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
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
- Raza cercului înscris nu este mai mare de o nouă parte din suma altitudinilor triunghiului. [9]
- Inegalitatea lui Euler : raza cercului înscris nu depășește jumătate din raza cercului circumscris, iar egalitatea este valabilă doar pentru un triunghi echilateral. [zece]
- Să presupunem că punctele tangente ale cercului înscris împart laturile în segmente de lungime x și y , y și z , z și x . Atunci cercul înscris are o rază [11]
iar aria triunghiului este
- Dacă înălțimile coborâte pe laturile a , b și c sunt h a , h b și h c , atunci raza cercului înscris r este egală cu o treime din media armonică a acestor înălțimi, adică
- Produsul dintre raza cercului înscris r și raza cercului circumscris R a unui triunghi cu laturile a , b și c este [1]
- Câteva relații între laturile, razele cercului înscris și ale cercului circumferitor: [12]
- Orice linie care trece printr-un triunghi și împarte aria și perimetrul triunghiului în jumătate trece prin centrul cercului înscris. Pot exista trei, două sau una astfel de linii. [13]
- Perpendicularele ridicate pe laturile triunghiului în punctele de contact ale cercurilor se intersectează într-un punct. Acest punct este simetric cu centrul cercului înscris în raport cu centrul cercului circumscris [14] .
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]
- Pătratând și aducând like-urile din prima formulă a lui Euler de mai sus, avem:
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
- Distanța de la vârf la punctele tangente ale cercului înscris pe laturile adiacente este jumătate din suma lungimilor laturilor adiacente minus jumătate din latura opusă. [19] Deci, pentru vârful B și punctele de contact adiacente T A și T C ,
- Dacă desemnăm centrul cercului înscris al triunghiului ABC cu litera I , obținem [20]
și [21]
- Dacă desemnăm pentru I centrul cercului înscris al triunghiului ABC , AD este bisectoarea unghiului A , atunci

- Centrul cercului înscris se află într-un triunghi ale cărui vârfuri sunt punctele medii ale laturilor triunghiului. [optsprezece]
- Teorema tridentului sau teorema trefoilului , sau teorema lui Kleiner : Dacă D este punctul de intersecție al bisectoarei unghiului A cu cercul circumscris triunghiului ABC , I și J sunt centrele tangentei înscrise și, respectiv, excercului la latura BC , atunci .

- Teorema lui Munsion (parte integrantă a Teoremei Tridentului ). Punctele mijlocii ale celor trei segmente care leagă centrul cercului înscris cu centrele excercurilor se află pe cercul circumscris. [zece]
- Teorema lui Harcourt . Fie triunghiul dat de vârfurile sale A , B și C , laturile opuse vârfurilor au lungimile a , b și c , aria este egală cu K și linia atinge cercul înscris în triunghi într-un punct arbitrar. Să notăm distanțele de la vârfurile triunghiului la dreapta drept „, b ” și c „, în timp ce dacă vârful și centrul cercului se află pe laturile opuse ale dreptei, distanța este considerată negativă. Apoi

