三角形四心的向量性質及證明

2021-05-22 14:40:28 字數 2469 閱讀 9477

符號說明:「ab」表示向量,「|ab|」表示向量的模

【一些結論】:以下皆是向量

1 若p是△abc的重心pa+pb+pc=0

2 若p是△abc的垂心pa*pb=pb*pc=pa*pc(內積)

3 若p是△abc的內心apa+bpb+cpc=0(abc是三邊)

4 若p是△abc的外心|pa|=|pb|=|pc|

(ap就表示ap向量 |ap|就是它的模)

5 ap=λ(ab/|ab|+ac/|ac|),λ∈[0,+∞) 則直線ap經過△abc內心

6 ap=λ(ab/|ab|cosb+ac/|ac|cosc),λ∈[0,+∞) 經過垂心

7 ap=λ(ab/|ab|sinb+ac/|ac|sinc),λ∈[0,+∞)

或 ap=λ(ab+ac),λ∈[0,+∞) 經過重心

8.若aoa=bob+coc,則0為∠a的旁心,∠a及∠b,∠c的外角平分線的交點

【以下是一些結論的有關證明】

1.o是三角形內心的充要條件是aoa向量+bob向量+coc向量=0向量

充分性:

已知aoa向量+bob向量+coc向量=0向量,

延長co交ab於d,根據向量加法得:

oa=od+da,ob=od+db,代入已知得:

a(od+da)+b(od+db)+coc=0,

因為od與oc共線,所以可設od=koc,

上式可化為(ka+kb+c) oc+(ada+bdb)=0向量,

向量da與db共線,向量oc與向量da、db不共線,

所以只能有:ka+kb+c=0,ada+bdb=0向量,

由ada+bdb=0向量可知:da與db的長度之比為b/a,

所以cd為∠acb的平分線,同理可證其它的兩條也是角平分線。

必要性:

已知o是三角形內心,

設bo與ac相交於e,co與ab相交於f,

∵o是內心

∴b/a=af/bf,c/a=ae/ce

過a作co的平行線,與bo的延長線相交於n,過a作bo的平行線,與co的延長線相交於m,

所以四邊形oman是平行四邊形

根據平行四邊形法則,得

向量oa

=向量om+向量on

=(om/co)*向量co+(on/bo)*向量bo

=(ae/ce)*向量co+(af/bf)*向量bo

=(c/a)*向量co+(b/a)*向量bo

∴a*向量oa=b*向量bo+c*向量co

∴a*向量oa+b*向量ob+c*向量oc=向量0

2.已知△abc 為斜三角形,且o是△abc所在平面上的乙個定點,動點p滿足向量op=oa+入,

求證p點軌跡過三角形的垂心

op=oa+入,

op-oa=入,

ap=入,

ap*bc=入,

ap*bc=入,

ap*bc=入,

ap*bc=入,

根據正弦定理得:|ab|/sinc=|ac|/ sinb,

所以|ab|*sinb=|ac|*sinc ∴-|bc|/ (|ab|*2sinb ) +|bc|/(|ac|*2sinc )=0,

即ap*bc=0,

p點軌跡過三角形的垂心

3. op=oa+λ(ab/(|ab|sinb)+ac/(|ac|sinc))

op-oa=λ(ab/(|ab|sinb)+ac/(|ac|sinc))

ap=λ(ab/(|ab|sinb)+ac/(|ac|sinc))

ap與ab/|ab|sinb+ac/|ac|sinc共線

根據正弦定理:|ab|/sinc=|ac|/sinb,

所以|ab|sinb=|ac|sinc,

所以ap與ab+ac共線 ab+ac過bc中點d,

所以p點的軌跡也過中點d,

∴點p過三角形重心。

4. op=oa+λ(abcosc/|ab|+accos

b/|ac|) op=oa+λ(abcosc/|ab|+accosb/|ac|)

ap=λ(abcosc/|ab|+accosb/|ac|)

ap*bc

=λ(ab*bc cosc/|ab|+ac*bc cosb/|acab|*|bc|cos(180° -b)cosc/|ab|+|ac|*|bc| cosccosb/|acbc|cosbcosc+|bc| cosccosb] =0,

所以向量ap與向量bc垂直, p點的軌跡過垂心。

5. op

=oa+λ(ab/|ab|+ac/|ac|) op

=oa+λ(ab/|ab|+ac/|ac|) op-oa

=λ(ab/|ab|+ac/|ac|) ap

=λ(ab/|ab|+ac/|ac|)

ab/|ab|、ac/|ac|各為ab、ac方向上的單位長度向量,

向量ab與ac的單位向量的和向量,

因為是單位向量,模長都相等,構成菱形, 向量ab與ac的單位向量的和向量為菱形對角線, 易知是角平分線,所以p點的軌跡經過內心。

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