Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Три высоты треугольника пересекаются в ортоцентре, который для острого треугольника находится внутри треугольника.

В геометрии , высота из треугольника является отрезок через вершину и перпендикуляр к (то есть, образуя прямой угол с) строкой , содержащего основание ( со стороны , противоположной вершиной). Эта линия, содержащая противоположную сторону, называется расширенной базой высоты. Пересечение расширенного основания и высоты называется подножием.высоты. Длина высоты, часто называемая просто «высотой», - это расстояние между расширенным основанием и вершиной. Процесс рисования высоты от вершины до ступни называется понижением высоты в этой вершине. Это частный случай ортогональной проекции .

Высоты можно использовать при вычислении площади треугольника: половина произведения длины высоты на длину основания равна площади треугольника. Таким образом, самая длинная высота перпендикулярна самой короткой стороне треугольника. Высоты также связаны со сторонами треугольника через тригонометрические функции .

В прямоугольном треугольнике высота каждого острого угла совпадает с катетом и пересекает противоположную сторону в прямоугольной вершине, которая является ортоцентром (имеет основание в).

В равнобедренном треугольнике (треугольнике с двумя равными сторонами) высота, имеющая неконгруэнтную сторону в качестве основания, будет иметь середину этой стороны в качестве основания. Также высота, в основе которой лежит неконгруэнтная сторона, будет биссектрисой угла при вершине.

Обычно высоту обозначают буквой h (как в высоту ), часто с нижним индексом с названием стороны, на которую рисуется высота.

В прямоугольном треугольнике высота, проведенная к гипотенузе c, делит гипотенузу на два отрезка длиной p и q . Если обозначить длину высоты через h c , то получим соотношение

  ( Геометрическая теорема о среднем )
Высоты от каждого из острых углов тупого треугольника лежат полностью вне треугольника, как и ортоцентр H.

Для острых и прямоугольных треугольников все основания высот приходятся на стороны треугольника (не вытянутые). В тупоугольном треугольнике (треугольнике с тупым углом ) основание высоты до тупоугольной вершины попадает внутрь противоположной стороны, но основания высот к остроугольным вершинам падают на противоположную вытянутую сторону. , вне треугольника. Это показано на соседней диаграмме: в этом тупом треугольнике высота, пониженная перпендикулярно верхней вершине, имеющей острый угол, пересекает расширенную горизонтальную сторону вне треугольника.

Ортоцентр [ править ]

Три высоты, пересекающиеся в ортоцентре

Три (возможно , расширено) абсолютные высоты пересекаются в одной точке, называемой ортоцентр треугольника, обычно обозначаемый Н . [1] [2] Ортоцентр лежит внутри треугольника тогда и только тогда, когда треугольник острый (т.е. не имеет угла больше или равного прямому). Если один угол является прямым углом, ортоцентр совпадает с вершиной под прямым углом. [2]

Пусть A , B , C обозначают вершины, а также углы треугольника, и пусть a = | BC |, b = | CA |, c = | AB | быть длинами сторон. Ортоцентр имеет трилинейные координаты [3]

и барицентрические координаты

Поскольку все барицентрические координаты положительны для точки внутри треугольника, но по крайней мере одна отрицательна для точки на внешней стороне, а две из барицентрических координат равны нулю для точки вершины, барицентрические координаты, данные для ортоцентра, показывают, что ортоцентр находится внутри острого треугольника , в прямоугольной вершине прямоугольного треугольника и вне тупого треугольника .

В комплексной плоскости , пусть точки , B и C представляют собой цифры , и, соответственно, и предположим , что окружности треугольника ABC расположен в начале координат плоскости. Тогда комплексное число

представлен точкой H , а именно ортоцентром треугольника ABC . [4] Отсюда можно непосредственно установить следующие характеристики ортоцентра H с помощью свободных векторов :

Первое из предыдущих векторных тождеств также известно как проблема Сильвестра , предложенная Джеймсом Джозефом Сильвестром . [5]

Свойства [ править ]

Пусть D , E и F обозначают основания высот от A , B и C соответственно. Потом:

  • Произведение длин сегментов, на которые ортоцентр делит высоту, одинаково для всех трех высот: [6] [7]
Круг с центром в H, имеющий радиус квадратный корень из этой константы, является полярным кругом треугольника . [8]
  • Сумма отношений на трех высотах расстояния ортоцентра от основания к длине высоты равна 1: [9] (Это и следующее свойство являются приложениями более общего свойства любой внутренней точки и через него три чевиана .)
  • Сумма отношений на трех высотах расстояния ортоцентра от вершины к длине высоты равна 2: [9]
  • Изогональный конъюгат из ортоцентра является окружностью треугольника. [10]
  • Изотомическое сопряжение из ортоцентра является симедиана точкой из антикомплементарную треугольника . [11]
  • Четыре точки на плоскости, одна из которых является ортоцентром треугольника, образованного другими тремя, называются ортоцентрической системой или ортоцентрическим четырехугольником.

