Hero Image
垂心 — 高度

三角形的三个高度也交于一点,垂心。有趣的是,欧几里得从未证明过这一点。 谁发现的 几何原本 并不表明高度是并发的。第一个已知的公开演示是由英国人 William Chapple 在 1749 中进行的。然而,被引用最多的是 Carl Friedrich Gauss (1810):他为每个顶点绘制了与对边的平行线,形成了一个更大的三角形;原始三角形的高度成为较大三角形的垂直平分线,因此相交。 垂心 这个名字(源自希腊语 orthos,“直”)是在 19 世纪才创建的。 卡尔·弗里德里希·高斯。克里斯蒂安·阿尔布雷希特·詹森 (1792–1870) · 维基共享资源 · 公共领域 故事 高斯的证明是一个很好的例子,说明如何将一个新问题简化为一个已经解决的问题:他没有直接研究高度,而是将它们转化为垂直平分线,欧几里得已经证明了其竞争。 欧几里得,文艺复兴时期的代表传统上与欧几里得或阿基米德相关。拉斐尔·桑齐奥 · 维基共享资源 · 公共领域 三个高度在垂心处找到;每个都垂直于相对侧。来自博客的原始教学插图。 垂心 有一个奇怪的行为:它在锐角三角形内部,与直角三角形中的直角顶点重合,在钝角三角形中位于外部。在 1765 中,Leonhard Euler 发现它与 重心 和 外心 对齐,如下面好奇的“欧拉直线”中所述。 莱昂哈德·欧拉.雅各布·伊曼纽尔·汉德曼 (1718–1781) · 维基共享资源 · 公共领域 在日常生活中 **屋顶和坡道的高度。**三角形的高度是现场测量的垂直距离;山墙(三角形墙)的面积使用底乘高。 **土地面积。**测量员通过降低选定作为底边的高度来计算三角形地块的面积。 **直角三角形。**在正方形中,其中两个高度是垂直边本身,垂心 是直角。 **桁架。**在三角形结构中,垂直于一侧的支柱遵循三角形的高度。 来源: 高斯 (MacTutor) · 欧拉 (MacTutor)。

Hero Image
外心 — 垂直平分线

三角形的三个 垂直平分线 在 外心 处相交,即穿过三个顶点的圆心。 谁发现的 其构造是欧几里德的几何原本的命题IV.5(c. 300 BC):“将一个圆外接到给定的三角形”。 垂直平分线 的交点与三个顶点的距离相同,因此作为中心。欧几里得还观察中心的位置:如果是锐角三角形,则在三角形内部;如果是矩形,则在最大边上;如果是钝角三角形,则在最大边上。 欧几里得,文艺复兴时期的代表传统上与欧几里得或阿基米德相关。拉斐尔·桑齐奥 · 维基共享资源 · 公共领域 故事 同样的问题以另一种形式出现:通过三个未对齐的点,恰好有一个圆通过。这是许多定位和重建技术的基础。 垂直平分线 的交点与三个顶点的距离相同,并确定外接圆。来自博客的原始教学插图。 考古学家使用 外心 来重建破碎的陶器碎片。他们利用盘子边缘的单个片段标记三个点,追踪两个 垂直平分线 并找到原始盘子的中心和半径,从而知道它的大小。 在日常生活中 **重建一个板或一个轮子。**边缘上的三个点足以找到中心和直径。 等距地点。 距离三个城市相同距离的医院、天线或集合点位于 外心。 **通过三点绘制圆弧。**绘图和 CAD 程序在“通过三点的圆弧”工具中使用此结构。 **直角三角形。**在直角三角形中,外心 是斜边的中点:正方形的角始终将斜边“视为”直径。 来源: 元素,命题 IV.5 · 欧几里德 (MacTutor)。 理论与结构 Teorema · 来自垂直平分线的竞争 三角形各边的 垂直平分线 相交于同一点,到顶点的距离相等: $$m_1 \cap m_2 \cap m_3 = \lbrace O \rbrace, \qquad OA = OB = OC.$$ 演示。 令 $O$ 为 $m_2$ 和 $m_3$ 的交集(垂直平分线 为 $\overline{AC}$ 和 $\overline{AB}$ 的交集)。如$O \in m_2$、$OA = OC$;例如$O \in m_3$、$OA = OB$。所以$OB = OC$,$O$在$\overline{BC}$的垂直平分线$m_1$中。

