Inskriven och omcirklar av en triangel

En inskriven cirkel i en triangel  är en cirkel inuti en triangel som tangerar alla dess sidor; den största cirkeln som kan vara inuti en triangel. Mitten av denna cirkel är skärningspunkten för triangelns halvled och kallas triangelns mittpunkt .

Excirkeln av en triangel är en cirkel som ligger utanför triangeln och berör ena sidan av triangeln och förlängningen av de andra två sidorna . Varje triangel har tre distinkta excirklar, var och en tangent till en annan sida av triangeln. Mitten av cirkelcirkeln är skärningspunkten mellan bisektrisen för en inre vinkel och halveringslinjen för de andra två yttre vinklarna . Eftersom bisektrisen av en inre vinkel är vinkelrät mot bisektrisen av en intilliggande yttre vinkel, bildar centrum av den inskrivna cirkeln tillsammans med de tre mittpunkterna av excirklarna ett ortocentriskt system [1] .

Inte alla polygoner med fler än tre sidor har en inskriven cirkel. De som har kallas beskrivna .

Förhållande med arean av en triangel

Radierna för inskrivna och excirklar är nära relaterade till arean av en triangel. [2]

Inskriven cirkel

Låt har en inskriven cirkel med radie r med centrum I . Låt a  vara längden av BC , b  längden av AC , och c  längden av AB . Låt den inskrivna cirkeln röra vid AB vid någon punkt C′ , då är det en rät linje. Då blir radien C'I höjden på triangeln . Således har den en bas av längden c och höjden r , och därför är dess yta lika med . Likaså har område och har område . Eftersom dessa tre trianglar delar sig får vi det

var  är området och  är dess semiperimeter .

För att få en alternativ formel, överväg . Detta är en rätvinklig triangel, där ett av benen är lika med r och det andra är lika med . Detsamma gäller för . Hela triangeln består av 6 sådana trianglar, och den totala arean är:

Excirklar

Låt excirkel tangenten till sidan AB röra förlängningen av sidan AC vid punkt G , och låt radien av denna cirkel vara , och dess centrum vara . Sedan är höjden på triangeln , så har arean . Av samma skäl, har ett område , men har ett område . Sedan

.

Så på grund av symmetrin,

.

Enligt cosinuslagen får vi

Genom att kombinera detta med identiteten får vi

Men alltså

och detta är Herons formel för att beräkna arean av en triangel givet dess sidor.

Genom att kombinera Herons formel med , får vi

.

Likaså ger det

.

Av dessa formler kan man se att excirklarna alltid är större än den inskrivna och den största cirkeln motsvarar den längsta sidan, och den minsta av excirkeln motsvarar den minsta sidan. Ytterligare kombination av formler leder till: [3]

Förhållandet mellan arean av en inskriven cirkel och arean av en triangel är mindre än eller lika med , och likhet uppnås endast på vanliga trianglar . [fyra]

Relaterade byggen

Cirkeln med nio punkter och Feuerbach- punkten

Triangel och Gergonne-punkt

Gergonne-triangeln (för triangel ABC ) definieras av tre kontaktpunkter för den inskrivna cirkeln på tre sidor. Dessa hörn kommer att betecknas med TA osv. Punkten TA ligger mittemot vertex A .

Denna Gergonne-triangel T A T B T C är också känd som tangency- triangeln för triangeln ABC .

Tre linjer AT A , BT B och CT C skär varandra i en punkt - Gergonne-punkten och betecknas med Ge  - X(7) . Gergonnes punkt ligger inuti en öppen ortocentroid cirkel med ett punkterat centrum. [6]

Intressant nog är Gergonne-punkten i triangeln skärningspunkten för Gergonne- triangelns symmedianer. En komplett uppsättning Gergonne-punktegenskaper finns i Dekovs artikel. [7]

De trilinjära koordinaterna för tangentriangelns hörn ges av formlerna

Trilinjära koordinater för Gergonne-punkten

,

eller motsvarande sinussatsen ,

.

