欧拉线和9点圆

这是海拔和欧拉线页面的末尾,我们确定了欧拉线的存在。在任何三角形中,三个显著的点-外心、质心和正交中心-是共线的也就是说,在同一条线上,欧拉线。质心总是位于外心和正心之间,其距离前者的距离是后者的两倍。

事后来看,我们可以看到欧拉线的存在是如何用纯粹的几何方法来表示的。考虑ΔABC及其内侧三角形M(M)M(M)b条M(M)c(c).这两个三角形相似;ΔMM(M)b条M(M)c(c)是ΔABC的两倍。此外,它们对应的边是平行的,另外,这两个三角形有一个公共质心.

ΔMM(M)b条M(M)c(c)可以通过围绕其质心M旋转ΔABC 180°,然后将其向M收缩至其尺寸的一半来获得。由于这种转换,段MH也将围绕M旋转180°,并且使正中心H与ΔM的正中心重合M(M)b条M(M)c(c),其中,显而易见,依次与ΔABC的圆心(三个垂直平分线的公共点)重合。

几何推导至少和复数的应用一样简单。然而,复数让我们对几何构型有了更广阔的认识。例如,调用公式Δx中高度的英尺1x个2x个:

H(H)x个1=(H-x2x个/x个1)/2
H(H)x个2=(H-x1x个/x个2)/2
H(H)x个=(H-x1x个2/x个)/2,

其中H=x1+x个2+x个,三角形的正交中心。我们在假设所有三个顶点x1,x个2,x个位于单位圆上。让我们重新安排上述身份:

小时/2小时x个1=x2x个/2倍1
高/2-高x个2=x1x个/2倍2
高/2-高x个=x1x个2/2倍.

由于所有三个点都位于单位圆上,因此我们

|高/2-高x个1|=|H/2-Hx个2|=|H/2-Hx个| = 1/2,

它表示三个高度的英尺Δx1x个2x个与点H/2等距。换句话说,ΔH的圆心x个1H(H)x个2H(H)x个位于H/2——欧拉线的中点。ΔH的外半径x个1H(H)x个2H(H)x个是Δx的一半1x个2x个.

中心H/2和半径1/2处的圆称为9点圆,其中心自然是9点中心为什么9分?因为,除了三个高度的脚之外,它还通过ΔABC的中点和连接直角中心和三角形顶点的线段的中点。

x边的中点1x个2由M给出x个=(x1+x个2)/2. 因此,|H/2-Mx个|=|x/2| = 1/2. 类似地,x的中点1H由(x)定义1+H)/2,因此从该点到H/2的距离再次等于|-x1/2| = 1/2. 当然,其他中点和顶点也是如此。非常简单。

(一个更基本的8点圆与具有正交对角线的四边形相关。在一个奇怪的扭曲,在任何三角形中都可以找到三个这样的四边形,它们共享同一个8点圆,但位于其上的点的总数仅为9。)

但我们还没有完成。选择4个点x1,x个2,x个、和x4在单位圆上。这四个点定义了四个三角形:x1x个2x个,x个2x个x个4,x个1x个2x个4,x个1x个x个4对于四个三角形中的每个三角形,找到其9点圆的中心。我们分别得到点(x1+x个2+x个)/2,(x2+x个+x个4)/2,(x1+x个2+x个4)/2和(x1+x个+x个4)/2. 每个点与点(x)的距离为1/21+x个2+x个+x个4)/2. 后者是四个点的9点圆的中心。

点(x1+x个2+x个+x个4)/2明显与重心的外心对称(x)1+x个2+x个+x个4)/4因此,被称为反中心循环四边形x的1x个2x个x个4.

对于5点x1,x个2,x个,x个4、和x5在单位圆上,有5组4个点。其9点圆的5个中心位于半径为1/2的圆上,中心位于(x1+x个2+x个+x个4+x个5)/这样,我们就得到了位于后续圆上的无限个圆及其中心序列。该序列由J.L.Coolidge(1873-1954)发现。

备注1

正心x1+x个2+x个三角形x的1x个2x个和顶点x4在反中心对称(x)1+x个2+x个+x个4)/2,类似地,其他三个三角形x1x个x个4,x个1x个2x个4、和x2x个x个4因此,由四个三角形的正交中心形成的四边形是x的反射1x个2x个x个4在反中心。(请参见循环四边形中一条引人注目的直线.)

备注2(哈密尔顿定理)

很明显,如果ΔABC内切在半径为R的圆上,则其9点圆的半径为R/2。1861年,W.R.Hamilton(1805-1865)注意到四个三角形ABC、ABH、BCH和CAH共享同一个9点圆。从这里可以看出,四个三角形的外接圆虽然不同,但半径相同。

工具书类

  1. 梁申汉,复数与几何,MAA,1994年

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