揭秘三角形外心、垂心、重心之间的关系:数学奥林匹克小丛书--初中卷(5)

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 本系列参考教材为小蓝本:数学奥林匹克小丛书(第三版)初中卷


正文



第七章   三角形的四心   

    本节重点: 三角形的重心、外心、内心、垂心及其基本性质
    前三节我们分别学习了重心、外心、垂心和内心,参见近期的文章:
        重心:数学奥林匹克小丛书--初中卷:三角形的重心
        外心:数学奥林匹克小丛书--初中卷:三角形的外心
        垂心:数学奥林匹克小丛书--初中卷:三角形的垂心
        内心:数学奥林匹克小丛书--初中卷:三角形的内心       

    除了它们各自的性质,将其中几个心组合起来又可得到一些美妙的性质,下面我们介绍两个定理:

  •  卡诺定理
三角形的任一顶点到垂心的距离,等于外心到对边距离的两倍
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    如图△ABC中,H为垂心,O为外心,即证明AH = 2OG:

    这个定理本身非常特别,揭示了外心和垂心之间的奇妙联系,下面我们尝试用多种方法进行证明,其中纯几何的证明以构造线段OG的二倍为入手点,借助中位线、平行四边形、直角三角形以及圆的知识完成证明。教材上的做法以中点构图为主,这里不再赘述。

证明思路一

    下面这一方法个人认为最为简单直接,比教材上的更容易想到:

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证明思路二:

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证明思路三:计算法(三角函数)    

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    在卡诺定理基础上,我们可以进一步证明欧拉定理,得到外心、垂心和重心之间的关系:

  •  欧拉定理
    三角形的外心、垂心、重心在一条直线上,且重心与垂心的距离是外心与重心之间距离的2倍
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最后我们看一道例题:

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    本题利用卡诺定理很容易解决,只需要构造出对应的元素。

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拓展应用
1、通过卡诺定理的做法1我们可以了解到另一个比较常用的美妙性质:

三角形任一顶点与外心、垂心的连线构成等角线

2、涉及内心的其他美妙性质:

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发布于 2024-04-22 19:29

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