这个结果事实上是圆锥曲线的一条几何性质
等轴双曲线所接三角形的九点圆通过该双曲线中心。
与之有关的另一条性质是
等轴双曲线所接三角形的垂心位于该双曲线上。
由于前一个可以由后一个推出,这里只证明第二个。如图所示, 接于等轴双曲线, 是其垂心, 交 于 交 于 同时,记双曲线的两个无穷远点[1]分别为
作 交于 交于 [2]由于 平行于同一条渐近线, 平行于另一条渐近线,而等轴双曲线的渐近线是互相垂直的,因此, 这表明 与 共圆,而 与 共圆。同时,不难看出 [3]于是就有 所以 共线。但这不是别的,它们正是六点形 三组对边的交点,于是依 定理之逆,这六点形的顶点共于同一条圆锥曲线,质言之, 位于这双曲线上,定理因而得证。
估算一个上界。思路是每一轮都寻求一条最短线段,将当前包含天使的多边形,按面积等分成两个新的子多边形。再假设天使的运气足够好,每次都瞬移到等分效率较低的子多边形。
直观看出,取平行于正三角形一条边的线段来等分其面积,等分效率最高。令此线段长度 ,三角形边长 ,则:
这样,初始正三角形被分成一个新的小正三角形和一个等腰梯形,易见等腰梯形的等分效率远高于新的小正三角形,于是根据假设,天使将瞬移到新的小正三角形当中。如此循环,至于无穷,天使将被锁定在初始正三角形的一个顶点。计算魔鬼走过的耗时路程:
记魔鬼速度 ,则捉住天使的时间:
这个题目如此离散,不借助于数值离散优化不易得到全局最优解,建议大家来改进这个上界吧。
按照 @yyx 说的圆弧线等分正三角形以及后续的扇形,上界可以改进为: