sea
el incírculo de un triángulo , sean , , los puntos de tangencia de con , y respectivamente, sean una circunferencia con centro en y radio , , , , demuestra que , , son concurrentes.
Entradas relacionadas
- Ir a Geometría Moderna I.
- Entrada anterior del curso: Triángulos en perspectiva.
- Siguiente entrada del curso: Punto de Nagel.
- Otros cursos.
Fuentes
- Andreescu, T., Korsky, S. y Pohoata, C., Lemmas in Olympiad Geometry. USA: XYZ Press, 2016, pp 37-53, 85-93.
- Altshiller, N., College Geometry. New York: Dover, 2007, pp 158-160.
- Posamentier, A. y Salkind, C; Challenging Problems in Geometry. New York: Dover, 1996, pp 36-42.
- Wikipedia
- The University of Georgia
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»