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全国高中数学联赛 › 核心定理与公式速查字典

FORMULA ANATOMY & THEOREM DICTIONARY · 全景速查

核心定理与公式速查字典

汇聚全站 12 核心模块、57 竞赛专题的 96 条高频核心定理与经典公式。支持按四大支柱分类筛选与即时搜索。

96 条核心公式 平面几何 代数不等式 初等数论 组合数学
共展示 96 条核心定理与公式

托勒密定理(Ptolemy's Theorem)

变量释义与维度空间
圆内接凸四边形
四边形的两条对角线长
四边形依次的四条边长
取等条件 / 核心注记: 等号成立充要条件为四点共圆;非圆内接四边形严格小于(托勒密不等式)。

梅涅劳斯定理(Menelaus' Theorem)

变量释义与维度空间
截线在三角形三边所在直线上的截点
基准三角形
取等条件 / 核心注记: 线段长度均为有向线段比值;三点共线的常用判据。

点关于圆的圆幂公式

变量释义与维度空间
平面内任意点
点 P 到圆心 O 的距离 $|PO|$
圆的半径
取等条件 / 核心注记: 圆外为正,圆上为零,圆内为负;方向相反时有向线段积为负。

根轴垂直连心线性质

变量释义与维度空间
两个相异的基准圆
根轴上的任意动点
取等条件 / 核心注记: 轨迹方程为一次方程,必定垂直于连心线 $O_1O_2$。

塞瓦定理(Ceva's Theorem)

变量释义与维度空间
塞瓦线在对边上的交点
基准三角形
取等条件 / 核心注记: 边元形式适合长度比例;角元形式适合三角角度推导。

欧拉线向量恒等式

变量释义与维度空间
三角形外接圆圆心(原点)
三角形垂心
三角形重心
取等条件 / 核心注记: 垂心与外心向量和定理,直接确立 $H, G, O$ 共线且 $HG:GO = 2:1$。

调和点列牛顿公式

变量释义与维度空间
被分割线段的两个端点
线段 AB 的中点
调和共轭分割点
取等条件 / 核心注记: 是证明线段中点乘积或圆幂相等的常用工具。

极点极线调和共轭恒等式

变量释义与维度空间
圆外极点
割线 AB 与极线的交点
割线与圆的两个交点
取等条件 / 核心注记: 割线与极线交点构成的调和比值为 -1。

鸡爪定理(Factored Incenter/Excenter)

变量释义与维度空间
外接圆弧 BC 的中点
三角形内心
A 对应的旁心
取等条件 / 核心注记: 弧中点到两顶点、内心、旁心四点距离相等。

欧拉外心内心距离公式

变量释义与维度空间
外心到内心的距离
外接圆半径
内切圆半径
取等条件 / 核心注记: 等号成立充要条件为三角形为正三角形。

权方和不等式(伯格斯特龙不等式)

变量释义与维度空间
任意实数
正实数权项
取等条件 / 核心注记: 等号成立充要条件是各比值 $x_i / a_i$ 相等。

柯西-施瓦茨不等式(Cauchy-Schwarz)

变量释义与维度空间
两组实数序列
取等条件 / 核心注记: 取等条件:向量 $(a_1,\dots,a_n)$ 与 $(b_1,\dots,b_n)$ 线性相关。

算术-几何均值不等式 (AM-GM)

变量释义与维度空间
非负实数项
项数
取等条件 / 核心注记: 取等条件当且仅当所有项 $a_1 = a_2 = \dots = a_n$。

比值代换消元模型(abc=1)

变量释义与维度空间
乘积为 1 的正实数
任意正实数自由参数
取等条件 / 核心注记: 代换后自动满足 $abc=1$,将乘积约束化为自由变量代数式。

舒尔不等式经典三元展开式 (r=1)

