Kolmion piirretyt ja excircles

Kolmioon piirretty ympyrä on ympyrä kolmion  sisällä , joka tangentti sen kaikkia sivuja; suurin ympyrä , joka voi olla kolmion sisällä. Tämän ympyrän keskipiste on kolmion puolittajien leikkauspiste ja sitä kutsutaan kolmion keskipisteeksi.

Kolmion ulkoympyrä on ympyrä, joka sijaitsee kolmion ulkopuolella ja koskettaa kolmion toista sivua ja kahden muun sivun laajennusta . Jokaisella kolmiolla on kolme erillistä ulkopiiriä, joista kukin tangentti kolmion eri puolella. Excirclen keskipiste on yhden sisäkulman puolittajan ja kahden muun ulkoisen kulman puolittajien en] leikkauspiste . Koska sisäkulman puolittaja on kohtisuorassa viereisen ulkokulman puolittajaan nähden, piirretyn ympyrän keskipiste yhdessä kolmen ulkoympyrän keskipisteen kanssa muodostaa ortosentrisen järjestelmän [1] .

Kaikissa polygoneissa, joissa on enemmän kuin kolme sivua, ei ole piirrettyä ympyrää. Niitä, joilla on, kutsutaan kuvattuiksi .

Suhde kolmion pinta-alaan

Piirrettyjen ja ulkoisten ympyröiden säteet liittyvät läheisesti kolmion pinta -alaan. [2]

Piirretty ympyrä

Olkoon on piirretty ympyrä, jonka säde on r ja jonka keskusta on I . Olkoon a :n BC :  n pituus  , b : n AC :n pituus ja c :n AB:  n pituus . Kun piirretty ympyrä koskettaa AB :tä jossain pisteessä C′ , niin se on suora. Tällöin säde C'I on kolmion korkeus . Siten sen kanta on pituudeltaan c ja korkeudeltaan r , ja siksi sen pinta-ala on yhtä suuri kuin . Samoin on alue ja on alue . Koska nämä kolme kolmiota jakautuvat , saamme sen

missä  on alue ja  sen puolikehä .

Jos haluat saada vaihtoehtoisen kaavan, harkitse . Tämä on suorakulmainen kolmio, jossa yksi jaloista on yhtä suuri kuin r ja toinen on yhtä suuri kuin . Sama pätee . Koko kolmio koostuu 6 tällaisesta kolmiosta, ja kokonaispinta-ala on:

Excircles

Olkoon sivun AB excircle tangentti koskettaa sivun AC jatketta pisteessä G ja olkoon tämän ympyrän säde ja sen keskipiste . Sitten on kolmion korkeus , niin myös pinta- ala . Samoista syistä sillä on alue , mutta sillä on alue . Sitten

.

Joten symmetrian takia

.

Kosinusten lain mukaan saamme

Yhdistämällä tämä identiteettiin saamme

Mutta , niin

ja tämä on Heronin kaava kolmion pinta-alan laskemiseksi sen sivuilla.

Yhdistämällä Heronin kaavan kanssa , saadaan

.

Samoin se antaa

.

Näistä kaavoista voidaan nähdä, että ulkoiset ympyrät ovat aina suurempia kuin piirretty ja suurin ympyrä vastaa pisintä sivua ja pienin piirreistä pienintä sivua. Kaavojen lisäyhdistelmä johtaa: [3]

Piirretyn ympyrän pinta-alan suhde kolmion pinta-alaan on pienempi tai yhtä suuri kuin , ja tasa-arvo saavutetaan vain säännöllisissä kolmioissa . [neljä]

Aiheeseen liittyvät koontiversiot

Yhdeksän pisteen ympyrä ja Feuerbachin piste

Kolmio ja Gergonnen piste

Gergonnen kolmio (kolmiolle ABC ) määritellään piirretyn ympyrän kolmella kosketuspisteellä kolmella sivulla. Nämä kärjet merkitään T A :lla jne. Piste T A on vastapäätä kärkeä A .

Tämä Gergonnen kolmio T A T B T C tunnetaan myös kolmion ABC tangenttikolmiona .

Kolme suoraa AT A , BT B ja CT C leikkaavat yhdessä pisteessä - Gergonnen pisteessä ja niitä merkitään Ge  - X(7) . Gergonnen piste sijaitsee avoimen ortosentiroidisen ympyrän sisällä , jonka keskipiste on puhjennut. [6]

Mielenkiintoista on, että kolmion Gergonnen piste on Gergonnen kolmion symmediaanien leikkauspiste. Täydellinen joukko Gergonnen pisteominaisuuksia löytyy Dekovin paperista. [7]

Tangenttikolmion kärkien kolmiviivaiset koordinaatit on annettu kaavoilla

Gergonnen pisteen kolmiviivaiset koordinaatit

,

tai vastaavasti sinilauseella ,

.

