一三角形ABC的两个角的角平分线长度相等,求证此三角形是一个等腰三角形.

题目

一三角形ABC的两个角的角平分线长度相等,求证此三角形是一个等腰三角形.

答案

代数方法：
对角平分线有一个性质,就是它分对边的比等于与这两段相邻的三角形边的边长之比.这可以用正弦定理证,此处从略.
现在我们来求a边上的角分线长度m:
设a被该线分为p,q两段,p,q分别与b,c相连
由上面提到的性质,可知p=ab/(b+c),q=ac/(b+c)
对由m及a构成的一对互补的角,应用余弦定理,有:
(pp+mm-bb)/2pm+(qq+mm-cc)/2qm=0,通分化简可得
(p+q)mm=pcc+qbb-pq(p+q).将p,q带入,并注意p+q=a
化简可得m^2=bc[(b+c)^2-a^2]/(b+c)^2
现在我们让a边b边上的角分线等长,依上面给出的角分线长公式,知
bc*[1-a^2/(b+c)^2]=ac*[1-c^2/(a+c)^2]
移项通分得
(a-b)(a+c)^2*(b+c)^2+aab(a+c)^2-abb(b+c)^2=0 ---(*)
对后面一部分提出ab,将平方展开,得
aab(a+c)^2-abb(b+c)^2
=ab[aaa-bbb+2aac-2bbc+acc-bcc]
=ab(a-b)[aa+ab+bb+2c(a+b)+cc]
代入*式可提出a-b
得(a-b){(a+c)^2*(b+c)^2+ab[aa+ab+bb+2c(a+b)+cc]}=0
后面那一堆里面都是正数,都是正号,所以不可能为0
只有a-b=0,即a=b
同理b=c,故这是等边三角形(题目给的是任意***)
其实从证明过程中可以看到,只要两条角分线等长,就可以断定这是等腰三角形了
几何方法：
这就是著名的斯坦纳--莱默斯定理.1840年,莱默斯[C.L.Lehmus]在给斯图姆[C.Sturm]的一封信中提出的,他请求给出一个纯几何的证明,斯图姆向许多数学家提到此问题.首先回答的是瑞士大几何学家斯坦纳[J.Steiner].后来该定理就以斯坦纳--莱默斯定理定理而闻名于世.在1965年的一篇报道中提到该定理约有60多种证法.下面给出两种证法.
己知 在△ABC中,BE,CF是∠B,∠C的平分线,BE=CF.求证:AB=AC.
证法一 设AB≠AC,不妨设AB>AC,这样∠ACB>∠ABC,从而∠BCF=∠FCE=∠ACB/2>∠ABC/2=∠CBE=∠EBF.
在△BCF和△CBE中,因为BC=BC, BE=CF,∠BCF>∠CBE.
所以 BF>CE. (1)
作平行四边形BEGF,则∠EBF=∠FGC,EG=BF,FG=BE=CF,连CG,
故△FCG为等腰三角形,所以∠FCG=∠FGC.
因为∠FCE>∠FGE,所以∠ECGEG=BF. (2)
显然(1)与(2)是矛盾的,故假设AB≠AC不成立,于是必有AB=AC.
证法二 在△ABC中,假设∠B≥∠C,则可在CF上取一点F',使∠F'BE=∠ECF',这有CF≥CF'.
延长BF'交AC于A',则由∠BA'E=∠CA'F',有ΔA'BE∽ΔA'CF'.
从而A'B/A'C=BE/CF'≥BE/CF=1.
那么在△A'BC中,由A'B≥A'C,得:
∠A'CB≥∠A'BC,即∠C≥(∠B+∠C)/2,故∠B≤∠C.
再由假设∠B≥∠C,即有∠B=∠C.
所以△ABC为等腰三角形.