变量释义与维度空间
非负实数
取等条件 / 核心注记: 处理三次齐次项与两两对称积的重要不等式。

排序不等式核心链

变量释义与维度空间
单调递增的实数序列
序列 b 的任意随机排列
取等条件 / 核心注记: 反序和最小,同序和最大,任意乱序和居于其间。

切线放缩基础不等式

变量释义与维度空间
在定义域内凸的单变量函数
预判的极值取等中心点
取等条件 / 核心注记: 只需作差证明 $(x - x_0)^2 \cdot g(x) \ge 0$ 即可确定全局下界。

SOS 平方和标准分解式

变量释义与维度空间
关于 a, b, c 的对称系数式
正实数变量
取等条件 / 核心注记: 当系数满足 SOS 判定准则($S_a+S_b>0$ 等)时保证全非负;该准则与 Schur 不等式无直接关系。

初等对称多项式三元基底关系

变量释义与维度空间
一次和 $x+y+z$
两两乘积和 $xy+yz+zx$
三项乘积 $xyz$
取等条件 / 核心注记: 高联二试将对称多项式降维为初等基底的核心公式。

柯西函数方程在有理数集上的线性解

变量释义与维度空间
由初值确定的基准常数 $f(1)$
有理数自变量
取等条件 / 核心注记: 若附加连续性、单调性或局部有界性,则解在全体实数 $\mathbb{R}$ 上唯一为 $f(x)=cx$。

贝祖恒等式(Bézout's Identity)

变量释义与维度空间
不全为零的整数
贝祖乘数特解
取等条件 / 核心注记: 互质等价于存在整数组合使得 $ax + by = 1$。

中国剩余定理通解构造公式

变量释义与维度空间
两两互质的模数序列
除去当前模数后的外积 $M / m_i$
逆元项满足 $M_i M_i^{-1} \equiv 1 \pmod{m_i}$
取等条件 / 核心注记: 古典数论最辉煌的构造性定理,将多元同余独立化。

欧拉定理(Euler's Totient Theorem)

变量释义与维度空间
与模数互质的底数
任意正整数模数
欧拉函数值
取等条件 / 核心注记: 当 $m$ 为素数时 $\phi(m)=m-1$,欧拉定理退化为费马小定理。

威尔逊定理(Wilson's Theorem)

变量释义与维度空间
大于 1 的正整数
取等条件 / 核心注记: 初等数论中极为罕见的充要素数判别定理。

佩尔方程通解生成公式

变量释义与维度空间
佩尔方程 $x^2 - dy^2 = 1$ 的基本正整数解
非完全平方正整数
第 n 组正整数解
取等条件 / 核心注记: 基本解可通过连分数展开渐近分数求得;全体正整数解按乘法构成循环群,加上负号后的全体整数解为 $\mathbb{Z}/2 \times \mathbb{Z}$ 型结构。

佩尔解的二阶齐次线性递推关系

变量释义与维度空间
基本解的横坐标
取等条件 / 核心注记: 无需每次展开高次二项式,两步加法递推即出下一组大数解。

欧拉二次剩余判别准则

变量释义与维度空间
与素数 p 互质的整数
奇素数
取等条件 / 核心注记: 值为 1 表示有整数平方解,值为 -1 表示无解。

高斯二次互反律(Quadratic Reciprocity)

变量释义与维度空间
相异的奇素数
取等条件 / 核心注记: 仅当两个素数均形如 $4k+3$ 时互反符号取负,其余情况相等。

奇素数 LTE 升幂引理核心恒等式

变量释义与维度空间
奇素数
满足 $p \mid (a-b)$ 的底数
任意正整数
取等条件 / 核心注记: 二试数论指数型整除最快公式,直接省去繁琐的二项式展开归纳。

偶素数 p=2 偶数次幂 LTE 修正公式

变量释义与维度空间
两奇数(差为偶数)
偶数指数
取等条件 / 核心注记: 注意必须减去常数 1。

狄利克雷强抽屉原理

变量释义与维度空间
分配的元素总数
抽屉容器总数
取等条件 / 核心注记: 反证法:若所有抽屉均小于该值,则总和严格小于 $n$,产生矛盾。

厄多斯-塞克雷斯定理(Erdős–Szekeres)

