之前分享了一題使用三角形旁心性質巧妙解答求角度難題,收到了很多留言咨詢。旁心是三角形五心之中,出場率較低的,所以我們今天來具體介紹一下旁心。
想重溫這道求角度的幾何題,可以點這裡:數學趣題:不用三角函數求出∠BAC的度數
下面我們進入正題:
三角形旁切圓的圓心,簡稱為三角形旁心,它是三角形一個内角的平分線和其他兩個内角的外角平分線的交點;顯然,任何三角形都存在三個旁切圓、三個旁心。
如下圖所示,已知三角形ABC,角C的外角平分線CD于角B的外角平分線BD交于D,則D為三角形ABC的一個旁切圓,D是一個旁心。
三角形旁心及旁切圓性質
旁心有以下性質:
性質1 :三角形的一條内角平分線與其他兩個角的外角平分線交于一點,該點即為三角形的旁心。
證:如上圖,已知角C的外角平分線CD于角B的外角平分線BD交于D,我們來證明AD一定平分角A。
取旁切圓圓D與直線AC和AB的切點,分别為E和F。連接ED、FD,可知角DEA和角DFA均為直角。
ED和DF都是半徑,即ED=DF。
三角形ADE與三角形ADF有公共邊AD,可得三角形ADE與三角形ADF全等
即可得到角DAF=角DAE,因此,直線AD平分角A。證畢
性質2:旁心到三角形三邊的距離相等。
根據角平分線性質,易證此性質
性質3:三角形有三個旁切圓,三個旁心。旁心一定在三角形外。
根據三角形特性,兩條三角形外角平分線的交點,一定交于三角形外,易證此性質
性質4:直角三角形斜邊上的旁切圓的半徑等于三角形周長的一半。
證:如上圖,三角形ABC中角A為90度,取BC與圓D的切點為G。
易知三角形DEC與三角形DGC全等,所以EC=CG。同理可知BG=BF。
三角形ABC的周長L=AB AC CB=(AB BG) (AC CG)=(AB BF) (AC EC)=AE AF
四邊形AFDE為正方形,AE及AF都等于圓D的半徑,得證。
三角形3個旁心組成的三角形為旁心三角形,如下圖所示的三角形HDI。這個旁心三角形也有多個美妙的性質。例如:
1)H、C、D三點共線等
2)旁心三角形HDI的垂心是原三角形ABC的内心
此外,其中HB、AD、CI三條線的交點O是三角形ABC的内心,圖中紅色的圓就是内接圓,與三個旁切圓都相切。
紫色的圓是旁心三角形HDI的外接圓,也稱為“貝文圓”。
具體的性質,有興趣的讀者可以自行證明
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