Gergonnen piste on Nagelin pisteen isotominen konjugaatio .

Kolmio ja Nagel- piste

Kolmion ABC Nagelin kolmio (katso kuva yllä) määritellään kärjeillä T A , T B ja T C , jotka ovat kolmion ABC ulkopiirien kosketuspisteitä ja piste X A on vastapäätä sivua A jne. Kuvattu noin kolmio T A T B T C Ympyrää kutsutaan Mandart-ympyräksi ( Mandartin ellipsin erikoistapaus ). Kolme suoraa AT A , BT B ja CT C puolittaa kehän ja leikkaa yhdessä Nagel-pisteessä Na  - X(8) .

Kolmion ulkoisten piirteiden tangenttipisteiden kolmiviivaiset koordinaatit saadaan kaavoilla

Nagel-pisteen kolmiviivaiset koordinaatit on annettu kaavoilla

,

tai vastaavasti sinilauseella ,

.

Nagel-piste on Gergonnen pisteen isotominen konjugaatio .

Kirjattujen kolmioiden kolmiviivaiset koordinaatit

Puolittajien kantojen muodostaman kolmion kärkien kolmiviivaiset koordinaatit saadaan kaavoilla

Kolmion kolmion kolmion koordinaatit, jotka muodostuvat ulkoisten ympyröiden sivujen kosketuspisteistä, saadaan kaavoilla

Ympyräyhtälöt

Olkoon x : y : z pisteen kolmiviivaiset koordinaatit ja olkoon u = cos 2 (A/2) , v = cos 2 (B/2) , w = cos 2 (C/2) . Yllä kuvatut neljä ympyrää voidaan määritellä jommallakummalla kahdesta tavasta: [8]

Muut piirretyn ympyrän ominaisuudet

Jotkut kaavat, joissa on piirretyn ympyrän säde

ja kolmion pinta-ala on

Kaavat etäisyyksille piirretyn tai ulkoisen ympyrän keskipisteeseen

Eulerin lause

Eulerin lause sanoo, että kolmiossa: [10]

missä R ja r in ovat rajattujen ja piirrettyjen ympyröiden säteet, vastaavasti, ja d  on näiden ympyröiden keskipisteiden välinen etäisyys.

Excirclesille yhtälö näyttää tältä:

missä r ex  on yhden ulkoympyrän säde ja d  on ympyrän ja ulkopiirin keskipisteiden välinen etäisyys. [15] [16] [17]

Neliöllinen etäisyys piirretyn ympyrän I keskipisteestä rajatun ympyrän O keskipisteeseen saadaan yhtälöstä [18]

Samoin toiselle kaavalle:

Muut kaavat etäisyyksille piirretyn tai ulkoisen ympyrän keskipisteestä


ja [21]

.

Muut excircles-ominaisuudet

missä J A J B ,J C  ovat ulkopiirien keskipisteitä. [kymmenen]

Apolloniuksen ympärysmitta

Apolloniuksen ympyrän määritelmä

Olkoon kolmio ABC annettu . Olkoon kolmion ABC excircles pisteitä A , B ja C vastapäätä E A , E B , E C (ks. kuva) . Sitten Apolloniuksen ympyrä E (esitetty vihreällä oikealla olevassa kuvassa) koskettaa sisäisesti kolmea kolmion ABC ulkopiiriä pisteissä E A , E B ja E C (katso kuva). [23] .

Apolloniuksen ympyrän säde

Apolloniuksen ympyrän säde on , jossa r  on piirretyn ympyrän säde ja s  on kolmion puolikehä. [24]

Apollonius-pisteen Ap määritelmä

Olkoot A' , B' ja C' Apolloniuksen ympyrän E tangentsipisteet vastaavine excircles-lauseineen. Sitten suorat AA' , BB' ja CC' leikkaavat yhdessä pisteessä Ap , jota kutsutaan kolmion ABC Apolloniuksen pisteeksi .