变量释义与维度空间
单调子序列长度阈值
取等条件 / 核心注记: 组合数学最经典的存在性定理之一,完全基于抽屉原理构造。

多集合容斥原理反演公式

变量释义与维度空间
包含全体样本的全集
具有第 i 种属性的子集合
取等条件 / 核心注记: 奇数个相交取负,偶数个相交取正,正负交错抵消。

全错位排列公式(Derangement)

变量释义与维度空间
排列的元素个数
无任何元素在原位的错排方案数
取等条件 / 核心注记: 极限比值 $D_n / n! \to 1/e \approx 0.367879$。

握手定理(Handshaking Lemma)

变量释义与维度空间
图的全体顶点集合
图的全体边集合
取等条件 / 核心注记: 奇数度顶点的个数必定是偶数,图论存在性证明基石。

树的欧拉示性数公式

变量释义与维度空间
树的节点数
树的边数
取等条件 / 核心注记: 平面图欧拉公式 $V - E + F = 2$ 的无面退化特例。

曼特尔定理(Mantel's Theorem,无三角形极值)

变量释义与维度空间
图的顶点数
图的最大边数
取等条件 / 核心注记: 等号当且仅当图为完全二分图 $K_{\lfloor n/2 \rfloor, \lceil n/2 \rceil}$ 时取得。

拉姆齐数递推上界公式

变量释义与维度空间
目标单色完全子图规模
取等条件 / 核心注记: 由此可推导出二项式上界 $R(k, l) \le \binom{k + l - 2}{k - 1}$。

奇偶同余不变量守恒公理

变量释义与维度空间
第 t 步系统的离散状态
状态特征不变量函数
取等条件 / 核心注记: 证明状态不可达性的重要方法,借助同余与奇偶性排除无效状态。

半不变量有限终止判定定理

变量释义与维度空间
离散非负单调势能函数
取等条件 / 核心注记: 势能严格递减且取整值(或状态空间有限)时,由良序原理保证有限终止;仅"严格递减且有下界"(实值)并不充分。

导数切线放缩核心基础式

变量释义与维度空间
实数自变量
取等条件 / 核心注记: 等号均在 $x=1$(或 $x=0$)处取得,2024压轴导数放缩基础。

解析几何联立与判别式规范

变量释义与维度空间
联立一元二次方程判别式
取等条件 / 核心注记: 阅卷给分点,写出即锁定该题基础步骤分。

对数平均不等式(Logarithmic Mean)

变量释义与维度空间
相异正实数零点
取等条件 / 核心注记: 极值点偏移常用放缩工具,架起对数差与算术几何均值的桥梁。

阿基米德抛物线三角形面积公式

变量释义与维度空间
抛物线弦两端点纵坐标
抛物线焦准距
取等条件 / 核心注记: 切线交点与弦端点构成的极值三角形面积标准式。

双曲线离心率与渐近线倾角恒等式

变量释义与维度空间
双曲线离心率
渐近线与实轴夹角
取等条件 / 核心注记: 渐近线夹角决定离心率,离心率决定双曲线张角。

空间法向量二面角余弦公式

变量释义与维度空间
两平面的法向量
二面角的平面角
取等条件 / 核心注记: 必须配合几何图形观察钝角还是锐角确定正负号。

对棱相等四面体外接球表面积公式

变量释义与维度空间
四面体三组相等的对棱长
外接球的表面积
取等条件 / 核心注记: 长方体面对角线平方和直接除以 2 再乘圆周率 $\pi$。

抛物线焦点弦倒数和恒等式

变量释义与维度空间
焦半径长度
抛物线焦准距
取等条件 / 核心注记: 完全与弦的倾斜角无关的定值恒等式。

正弦线性下界(上凸弦长估计)

变量释义与维度空间
区间 $[0,\pi/2]$ 内的角
取等条件 / 核心注记: 2025 一试第 11 题关键放缩:$\sin x$ 上凸,其图象在连接 $(0,0)$ 与 $(\pi/2,1)$ 的弦上方。

