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第五讲 三角形的五心
三角形的外心、重心、垂心、内心及旁心,统称为三角形的五心.
一、外心.
三角形外接圆的圆心,简称外心.与外心关系密切的有圆心角定理和圆周角定理.
例1.过等腰△ABC底边BC上一点P引PM∥CA交AB于M;引PN∥BA交AC于N.作点P关于MN的对称点P′.试证:P′点在△ABC外接圆上.
(杭州大学《中学数学竞赛习题》)
分析:由已知可得MP′=MP=MB,NP′=NP
=NC,故点M是△P′BP的外心,点
N是△P′PC的外心.有
∠BP′P=∠BMP=∠BAC,
∠PP′C=∠PNC=∠BAC.
∴∠BP′C=∠BP′P+∠P′PC=∠BAC.
从而,P′点与A,B,C共圆、即P′在△ABC外接圆上.
由于P′P平分∠BP′C,显然还有
P′B:P′C=BP:PC.
例2.在△ABC的边AB,BC,CA上分别取点P,Q,S.证明以△APS,△BQP,△CSQ的外心为顶点的三角形与△ABC相似.
(B·波拉索洛夫《中学数学奥林匹克》)
分析:设O1,O2,O3是△APS,△BQP,
△CSQ的外心,作出六边形
O1PO2QO3S后再由外
心性质可知
∠PO1S=2∠A,
∠QO2P=2∠B,
∠SO3Q=2∠C.
∴∠PO1S+∠QO2P+∠SO3Q=360°.从而又知∠O1PO2+
∠O2QO3+∠O3SO1=360°
将△O2QO3绕着O3点旋转到△KSO3,易判断△KSO1≌△O2PO1,同时可得△O1O2O3≌△O1KO3.
∴∠O2O1O3=∠KO1O3=∠O2O1K
=(∠O2O1S+∠SO1K)
=(∠O2O1S+∠PO1O2)
=∠PO1S=∠A;
同理有∠O1O2O3=∠B.故△O1O2O3∽△ABC.
二、重心
三角形三条中线的交点,叫做三角形的重心.掌握重心将每
条中线都分成定比2:1及中线长度公式,便于解题.
例3.AD,BE,CF是△ABC的三条中线,P是任意一点.证明:在△PAD,△PBE,△PCF中,其中一个面积等于另外两个面积的和.
(第26届莫斯科数学奥林匹克)
分析:设G为△ABC重心,直线PG与AB
,BC相交.从A,C,D,E,F分别
作该直线的垂线,垂足为A′,C′,
D′,E′,F′.
易证AA′=2DD′,CC′=2FF′,2EE′=AA′+CC′,
∴EE′=DD′+FF′.
有S△PGE=S△PGD+S△PGF.
两边各扩大3倍,有S△PBE=S△PAD+S△PCF.
例4.如果三角形三边的平方成等差数列,那么该三角形和由它的三条中线围成的新三角形相似.其逆亦真.
分析:将△ABC简记为△,由三中线AD,BE,CF围成的三角形简记为△′.G为重心,连DE到H,使EH=DE,连HC,HF,则△′就是△HCF.
(1)a2,b2,c2成等差数列△∽△′.
若△ABC为正三角形,易证△∽△′.
不妨设a≥b≥c,有
CF=,
BE=,
AD=.
将a2+c2=2b2,分别代入以上三式,得
CF=,BE=,AD=.
∴CF:BE:AD =::
=a:b:c.
故有△∽△′.
(2)△∽△′a2,b2,c2成等差数列.
当△中a≥b≥c时,
△′中CF≥BE≥AD.
∵△∽△′,
∴=()2.
据“三角形的三条中线围成的新三角形面积等于原三角形面积的”,有=.
∴=3a2=4CF2=2a2+b2-c2
a2+c2=2b2.
三、垂心
三角形三条高的交战,称为三角形的垂心.由三角形的垂心造成的四个等(外接)圆三角形,给我们解题提供了极大的便利.
例5.设A1A2A3A4为⊙O内接四边形,H1,H2,H3,H4依次为
△A2A3A4,△A3A4A1,△A4A1A2,△A1A2A3的垂心.求证:H1,H2,H3,H4四点共圆,并确定出该圆的圆心位置.
(1992,全国高中联赛)
分析:连接A2H1,A1H2,H1H2,记圆半径
为R.由△A2A3A4知
=2RA2H1=2Rcos∠A3A2A4;
由△A1A3A4得
A1H2=2Rcos∠A3A1A
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