Isogonaalinen konjugaatio

Isogonaalisessa konjugaatiossa on täsmälleen neljä kiinteää pistettä (eli pistettä, jotka ovat konjugoituneet itseensä): piirretyn ympyrän keskipiste ja kolmion ulkoisten ympyröiden keskipisteet. [25]

Kolmion ortokeskiö on isogonaalisesti konjugoitu tämän kolmion rajatun ympyrän keskipisteeseen. [25]

Yleistys muihin polygoneihin

Katso myös

Muistiinpanot

  1. 1 2 Roger A. Johnson. Kehittynyt euklidinen geometria . - Dover, 2007 (alkuperäinen - 1929) .. - s.  189 , #298(d).
  2. HSM Coxeter. Johdatus geometriaan . - 2. - Wiley, 1961 ..
  3. Marcus Baker. Kokoelma kaavoja tasokolmion pinta-alalle. - Tammikuu 1885. - T. osa 1, voi. 1(6) . - S. 134-138 . . Katso myös osan 2 osa. 2(1), syyskuu 1885, 11-18.)
  4. D. Minda, S. Phelps. Kolmiot, ellipsit ja kuutiopolynomit // American Mathematical Monthly . - Lokakuu 2008. - Numero. 115 . — P. 679-689: Lause 4.1. .
  5. S. I. Zetel. Uusi kolmion geometria. - Moskova: UCHPEDGIZ, 1962. - S. 52-53 Luku III.
  6. Christopher J. Bradley, Geoff C. Smith. Kolmion keskipisteiden sijainnit // Forum Geometricorum. - 2006. - Ongelma. 6 . - S. 57-70. .
  7. Deko Dekov. Tietokoneella luotu matematiikka : Gergonnen piste // Journal of Computer-generated Euclidean Geometry. - 2009. - T. 1 . – s. 1–14. . Arkistoitu alkuperäisestä 5. marraskuuta 2010.
  8. William Allen Whitworth. Trilineaariset koordinaatit ja muut kaksiulotteisen modernin analyyttisen geometrian menetelmät. - 2012. - S. 210-215. - (Unohdetut kirjat).
  9. Alfred S. Posamentier, Ingmar Lehmann. Kolmioiden salaisuudet. - Prometheus Books, 2012. - s. 289.
  10. 1 2 3 4 A. D. Kulanin, S. N. Fedin. Kolmion geometria tehtävissä. - M . : Kirjatalo "LIBROKOM", 2009. - ISBN 978-5-397-00786-3 .
  11. Thomas Chu. Pentagon. - Kevät, 2005. - S. 45, tehtävä 584 ..
  12. 1 2 3 4 Amy Bell. Hansenin suorakulmainen kolmiolause, sen käänne ja yleistys // Forum Geometricorum. - 2006. - Ongelma. 6 . — S. 335–342 .
  13. Dimitrios Kodokostas. Kolmion taajuuskorjaimet // Mathematics Magazine. - 2010. - Ongelma. 83, huhtikuu . - S. 141-146. .
  14. 1 2 Myakishev, 2002 , s. 11, kohta 5.
  15. Roger Nelson. Eulerin kolmion epäyhtälö todistamalla ilman sanoja // Mathematics Magazine. - Helmikuu 2008. - Numero. 81(1) . - S. 58-61 .
  16. R.A. Johnson. moderni geometria. - Boston: Houghton Mifflin, 1929. - S. 187.
  17. Lev Emelyanov, Tatiana Emelyanova. Eulerin kaava ja Ponceletin porismi // Forum Geometricorum. - 2001. - Ongelma. 1 . — S. 137–140. .
  18. 1 2 3 William N. Franzsen. Etäisyys keskipisteestä Euler-viivaan // Forum Geometricorum. - 2011. - T. 11 . — S. 231–236 . .
  19. Mathematical Gazette , heinäkuu 2003, s. 323-324.
  20. Patricia R. Allaire, Junmin Zhou, Haishen Yao. 1800-luvun ellipsin identiteetin todistaminen // Mathematical Gazette. - 2012. - Ongelma. 96, maaliskuu . - S. 161-165. .
  21. Nathan Altshiller-Court. Yliopiston geometria. - Dover Publications, 1980. - S. 121, # 84.
  22. Odenhal, 2010 , s. 35-40.
  23. Darij Grinberg, Paul Yiu. Apollonius-ympyrä Tucker-ympyränä // Forum Geometricorum. - 2002. - Ongelma. 2 . - S. 175-182 .
  24. Milorad R. Stevanovi´c. Apolloniuksen ympyrä ja siihen liittyvät kolmion keskipisteet // Forum Geometricorum. - 2003. - Ongelma. 3 . - S. 187-195. .
  25. 1 2 V. V. Prasolov. Brocard-pisteet ja isogonaalinen konjugaatio. - M . : MTsNPO, 2000. - (Kirjasto "Matematical Education"). — ISBN 5-900916-49-9 .

Kirjallisuus

Linkit

Sivustot, joissa on interaktiivista sisältöä