抛物线参数方程与焦点弦

变量释义与维度空间
参数(坐标之半)
取等条件 / 核心注记: 2025 一试第 9 题以参数式将中点与点积条件代数化。

二试几何复数单位圆垂心恒等式

变量释义与维度空间
外接单位圆上三角形三顶点的复数坐标
取等条件 / 核心注记: 二试复数坐标法的代数恒等关系。

内切圆割线调和四元组经典比例

变量释义与维度空间
切点弦 EF 与底边 BC 的交点
内切圆在 BC 上的切点
取等条件 / 核心注记: 内切圆切点弦与底边相交必产生经典调和点列比。

二试代数反向 AM-GM 放缩核心恒等式

变量释义与维度空间
代数不等式中的正实数项
取等条件 / 核心注记: 巧妙翻转分母不等式方向,将求和下界转化为求和上界。

复数坐标下的三点共线判别

变量释义与维度空间
三点的复数坐标
取等条件 / 核心注记: 利用复数坐标证明三点共线的充要条件。

代数分式权方和与柯西结构

变量释义与维度空间
代数分式的分子与分母
取等条件 / 核心注记: 二试代数题出现频率最高的分式化简结构。

局部切线作差完全平方特征

变量释义与维度空间
商多项式函数
取等条件 / 核心注记: 必含二重零点 $(x-x_0)^2$,只需证明 $g(x) \ge 0$。

奇素数 LTE 升幂定理标准形式

变量释义与维度空间
$m$ 的 $p$-进赋值(质因子 $p$ 的最高幂次)
奇素数
取等条件 / 核心注记: 处理指数型丢番图方程与整除性问题的有效工具;使用前须完整陈述前置条件。

最小素因子阶的整除矛盾引理

变量释义与维度空间
$n$ 的最小素因子
待研究的合成数
取等条件 / 核心注记: 结合费马小定理与同余阶,利用 $\text{ord}_p(a) \mid \gcd(p-1, n)$ 导出关键结论。

组合双向计数关联恒等式

变量释义与维度空间
子集族中的第 $i$ 个集合
元素 $x$ 所属于的集合个数(度数)
取等条件 / 核心注记: 二试组合算两次大题的标准推导起点。

势能半不变量有限步终止判据

变量释义与维度空间
第 $t$ 次操作后的系统势能
最大操作终止步数
取等条件 / 核心注记: 证明博弈与动态变换必在有限步内终止,需要"单调递减 + 取值离散(或状态有限)"双条件。

删除一位数恒等式

变量释义与维度空间
被删数码的位权
被删数码的值
被删位上方的整数
取等条件 / 核心注记: 2025 二试第 3 题的关键翻译:$n\mid N$ 与 $n\mid N'$ 推出 $n\mid 10^p(9A+i)$。

约数交集即 gcd 的约数集

变量释义与维度空间
$N$ 的正约数集合
取等条件 / 核心注记: 2025 二试第 4 题:公共约数个数即 $\tau(\gcd)$,配合指数向量商公式化为数论极值。

双对称轴周期公式

变量释义与维度空间
第一条对称轴横坐标
第二条对称轴横坐标
函数的基本正周期
取等条件 / 核心注记: 若一个对称轴和一个对称中心,则最小正周期扩大为 4 倍距离。

分式线性不动点比值恒等式

变量释义与维度空间
方程 cx^2 + (d-a)x - b = 0 的两相异不动点
递推数列第 n 项
取等条件 / 核心注记: 若只有单重不动点,则倒数差为等差数列。

牛顿和递推关系式

变量释义与维度空间
多项式全部根的 k 次方和 $\sum$ x_i^k
多项式展开系数
取等条件 / 核心注记: 用于在 1 分钟内算出方程根的 4 次方、5 次方和,无需真正解方程。