Gergonne-punkten är den isotomiska konjugationen av Nagel-punkten .

Triangel och Nagelpunkt

Nageltriangeln (se figuren ovan) för triangeln ABC definieras av hörn TA , T B och T C , som är kontaktpunkterna för triangelns ABCs excirklar och punkt X A är motsatt sida A , etc. Beskrivs runt omkring triangel T A T B T C cirkeln kallas Mandartcirkeln (ett specialfall av Mandartellipsen ). Tre linjer AT A , BT B och CT C halverar omkretsen och skär varandra i en Nagel-punkt Na  - X(8) .

De trilinjära koordinaterna för triangelns tangenspunkter av excirklarna ges av formlerna

De trilinjära koordinaterna för Nagelpunkten ges av formlerna

,

eller motsvarande sinussatsen ,

.

Nagel-punkten är den isotomiska konjugationen av Gergonne-punkten .

Trilinjära koordinater för inskrivna trianglar

De trilinjära koordinaterna för triangelns hörn som bildas av baserna i bisektrarna ges av formlerna

De trilinjära koordinaterna för en triangel som bildas av sidornas kontaktpunkter av cirklarna ges av formlerna

Cirkelekvationer

Låt x : y : z vara de trilinjära koordinaterna för punkten , och låt u = cos 2 (A/2) , v = cos 2 (B/2) , w = cos 2 (C/2) . De fyra cirklarna som beskrivs ovan kan definieras på något av de två sätten: [8]

Andra egenskaper hos den inskrivna cirkeln

Vissa formler med radien av en inskriven cirkel

och arean av triangeln är

Formler för avstånd till mitten av en inskriven eller excirkel

Eulers teorem

Eulers teorem säger att i en triangel: [10]

där R och r in är radierna för de omskrivna respektive inskrivna cirklarna, och d  är avståndet mellan dessa cirklars mittpunkter.

För excirklar ser ekvationen ut så här:

där r ex  är radien för en av cirklarna, och d  är avståndet mellan den omslutna cirkelns och cirkelns mittpunkter. [15] [16] [17]

Det kvadratiska avståndet från centrum av den inskrivna cirkeln I till mitten av den omskrivna cirkeln O ges av ekvationen [18]

På samma sätt för den andra formeln:

Andra formler för avstånd till mitten av en inskriven eller excirkel


och [21]

.

Andra egenskaper för excirklar

där J A J B , J C  är mitten av excirklarna. [tio]

Apollonius omkrets

Definition av Apollonius cirkel

Låt triangeln ABC ges . Låt triangelns ABC cirklar , mittemot hörnen A , B och C , vara respektive E A , E B , E C (se figur). Därefter berör Apollonius cirkel E (visad i grönt i figuren till höger) invändigt tre cirklar av triangeln ABC vid punkterna E A , E B respektive E C (se figur). [23] .

Radie av Apollonius cirkel

Radien för Apollonius cirkel är , där r  är radien för den inskrivna cirkeln och s  är triangelns halva omkrets. [24]

Definition av Apollonius-punkten Ap

Låt A' , B' och C' vara tangenspunkterna för Apolloniuscirkeln E med motsvarande cirklar. Sedan skär linjerna AA' , BB' och CC' i en punkt Ap , som kallas Apollonius-punkten i triangeln ABC .

Isogonal konjugation

En isogonal konjugation har exakt fyra fasta punkter (det vill säga punkter som är konjugerade till sig själva): mitten av den inskrivna cirkeln och mitten av triangelns excirklar . [25]

En triangels ortocentrum är isogonalt konjugerat med mitten av den omskrivna cirkeln i denna triangel. [25]