Hero Image
内心 — 角平分线 内部

三角形的三个内部 角平分线 在 内心 处相交,即位于其内部的最大圆的中心。 谁发现的 该构造位于欧几里得的几何原本的命题IV.4(c. 300 BC):“在给定的三角形中内切一个圆”。欧几里得从两个角度画出角平分线,取交点并表明它到三个边的距离相同。由于第三个角平分线也经过这一点,因此三人是竞争对手。一个著名的公式将这个圆的半径与面积联系起来:它位于亚历山大海伦(公元一世纪)的公制中,以及他的三边面积公式。 欧几里得,文艺复兴时期的代表传统上与欧几里得或阿基米德相关。拉斐尔·桑齐奥 · 维基共享资源 · 公共领域 亚历山大的苍鹭,后来的艺术表现。作者身份不明 · 维基共享资源 · 公共领域 故事 几何原本 的第四册专门讨论圆的内接和外接图形。 内心 出现在那里并不是作为一个奇怪的问题,而是作为一个实际构造问题的解决方案:在哪里放置指南针的尖端以绘制接触三个边的圆。 角平分线在内心中;等于边的距离决定了内切圆的半径。来自博客的原始教学插图。 海伦证明,三角形的面积等于内接圆的半径乘以周长的一半。这个想法是将三角形分成三个顶点位于 内心 的三角形,每个三角形的高度等于半径。 在日常生活中 **最大的圆桌。**在房间或三角形地块上,适合的最大桌子、泳池或圆床以 内心 为中心。 **环岛。**在三角形三路交叉口,三条街道的等距点是内心。 **板材切割。**要从三角形金属或木材废料中切割出尽可能大的圆盘,切割中心为 内心。 **观察点。**距三角形湖三岸相同距离的哨所位于 内心。 来源: 元素,命题 IV.4 · 亚历山大苍鹭 (MacTutor)。 理论与结构 Teorema · 来自内部的竞争 角平分线 三角形的三个内部 角平分线 相交于同一点,距边的距离相等: $$\overline{AS_1} \cap \overline{BS_2} \cap \overline{CS_3} = \lbrace S \rbrace, \qquad d_{S,a} = d_{S,b} = d_{S,c}.$$ **演示。**令 $S$ 为 $\overline{BS_2}$ 和 $\overline{CS_3}$ 的交集。由于$S$在$\hat{B}$的角平分线中,$d_{S,a} = d_{S,c}$;如$\hat{C}$、$d_{S,a} = d_{S,b}$。因此,$d_{S,b} = d_{S,c}$、$S$也在角平分线或$\hat{A}$中(与角各边等距的内点在角平分线中)。

Hero Image
重心 — 中位数

三角形的三个中线交汇于一点:重心,其中三角板在指尖上保持平衡。 谁发现的 锡拉丘兹的阿基米德(c. 287–212 BC)是链接到 重心 的名称。在论平面平衡中,他证明了三角形的重心位于连接顶点和对边中点(中线)的直线上,因此位于三个中线的交点处。 重心 这个词的出现要晚得多:它源自希腊语 barys,意为“重”,并于 19 世纪由德国人 August Möbius 在重心微积分一书中使用。 (1827)。 阿基米德,后来的艺术表现。多梅尼科·费蒂 · 维基共享资源 · 公共领域 奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯。阿道夫·诺依曼 (1825–1884) · 维基共享资源 · 公共领域 故事 阿基米德的推理混合了几何学和物理学。他想象将三角形切成与一侧平行的非常细的条带;每个范围的中心位于其中点,并且所有这些中点都位于中位数上。然后整个三角形就在它上面保持平衡。重复另一个中位数的论证,平衡点必须是两者的交点。 本主题中演示的每个中位数除以比率 2 : 1 是同一平衡点的另一个结果。他的这句话——“给我一个支撑点,我将撬动世界”——谈论的是杠杆,但表现出同样的兴趣:将平衡问题转化为几何问题。 在日常生活中 **手指上的平衡。**厚度均匀的三角形纸板恰好放在 重心 上时保持平衡。 手机。 像 Alexander Calder 这样的艺术家将每件作品悬挂在重心上,使其保持在所需的位置。 **汽车和卡车。**工程师计算车辆的重心;越低,翻倒的风险就越低。 携带一个托盘。 携带完整三角形托盘的人将手放在靠近中心的位置,以免掉落任何东西。 来源: 阿基米德 (MacTutor) · 莫比乌斯 (MacTutor)。 理论与结构 Teorema · 来自中位数的竞争 三角形的三个中线相交于同一点,这将每个中线分为两部分,使得包含顶点的部分是另一个部分大小的两倍: $$\overline{AM_1} \cap \overline{BM_2} \cap \overline{CM_3} = \lbrace G \rbrace, \qquad AG = 2 \cdot GM_1,\quad BG = 2 \cdot GM_2,\quad CG = 2 \cdot GM_3.$$ 演示 设$X$为中位数$\overline{BM_2}$和$\overline{CM_3}$的交点,$D$、$E$为$\overline{BX}$和$\overline{CX}$的中点。 在$\triangle ABC$中,$\overline{M_3M_2}$是平均碱基:$\overline{M_3M_2} \parallel \overline{BC}$和$M_3M_2 = \dfrac{BC}{2}$。 在$\triangle XBC$中,$\overline{DE}$是平均碱基:$\overline{DE} \parallel \overline{BC}$和$DE = \dfrac{BC}{2}$。 因此$\overline{M_3M_2}$和$\overline{DE}$平行且全等:$M_3M_2ED$是平行四边形,其对角线切成两半:$DX = XM_2$和$EX = XM_3$。 然后是$BX = BD + DX = 2 \cdot XM_2$和$CX = 2 \cdot XM_3$。 重复中位数 $\overline{AM_1}$ 和 $\overline{CM_3}$,我们得到点 $Y$ 和 $CY = 2 \cdot YM_3$。由于$X$和$Y$以相同的比例除$\overline{CM_3}$,因此$X = Y = G$:三个中位数通过$G$。