二次分式判别式判根不等式

变量释义与维度空间
分式函数的目标值
分子分母二次多项式系数
取等条件 / 核心注记: 解关于 y 的一元二次不等式直接获得值域区间。

正三角形复数充要条件

变量释义与维度空间
平面三顶点对应的复数
取等条件 / 核心注记: 由 (c - a) = (b - a) e^{±i π/3} 两边平方化简所得。

辅助角公式

变量释义与维度空间
线性组合系数
辅助角相位
取等条件 / 核心注记: 最大值为 $\sqrt{a^2+b^2}$,最小值为 -$\sqrt{a^2+b^2}$。

海伦公式 (Heron's Formula)

变量释义与维度空间
三角形三边长
半周长 (a+b+c)/2
三角形面积
取等条件 / 核心注记: 已知三边长求面积最快公式,由 $S = abc/(4R)$ 可直接得出外接圆半径 R = abc / (4S)。

几何极化恒等式

变量释义与维度空间
线段 BC 的中点
平面内任意动点
动点 P 到中点 M 的欧氏距离
取等条件 / 核心注记: 求向量点积的最大/最小值直接等价于求动点 P 到定中点 M 的最大/最小距离平方。

奔驰定理

变量释义与维度空间
点 P 与对边围成的三角形面积
点 P 指向三顶点的向量
取等条件 / 核心注记: 系数直接反映三个子三角形的面积比值。

垂心与外心向量和恒等式

变量释义与维度空间
外接圆圆心 (外心)
三高交点 (垂心)
取等条件 / 核心注记: 结合重心公式 $\vec{OG}$ = ($\vec{OA}$+$\vec{OB}$+$\vec{OC}$)/3,导出 $\vec{OH}$ = 3$\vec{OG}$。

斐波那契数列比内通项公式

变量释义与维度空间
斐波那契数列第 n 项
黄金比约为 1.618
取等条件 / 核心注记: 由特征方程 λ² - λ - 1 = 0 的两共轭特征根线性叠加求得。

阿贝尔分部求和公式

变量释义与维度空间
任意两离散实数数列
数列 a_k 的前 k 项部分和
取等条件 / 核心注记: 离散世界里的分部积分公式,拆解复合积式求和。

调和与平方根双向夹逼放缩

变量释义与维度空间
正整数自变量
取等条件 / 核心注记: 由 1/√n = 2/(√n + √n) < 2/(√n + √(n-1)) 有理化直接导出。

皮萨诺周期模关系

变量释义与维度空间
整系数递推数列第 n 项
正整数模数
模 m 的皮萨诺周期
取等条件 / 核心注记: 鸽巢原理:两项余数对 (a_n mod m, a_{n+1} mod m) 至多 m² 种,必出现重复形成循环。

焦点弦倒数和恒等式

变量释义与维度空间
焦点弦被焦点分割的两段焦半径长
圆锥曲线半通径长(焦准距乘以 $e$)
椭圆/双曲线的半长轴与半短轴
取等条件 / 核心注记: 对椭圆、双曲线(同枝焦点弦)与抛物线均成立,与倾斜角无关;$p$ 为半通径(椭圆、双曲线 $p = b^2/a$;抛物线 $y^2 = 2px$ 中 $p$ 即参数)。注意:双曲线过焦点而穿过两枝的弦不满足此式(该情形须分端计算)。

抛物线焦点弦长公式

变量释义与维度空间
弦端点横坐标
焦点弦倾斜角($\theta \neq 0$)
抛物线焦准距
取等条件 / 核心注记: 当 $\theta = 90^\circ$ 时取得最小弦长即通径 $2p$。

椭圆中点弦斜率乘积公式

变量释义与维度空间
弦 AB 的斜率
原点与弦中点连线的斜率 $y_0/x_0$
椭圆长半轴与短半轴
取等条件 / 核心注记: 对于双曲线公式变为 $k_{AB} \cdot k_{OM} = \frac{b^2}{a^2}$;两斜率符号相反必互为共轭方向。

直线截圆锥曲线弦长公式

变量释义与维度空间
直线斜率(若用横坐标形式)
联立一元二次方程判别式 $B^2 - 4AC$
二次项系数
取等条件 / 核心注记: 采用 $x = my + t$ 形式时对应 $|AB| = \sqrt{1 + m^2}\frac{\sqrt{\Delta}}{|A|}$。