Generalisering till andra polygoner

Se även

Anteckningar

  1. 1 2 Roger A. Johnson. Avancerad euklidisk geometri . - Dover, 2007 (original - 1929) .. - S.  189 , #298(d).
  2. HSM Coxeter. Introduktion till geometri . - 2. - Wiley, 1961 ..
  3. Marcus Baker. En samling formler för arean av en plan triangel. - Januari 1885. - T. del 1, vol. 1(6) . — S. 134-138 . . Se även del 2 i volymen. 2(1), september 1885, 11–18.)
  4. D. Minda, S. Phelps. Trianglar, ellipser och kubiska polynom // American Mathematical Monthly . - Oktober 2008. - Utgåva. 115 . — S. 679-689: Sats 4.1. .
  5. S. I. Zetel. Ny triangelgeometri. - Moskva: UCHPEDGIZ, 1962. - S. 52-53 Kapitel III.
  6. Christopher J. Bradley, Geoff C. Smith. Placeringen av triangelcentrum // Forum Geometricorum. - 2006. - Utgåva. 6 . - S. 57-70. .
  7. Deko Dekov. Computer-generated Mathematics: The Gergonne Point // Journal of Computer-generated Euclidean Geometry. - 2009. - T. 1 . — S. 1–14. . Arkiverad från originalet den 5 november 2010.
  8. William Allen Whitworth. Trilinjära koordinater och andra metoder för modern analytisk geometri av två dimensioner. - 2012. - S. 210-215. — (Glömda böcker).
  9. Alfred S. Posamentier, Ingmar Lehmann. Trianglarnas hemligheter. - Prometheus Books, 2012. - S. 289.
  10. 1 2 3 4 A. D. Kulanin, S. N. Fedin. Triangelgeometri i problem. - M . : Bokhuset "LIBROKOM", 2009. - ISBN 978-5-397-00786-3 .
  11. Thomas Chu. Pentagon. - Våren 2005. - S. 45, uppgift 584 ..
  12. 1 2 3 4 Amy Bell. Hansens rättriangelsats, dess motsats och en generalisering // Forum Geometricorum. - 2006. - Utgåva. 6 . — S. 335–342 .
  13. Dimitrios Kodokostas. Triangel Equalizers // Matematik Magazine. - 2010. - Utgåva. 83, april . - S. 141-146. .
  14. 1 2 Myakishev, 2002 , sid. 11, punkt 5.
  15. Roger Nelson. Eulers triangelojämlikhet via bevis utan ord // Mathematics Magazine. - Februari 2008. - Utgåva. 81(1) . - S. 58-61 .
  16. R.A. Johnson. modern geometri. - Boston: Houghton Mifflin, 1929. - S. 187.
  17. Lev Emelyanov, Tatiana Emelyanova. Eulers formel och Poncelets porism // Forum Geometricorum. - 2001. - Utgåva. 1 . — S. 137–140. .
  18. 1 2 3 William N. Franzsen. Avståndet från centrum till Eulerlinjen // Forum Geometricorum. - 2011. - T. 11 . — S. 231–236 . .
  19. Mathematical Gazette , juli 2003, 323-324.
  20. Patricia R. Allaire, Junmin Zhou, Haishen Yao. Bevisa en ellipsidentitet från 1800-talet // Mathematical Gazette. - 2012. - Utgåva. 96, mars . - S. 161-165. .
  21. Nathan Altshiller-Court. College geometri. - Dover Publications, 1980. - P. 121, # 84.
  22. Odenhal, 2010 , sid. 35-40.
  23. Darij Grinberg, Paul Yiu. Apolloniuscirkeln som en Tuckercirkel // Forum Geometricorum. - 2002. - Utgåva. 2 . - S. 175-182 .
  24. Milorad R. Stevanovi´c. Apollonius-cirkeln och relaterade triangelcentra // Forum Geometricorum. - 2003. - Utgåva. 3 . — S. 187-195. .
  25. 1 2 V. V. Prasolov. Brocard-punkter och isogonal konjugation. - M . : MTsNPO, 2000. - (Bibliotek "Mathematical Education"). — ISBN 5-900916-49-9 .

Litteratur

Länkar

Webbplatser med interaktivt innehåll