Înscrise și excercurile unui triunghi

Un cerc înscris într-un triunghi  este un cerc în interiorul unui triunghi tangent la toate laturile sale; cel mai mare cerc care poate fi în interiorul unui triunghi. Centrul acestui cerc este punctul de intersecție al bisectoarelor triunghiului și se numește incentrul triunghiului.

Excercul unui triunghi este un cerc care se află în afara triunghiului și atinge o latură a triunghiului și prelungirea celorlalte două laturi . Orice triunghi are trei cercuri distincte, fiecare tangent la o latură diferită a triunghiului. Centrul excercului este intersecția dintre bisectoarea unui unghi intern și bisectoarele celorlalte două unghiuri externe . Deoarece bisectoarea unui unghi intern este perpendiculară pe bisectoarea unui unghi extern adiacent, centrul cercului înscris împreună cu cele trei centre ale excercurilor formează un sistem ortocentric [1] .

Nu toate poligoanele cu mai mult de trei laturi au un cerc înscris. Cele care au se numesc descrise .

Relația cu aria unui triunghi

Razele înscrise și ale cercurilor sunt strâns legate de aria unui triunghi. [2]

Cercul înscris

Fie are înscris un cerc de rază r cu centrul I . Fie a  lungimea lui BC , b  lungimea lui AC și c  lungimea lui AB . Fie ca cercul înscris să atingă AB într-un punct C′ , atunci este o linie dreaptă. Atunci raza C'I va fi înălțimea triunghiului . Astfel, are o bază de lungime c și înălțime r și, prin urmare, aria sa este egală cu . În mod similar are zonă și are zonă . Deoarece aceste trei triunghiuri se divid , obținem asta

unde  este aria și  este semiperimetrul acesteia .

Pentru a obține o formulă alternativă, luați în considerare . Acesta este un triunghi dreptunghic, în care unul dintre catete este egal cu r , iar celălalt este egal cu . Același lucru este valabil și pentru . Întregul triunghi este format din 6 astfel de triunghiuri, iar aria totală este:

Cercuri

Fie excercul tangent la latura AB să atingă prelungirea laturii AC în punctul G , iar raza acestui cerc să fie , iar centrul său să fie . Atunci este înălțimea triunghiului , la fel și aria . Din aceleași motive, are o suprafață , dar are o zonă . Apoi

.

Deci, din cauza simetriei,

.

Prin legea cosinusului, obținem

Combinând acest lucru cu identitatea , obținem

Dar , așa

și aceasta este formula lui Heron pentru a calcula aria unui triunghi având în vedere laturile sale.

Combinând formula lui Heron cu , obținem

.

La fel, dă

.

Din aceste formule se poate observa că excercurile sunt întotdeauna mai mari decât cele înscrise și cel mai mare cerc corespunde celei mai lungi laturi, iar cel mai mic dintre excercurile corespunde celei mai mici laturi. O combinație suplimentară de formule duce la: [3]

Raportul dintre aria unui cerc înscris și aria unui triunghi este mai mic sau egal cu , iar egalitatea se realizează numai pe triunghiuri regulate . [patru]

Build- uri înrudite

Cercul de nouă puncte și punctul Feuerbach

Triunghi și punct Gergonne

Triunghiul Gergonne (pentru triunghiul ABC ) este definit de trei puncte de contact ale cercului înscris pe trei laturi. Aceste vârfuri vor fi notate cu T A și așa mai departe Punctul T A se află opus vârfului A .

Acest triunghi Gergonne T A T B T C este cunoscut și sub denumirea de triunghi de tangență al triunghiului ABC .

Trei drepte AT A , BT B și CT C se intersectează într-un punct - punctul Gergonne și sunt notate cu Ge  - X(7) . Punctul lui Gergonne se află în interiorul unui cerc ortocentroid deschis cu un centru perforat. [6]

În mod interesant, punctul Gergonne al triunghiului este punctul de intersecție al symmedianilor triunghiului Gergonne. Un set complet de proprietăți ale punctului Gergonne poate fi găsit în articolul lui Dekov. [7]

Coordonatele triliniare ale vârfurilor triunghiului de tangență sunt date prin formule

Coordonatele triliniare ale punctului Gergonne

,

sau, în mod echivalent, prin teorema sinusului ,

.

Punctul Gergonne este conjugarea izotomică a punctului Nagel .

Triunghiul și punctul Nagel

Triunghiul Nagel (vezi figura de mai sus) pentru triunghiul ABC este definit de vârfurile T A , T B și T C , care sunt punctele de contact ale excercurilor triunghiului ABC și punctul X A este opus laturii A etc. Descris în jurul valorii de triunghi T A T B T C cercul se numește cercul Mandart (un caz special al elipsei Mandart ). Trei drepte AT A , BT B și CT C bisectează perimetrul și se intersectează într-un punct Nagel Na  - X(8) .

Coordonatele triliniare ale punctelor de tangență ale triunghiului de către excercuri sunt date prin formule

Coordonatele triliniare ale punctului Nagel sunt date prin formule

,

sau, în mod echivalent, prin teorema sinusului ,

.

Punctul Nagel este conjugarea izotomică a punctului Gergonne .

Coordonatele triliniare ale triunghiurilor înscrise

Coordonatele triliniare ale vârfurilor triunghiului format din bazele bisectoarelor sunt date de formulele

Coordonatele triliniare ale unui triunghi format din punctele de contact ale laturilor de către cercuri sunt date prin formulele

Ecuații în cerc

Fie x : y : z coordonatele triliniare ale punctului , și fie u = cos 2 (A/2) , v = cos 2 (B/2) , w = cos 2 (C/2) . Cele patru cercuri descrise mai sus pot fi definite în oricare dintre cele două moduri: [8]

Alte proprietăți ale cercului înscris

Unele formule cu raza unui cerc înscris

iar aria triunghiului este

Formule pentru distanțe până la centrul unui cerc înscris sau al unui cerc

Teorema lui Euler

Teorema lui Euler afirmă că într-un triunghi: [10]

unde R și r in sunt razele cercurilor circumscrise și, respectiv, înscrise, și d  este distanța dintre centrele acestor cercuri.

Pentru excercuri, ecuația arată astfel:

unde r ex  este raza unuia dintre cercurile exterioare și d  este distanța dintre centrele cercului circumferitor și ale cercului exterior. [15] [16] [17]

Distanța la pătrat de la centrul cercului înscris I la centrul cercului circumscris O este dată de ecuația [18]

La fel pentru a doua formulă:

Alte formule pentru distanțe până la centrul unui cerc înscris sau al unui cerc


și [21]

.

Alte proprietăți ale excercurilor

unde J A J B ,J C  sunt centrele excercurilor. [zece]

Circumferința lui Apollonius

Definiția cercului lui Apollonius

Fie dat triunghiul ABC . Fie excercurile triunghiului ABC , opuse vârfurilor A , B și C , respectiv E A , E B , E C (vezi figura). Apoi , cercul E al lui Apollonius (prezentat cu verde în figura din dreapta) atinge în interior trei cercuri ale triunghiului ABC în punctele E A , E B și , respectiv, E C (vezi figura). [23] .

Raza cercului lui Apollonius

Raza cercului lui Apollonius este , unde r  este raza cercului înscris și s  este jumătatea perimetrului triunghiului. [24]

Definiția punctului Apollonius Ap

Fie A' , B' și C' punctele de tangență ale cercului Apollonius E cu excercurile corespunzătoare. Apoi liniile AA' , BB' și CC' se intersectează într-un punct Ap , care se numește punctul Apollonius al triunghiului ABC .

