證明
1.證明:由內心和旁心的定義可知∠IBC=∠ABC/2,∠JBC=(180°-∠ABC)/2
∴∠IBC+∠JBC=∠ABC/2+90°-∠ABC/2=90°=∠IBJ
同理,∠ICJ=90°
∵∠IBJ+∠ICJ=180°
∴IBJC四點共圓,且IJ為圓的直徑
∵AK平分∠BAC
∴KB=KC(相等的圓周角所對的弦相等)
又∵∠IBK=∠IBC+∠KBC=∠ABC/2+∠KAC=∠ABI+∠BAK=∠KIB
∴KB=KI
∵IBJC四點共圓 且 KB=KI=KC
∴點K是四邊形IBJC的外接圓的圓心(只有圓心滿足與圓周上超過三個以上的點的距離相等)
∴KB=KI=KJ=KC
2.證明:∵E為內心,∴BE平分∠ABC,∴∠2=0.5∠ABC,
∵F為旁心,∴BF平分∠MBC,∴∠CBF=0.5∠MBC
∴∠1+∠CBF=0.5(∠ABC+∠MBC)=0.5×180o=90o,
∴∠EBF=90o,同理:∠ECF=90度,
∴∠EBF+∠ECF=180o, E、B、F、C四點共圓。
∵AD平分∠BAC,且B,D,C三點在△ABC外接圓上,∴DB=DC。①
∵∠6=∠1+∠3,∵∠3=∠4=∠5,∴∠6=∠1+∠5,∵∠1=∠2
∴∠6=∠2+∠5,∴DE=DB。比較①得:DB=DC=DE;
∵E、B、F、C四點共圓,∴D為E、B、F、C四點外接圓的圓心,
∴DB=DC=DE=DF,定理得證。
逆定理
設△ABC中∠BAC的平分線交△ABC的外接圓於K。在AK及延長線上截取KI=KB=KJ,其中I在△ABC的內部,J在△ABC的外部。則點I是△ABC的內心,點J是△ABC的旁心。
證明:利用同一法可輕鬆證明該定理的逆定理。
取△ABC的內心I'和旁心J‘,根據定理有KB=KC=KI'=KJ'
又∵KB=KI=KJ
∴I和I'重合,J和J’重合
即I和J分別是內心和旁心