椭圆参数方程

变量释义与维度空间
椭圆半长轴与半短轴
椭圆离心角(辅助圆极角)
取等条件 / 核心注记: 任意点在椭圆上等价于存在唯一离心角 $\theta$ 满足此方程。

抛物线单参数方程与弦斜率

变量释义与维度空间
端点参数值
抛物线焦准距
取等条件 / 核心注记: 参数化消灭根号,极大简化高阶交点计算。

椭圆极点与极线对偶方程

变量释义与维度空间
极点坐标(可在椭圆内、上、外)
椭圆半轴长
取等条件 / 核心注记: 极点在椭圆上即为切线;极点在椭圆外即为切点弦;极点在无穷远即为直径方向。

顶点斜率积恒等式

变量释义与维度空间
对称顶点 $(\pm a, 0)$
曲线上任意非顶点动点
取等条件 / 核心注记: 可作为小题速解公式,解答题需完整书写坐标推导过程。

三垂线定理与逆定理

变量释义与维度空间
平面 $\alpha$ 的垂线段
斜线 $PA$ 在平面 $\alpha$ 内的射影
平面 $\alpha$ 内的任意直线
取等条件 / 核心注记: 射影垂直等价于斜线垂直,是构造空间直角三角形二面角的基础。

异面直线上两点间距离公式

变量释义与维度空间
两异面直线的公垂线段长
两点分别到公垂线垂足的距离
两异面直线所成的角
取等条件 / 核心注记: 其中 $l$ 为公垂线段长,$\theta$ 为两直线所成角($0 < \theta \le 90^\circ$),$\pm$ 号对应两垂足在公垂线同侧(取 $-$)或异侧(取 $+$)。

点到平面距离公式

变量释义与维度空间
从面内任意已知点 A 指向点 P 的向量
平面的任意非零法向量
取等条件 / 核心注记: 本质是向量在法向量方向上的标量投影绝对值。

二面角与法向量夹角公式

变量释义与维度空间
两半平面的法向量
二面角平面角
取等条件 / 核心注记: 钝锐判定:结合立体几何直观观察图形是锐二面角还是钝二面角以确定正负号。

对棱相等四面体外接球半径公式

变量释义与维度空间
四面体三组相等的对棱长
四面体外接球半径
取等条件 / 核心注记: 利用长方体对角线公式将对棱长平方和开方除以 $2\sqrt{2}$ 即可得出外接球半径。

多面体内切球半径公式

变量释义与维度空间
多面体的总体积
多面体所有表面积之和
取等条件 / 核心注记: 等体积分解法,适用于任意存在内切球的空间凸多面体。

欧几里得最大公约数恒等式

变量释义与维度空间
底数整数($a \ge 2$)
两指数项
取等条件 / 核心注记: 数论竞赛经典常考公式,化大指数公约数为指数的欧几里得辗转相除。

平方数模 4 与模 8 特征

变量释义与维度空间
任意整数
取等条件 / 核心注记: 奇数的平方模 8 恒余 1;偶数的平方模 8 只能余 0 或 4。

勒让德公式(阶乘素因子计数)

变量释义与维度空间
阶乘数
质因子基数
整数 $n$ 在 $p$ 进制展开下的各位数字之和
取等条件 / 核心注记: 可直接使用 $p$ 进制数字和快速计算,无需逐层累加除法。

埃尔米特恒等式

变量释义与维度空间
任意实数
等分区间整数
取等条件 / 核心注记: 高斯取整函数最重要的分析恒等式之一。

隔板法非负整数解公式

变量释义与维度空间
分配的相同元素总数
不同的盒子/变量个数
取等条件 / 核心注记: 相当于求方程 $x_1 + x_2 + \dots + x_m = n$ 的非负整数解个数。

二项式加权求和恒等式

变量释义与维度空间
二项式次数
求和指标项
取等条件 / 核心注记: 对 $(1+x)^n$ 关于 $x$ 求导后令 $x=1$ 得出的著名恒等式。