命题III.8
圆外的一点向圆引线段,其中的一条穿过圆心,其余是任意线。那么在凹圆弧上的连线中,穿过圆心的线段最长,其余的线段中,离这条线段越近则越长;在与圆凸面的连线中,该点与直径之间的线段最短,其余的线段离这条线段越近则越短;且从这一点到圆周上的连线中,只有两条线段相等,它们分别位于最短的线段两侧。
设:ABC为圆,D为圆外的一点,从D点连接DA、DE、DF、DC,使DA穿过圆心。
求证:在凹圆弧AEFC各点与D构成的线段中,穿过圆心的DA线段最长,DE大于DF,DF大于DC;在凸圆弧HLKG各点与D构成的线段中DG最短,越靠近DG的线段越短。即DK小于DL,DL小于DH。
令:圆ABC的圆心为M,连接ME、MF、MC、MK、ML和MH(命题III.1)。
那么因为:AM等于EM,令它们各边加上MD。
于是:AD等于EM与MD的和。
又因为EM与MD的和大于ED,所以:AD也大于ED(命题I.20)。
又因为ME等于MF,MD又是公共边,所以:EM与MD的和等于FM与MD的和。
又因为∠EMD大于∠FMD,所以:第三边ED大于第三边FD(命题I.24)。同样,我们可以证明FD大于CD。所以:DA就为最大,DE大于DF,而DF大于DC。
又因为MK与KD的和大于MD,而MG等于MK,于是,余数KD大于余数GD。所以:GD小于KD(命题I.20)。
又因为:在MD上的三角形MLD,两条线段MK、KD交于三角形内。
所以:MK、KD的和小于ML、LD的和。
又,MK等于ML。
所以:余数DK小于余数DL(命题I.21)。
同样,我们可以这么认为,DL也小于DH。所以:DG为最小,DK小于DL,DL小于DH。
进一步说:从D点到圆只有两条相等的线段,它们位于DG线的两侧。
令:在线段MD上的M点,作∠DMB等于∠KMD,连接DB(命题I.23)。
那么因为MK等于MB,MD是公共边。所以:KM、MD两边等于对应的BM、MD两边,且∠KMD等于∠BMD。所以:第三边DK等于第三边DB(命题I.4)。
进一步说:从D点不可能有另一条到圆的线段等于DK。
假设:这是可能的。假定这条线段是DN,于是DK等于DN。DK等于DB,DB也等于DN,即是说,离最短线段DG越近的线段等于离它越远的线段,这是不可能的;
所以:从D点到圆ABC没有第二条线能够位于最短的DG的一侧。
所以:圆外的一点向圆引线段,其中的一条穿过圆心,其余是任意线。那么在凹圆弧上的连线中,穿过圆心的线段最长,其余的线段中,离这条线段越近则越长;在与圆凸面的连线中,该点与直径之间的线段最短,其余的线段离这条线段越近则越短;且从这一点到圆周上的连线中,只有两条线段相等,它们分别位于最短的线段两侧。
证完
注解
这一命题的陈述比前一命题更加复杂。这一命题处理从圆外的某一点D到圆周上的距离。如果直径AG的延长线过D,那么,它的一个终点G是在圆周上并最接近D,且另一点A是最远的一点。因为一个点从A到D沿圆周旅行,尽量靠近D。欧几里得认为圆周分为两个部分,凸起的部分是靠D点近的,同时凹的部分是圆的边较远的部分。最后的陈述是,如果K是圆周上的一个点,那么圆周上有一个正确的点B到D的距离相等(当然K既不是G也不是A,这只是一种假定)。
注意:这一命题的证明同前一命题一样,也有一个逻辑漏洞。后来的许多数学家补充过该漏洞。
这一命题在《原本》中的其他地方再没有被利用过。