Brocard(ブロカール)


[定義]
△ABCにおいて、
ΩAB=∠ΩBC=∠ΩCA(=ω )を満たす点Ω第1ブロカール点(ブロカール正点)といい、
Ω
'AC=∠Ω'CB=∠Ω'BA(=ω' )を満たす点Ω'第2ブロカール点(ブロカール負点)という。

 


[定理1]
△ABCにおいて、次の3つの円は1点で交わる。
2点A, B を通り、BにおいてBCに接する円C1,
2点B, C を通り、CにおいてCAに接する円C2,
2点C, A を通り、AにおいてABに接する円C3



[証明]
円C1と円C2の交点のうちBでない方をPとすると、接弦定理より、

∠PBC=∠PAB
∠PCA=∠PBC

よって、∠PAB=∠PCAであるから、接弦定理の逆よりPは円C3上にある。
ゆえに、3円C1, C2, C3 は1点Pで交わる。


[定理2]
第1ブロカール点Ωは、∠ΩAB=∠ΩBC=∠ΩCA を満たす唯一の点である。

[証明]
任意の点Ωが∠ΩAB=∠ΩBC を満たすならば、接弦定理の逆より、
Ωは、2点A, B を通り、BにおいてBCに接する円の円周上にある。

同様に、
Ωが∠ΩBC=∠ΩCA を満たすならば、
Ωは、2点B, C を通り、CにおいてCAに接する円の円周上にある。

よって、この2円の交点、つまり定理1における3円の交点Pが
ΩAB=∠ΩBC=∠ΩCA を満たす唯一の点Ωとなる。

[系]
第2ブロカール点Ω' は、∠Ω'AC=∠Ω'CB=∠Ω'BA を満たす唯一の点である。


[定理3]
第1ブロカール点と第2ブロカール点は等角共役点である。



[証明]
Ωの等角共役点をPとすると、

ΩAB=∠PAC
ΩBC=∠PBA
ΩCA=∠PCB

であるから、∠PAC=∠PBA=∠PCB=ω となる。
よって、PはΩ
' と一致する。

[系]
ω=ω
' である。
この等しい角ωを
ブロカール角という。


[定理4]


[証明]


[定理5]
ω≦30°



[証明]


[定理6]
AΩ, BΩ, CΩの延長線と△ABC の外接円の交点をA
', B', C' とすると、
△ABCの第1ブロカール点と△A
'B'C' の第2ブロカール点は一致する。

 

[証明]
円周角の定理より

∠BAB
'=∠BC'B'=ω
∠CBC
'=∠CA'C'=ω
∠ACA
'=∠AB'A'=ω

よって、△ABC の第1ブロカール点と△A'B'C' の第2ブロカール点は一致する。

[系]
補助定理2により△ABC ≡ △A
'B'C' となる。


[定理7]
△ABCの外心をOとすれば、ΩO=Ω
'O かつ∠ΩOΩ'=2ω となる。




[証明]
定理6 の図において、外心をOとすると
△ABC ≡ △A'B'C', ∠AOA
'=2∠ACA'=2ω より、△ABCはOを中心とする2ω の回転により△A'B'C' と重なるから、
ΩO=Ω
'O かつ∠ΩOΩ'=2ω となる。


[定理8]
第1ブロカール点と第2ブロカール点の垂足三角形は合同で、かつ△ABC と相似である。



[証明]
□AFΩEは円に内接するから
ΩEF=∠ΩAF=ω

□CDΩEは円に内接するから
ΩED=∠ΩCD=∠C−ω

よって、∠DEF=∠ΩEF+∠ΩED=∠C
同様にして∠EFD=∠A

よって、△DEF∽△ABC

△D
'E'F'に関しても同様に
∠D
'E'F'=∠A, ∠E'F'D'=∠B より △D'E'F'∽△ABC

よって、△DEF∽△D
'E'F'

ここで、Ω, Ω
' は等角共役点より、△DEF と△D'E'F' は外接円を共有し、
補助定理2より△DEF ≡ △D
'E'F'となる。


[定理9]





[証明]


[系]


[補助定理1]


[証明]


[補助定理2]
外接円を共有する2つの相似な三角形は合同である。



[証明]
△ABC∽△A
'B'C' とし、共通の外接円の半径をRとすると、
正弦定理より、BC=2RsinA, B
'C'=2RsinA'
よって、BC=B
'C'。 ゆえに、△ABC ≡ △A'B'C' となる。