.
Alte proprietăți ale excercurilor
- Următoarea relație este valabilă pentru raza r a cercului înscris, raza R a cercului circumscris, semiperimetrul s și razele excercurilor r a , r b , r c : [12]
- Cercul care trece prin centrele excercurilor are raza 2 R . [12]
- Vârfurile A , B și C ale triunghiului ABC sunt bazele înălțimilor triunghiului J A J B ,J C ,
unde J A J B ,J C sunt centrele excercurilor.
[zece]
- Perpendicularele ridicate pe laturile triunghiului în punctele de contact ale cercurilor se intersectează într-un punct. Acest punct este simetric cu centrul cercului înscris în raport cu centrul cercului circumscris [14] .
- Centrul Spieker al unui triunghi este centrul radical al excercurilor sale [22] . Dacă desenăm 6 tangente la 3 excercuri ale triunghiului din centrul triunghiului lui Spiker, atunci toate lungimile lor vor fi egale între ele.
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 2 Roger A. Johnson. Geometrie Euclidiană Avansată . - Dover, 2007 (original - 1929) .. - P. 189 , #298(d).
- ↑ HSM Coxeter. Introducere în Geometrie . - 2. - Wiley, 1961 ..
- ↑ 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.)
- ↑ D. Minda, S. Phelps. Triunghiuri, elipse și polinoame cubice // American Mathematical Monthly . - octombrie 2008. - Emisiune. 115 . — P. 679-689: Teorema 4.1. .
- ↑ S. I. Zetel. Noua geometrie a triunghiului. - Moscova: UCHPEDGIZ, 1962. - S. 52-53 Capitolul III.
- ↑ Christopher J. Bradley, Geoff C. Smith. Locațiile centrelor triunghiului // Forum Geometricorum. - 2006. - Emisiune. 6 . - S. 57-70. .
- ↑ 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.
- ↑ William Allen Whitworth. Coordonate triliniare și alte metode de geometrie analitică modernă a două dimensiuni. - 2012. - S. 210-215. — (Cărți uitate).
- ↑ Alfred S. Posamentier, Ingmar Lehmann. Secretele triunghiurilor. - Prometheus Books, 2012. - P. 289.
- ↑ 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 .
- ↑ Thomas Chu. Pentagonul. - Primăvara, 2005. - P. 45, sarcina 584 ..
- ↑ 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 .
- ↑ Dimitrios Kodokostas. Egalizatoare triunghiulare // Revista de matematică. - 2010. - Emisiune. 83, aprilie . - S. 141-146. .
- ↑ 1 2 Myakishev, 2002 , p. 11, punctul 5.
- ↑ Roger Nelson. Inegalitatea triunghiului lui Euler prin demonstrație fără cuvinte // Revista de matematică. - februarie 2008. - Emisiune. 81(1) . - S. 58-61 .
- ↑ R.A. Johnson. geometria modernă. - Boston: Houghton Mifflin, 1929. - P. 187.
- ↑ Lev Emelyanov, Tatiana Emelyanova. Formula lui Euler și porismul lui Poncelet // Forum Geometricorum. - 2001. - Emisiune. 1 . — S. 137–140. .
- ↑ 1 2 3 William N. Franzsen. Distanța de la incentru la linia Euler // Forum Geometricorum. - 2011. - T. 11 . — S. 231–236 . .
- ↑ Gazeta Matematică , iulie 2003, 323-324.
- ↑ 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. .
- ↑ Nathan Altshiller-Court. Geometrie colegiului. - Dover Publications, 1980. - P. 121, # 84.
- ↑ Odenhal, 2010 , p. 35-40.
- ↑ Darij Grinberg, Paul Yiu. Cercul Apollonius ca un cerc Tucker // Forum Geometricorum. - 2002. - Emisiune. 2 . - S. 175-182 .
- ↑ Milorad R. Stevanovi´c. Cercul Apollonius și centrele triunghiului aferente // Forum Geometricorum. - 2003. - Emisiune. 3 . — S. 187-195. .
- ↑ 1 2 V. V. Prasolov. Punctele Brocard și conjugarea izogonală. - M . : MTsNPO, 2000. - (Biblioteca „Educația matematică”). — ISBN 5-900916-49-9 .
Literatură
- Myakishev A.G. Elemente de geometrie triunghiulară. — M .: MTsNMO, 2002.
- Clark Kimberling. Centrele triunghiulare și triunghiurile centrale // Congressus Numerantium. - 1998. - Emisiune. 129 . - S. i-xxv, 1-295 .
- Sandor Kiss. Triunghiurile Orthic-of-Intouch și Intouch-of-Orthic // Congressus Numerantium. - 2006. - Emisiune. 6 . - S. 171-177 .
- Boris Odenhal. Unele centre de triunghi asociate cu cercurile tangente la excercurile // Forum Geometricorum. - 2010. - or. 10 .
Link -uri
Site-uri cu conținut interactiv