Conjugarea izogonală

O conjugare izogonală are exact patru puncte fixe (adică puncte care sunt conjugate la ele însele): centrul cercului înscris și centrele excercurilor triunghiului. [25]

Ortocentrul unui triunghi este conjugat izogonal cu centrul cercului circumscris acestui triunghi. [25]

Generalizare la alte poligoane

Vezi și

Note

  1. 1 2 Roger A. Johnson. Geometrie Euclidiană Avansată . - Dover, 2007 (original - 1929) .. - P.  189 , #298(d).
  2. HSM Coxeter. Introducere în Geometrie . - 2. - Wiley, 1961 ..
  3. Marcus Baker. O colecție de formule pentru aria unui triunghi plan. - ianuarie 1885. - T. partea 1, vol. 1(6) . — S. 134-138 . . Vezi și partea 2 din volum. 2(1), septembrie 1885, 11-18.)
  4. D. Minda, S. Phelps. Triunghiuri, elipse și polinoame cubice // American Mathematical Monthly . - octombrie 2008. - Emisiune. 115 . — P. 679-689: Teorema 4.1. .
  5. S. I. Zetel. Noua geometrie a triunghiului. - Moscova: UCHPEDGIZ, 1962. - S. 52-53 Capitolul III.
  6. Christopher J. Bradley, Geoff C. Smith. Locațiile centrelor triunghiului // Forum Geometricorum. - 2006. - Emisiune. 6 . - S. 57-70. .
  7. Deko Dekov. Matematică generată de computer: punctul Gergonne // Journal of Computer-generated Euclidean Geometry. - 2009. - T. 1 . — P. 1–14. . Arhivat din original pe 5 noiembrie 2010.
  8. William Allen Whitworth. Coordonate triliniare și alte metode de geometrie analitică modernă a două dimensiuni. - 2012. - S. 210-215. — (Cărți uitate).
  9. Alfred S. Posamentier, Ingmar Lehmann. Secretele triunghiurilor. - Prometheus Books, 2012. - P. 289.
  10. 1 2 3 4 A. D. Kulanin, S. N. Fedin. Geometria triunghiului în probleme. - M . : Casa de carte „LIBROKOM”, 2009. - ISBN 978-5-397-00786-3 .
  11. Thomas Chu. Pentagonul. - Primăvara, 2005. - P. 45, sarcina 584 ..
  12. 1 2 3 4 Amy Bell. Teorema triunghiului dreptunghic a lui Hansen, inversul său și o generalizare // Forum Geometricorum. - 2006. - Emisiune. 6 . — S. 335–342 .
  13. Dimitrios Kodokostas. Egalizatoare triunghiulare // Revista de matematică. - 2010. - Emisiune. 83, aprilie . - S. 141-146. .
  14. 1 2 Myakishev, 2002 , p. 11, punctul 5.
  15. Roger Nelson. Inegalitatea triunghiului lui Euler prin demonstrație fără cuvinte // Revista de matematică. - februarie 2008. - Emisiune. 81(1) . - S. 58-61 .
  16. R.A. Johnson. geometria modernă. - Boston: Houghton Mifflin, 1929. - P. 187.
  17. Lev Emelyanov, Tatiana Emelyanova. Formula lui Euler și porismul lui Poncelet // Forum Geometricorum. - 2001. - Emisiune. 1 . — S. 137–140. .
  18. 1 2 3 William N. Franzsen. Distanța de la incentru la linia Euler // Forum Geometricorum. - 2011. - T. 11 . — S. 231–236 . .
  19. Gazeta Matematică , iulie 2003, 323-324.
  20. Patricia R. Allaire, Junmin Zhou, Haishen Yao. Demonstrarea unei identități de elipsă din secolul al XIX-lea // Gazeta matematică. - 2012. - Emisiune. 96, martie . - S. 161-165. .
  21. Nathan Altshiller-Court. Geometrie colegiului. - Dover Publications, 1980. - P. 121, # 84.
  22. Odenhal, 2010 , p. 35-40.
  23. Darij Grinberg, Paul Yiu. Cercul Apollonius ca un cerc Tucker // Forum Geometricorum. - 2002. - Emisiune. 2 . - S. 175-182 .
  24. Milorad R. Stevanovi´c. Cercul Apollonius și centrele triunghiului aferente // Forum Geometricorum. - 2003. - Emisiune. 3 . — S. 187-195. .
  25. 1 2 V. V. Prasolov. Punctele Brocard și conjugarea izogonală. - M . : MTsNPO, 2000. - (Biblioteca „Educația matematică”). — ISBN 5-900916-49-9 .

Literatură

Link -uri

Site-uri cu conținut interactiv