Связь с кругами и кониками [ править ]

Обозначим описанной окружности треугольника с помощью R . Тогда [12] [13]

Кроме того, обозначая r как радиус вписанной окружности треугольника , r a , r b и r c как радиусы его вневписанных окружностей , а R снова как радиус его описанной окружности, следующие соотношения справедливы относительно расстояний ортоцентра от вершины: [14]

Если любую высоту, например AD , продолжить до пересечения описанной окружности в точке P , так что AP является хордой описанной окружности, то основание D делит отрезок HP пополам : [7]

В директрисах всех парабол , которые внешне касательную к одной из сторон треугольника и касательной к продолжениям других сторон проходят через ортоцентр. [15]

Circumconic , проходящий через ортоцентр треугольника является прямоугольной гиперболой . [16]

Отношение к другим центрам, круг из девяти точек [ править ]

Ортоцентр H , центроид G , центр описанной окружности O и центр N окружности из девяти точек лежат на одной прямой, известной как линия Эйлера . [17] Центр окружности из девяти точек находится в средней точке линии Эйлера, между ортоцентром и центром описанной окружности, а расстояние между центром тяжести и центром описанной окружности составляет половину расстояния между центром тяжести и ортоцентром: [18]

Ортоцентр ближе к центру I, чем к центроиду, а ортоцентр дальше, чем центр тяжести от центроида:

С точки зрения сторон a, b, c , радиуса r и описанного радиуса R , [19]

[20] : с. 449

Ортический треугольник [ править ]

Треугольник abc (соответственно DEF в тексте) - это ортический треугольник треугольника ABC.

Если треугольник АВС является косым (не содержит правый угол), то педаль треугольник из ортоцентра исходного треугольника называется orthic треугольник или высота треугольника . То есть основания высот наклонного треугольника образуют ортический треугольник DEF . Кроме того, центр (центр вписанной окружности) ортогонального треугольника DEF является ортоцентром исходного треугольника ABC . [21]

Трилинейные координаты вершин ортогонального треугольника задаются выражением

  • D = 0: сек B  : сек C
  • E = сек A  : 0: сек C
  • F = сек A  : сек B  : 0 .

В протяженной стороны этого треугольника пересекается orthic противоположности расширенной стороны ее опорного треугольника в три коллинеарных точках . [22] [23] [21]

В любом остром треугольнике вписанный треугольник с наименьшим периметром - это ортический треугольник. [24] Это решение проблемы Фаньяно , поставленной в 1775 году. [25] Стороны ортогонального треугольника параллельны касательным к описанной окружности в вершинах исходного треугольника. [26]

Ортический треугольник острого треугольника дает треугольный световой путь. [27]

Касательные линии девятиконечной окружности в серединах сторон ABC параллельны сторонам ортогонального треугольника, образуя треугольник, подобный ортическому треугольнику. [28]

Ортический треугольник тесно связан с касательным треугольником , построенным следующим образом: пусть L A будет прямой, касательной к описанной окружности треугольника ABC в вершине A , и определим L B и L C аналогично. Пусть A " = L B  ∩  L C , B" = L C  ∩  L A , C " = L C  ∩  L A. Тангенциальный треугольник - это A" B "C", стороны которого являются касательными к описанной окружности треугольника ABC в его вершинах; он гомотетичен ортическому треугольнику. Центр описанной окружности тангенциального треугольника и центр подобия ортического и касательного треугольников находятся на прямой Эйлера . [20] : с. 447

Трилинейные координаты вершин касательного треугольника задаются выражением

  • A " = - a  : b  : c
  • B " = a  : - b  : c
  • C " = a  : b  : - c .

Дополнительную информацию об ортическом треугольнике см. Здесь .

Некоторые дополнительные теоремы о высоте [ править ]

Высота по сторонам [ править ]

Для любого треугольника со сторонами a, b, c и полупериметром s = ( a + b + c ) / 2 высота со стороны a определяется выражением

Это следует из сочетания формулы Герона для площади треугольника с точкой зрения сторон с формулой площади (1/2) × × высота базы, где основание берутся в качестве бокового а , а высота высоты от A .

Теоремы Инрадиуса [ править ]

Рассмотрим произвольный треугольник со сторонами a, b, c и соответствующими высотами h a , h b и h c . Высоты и радиус вписанной окружности r связаны соотношением [29] : Лемма 1

Теорема Циркумрадиуса [ править ]

Обозначая высоту от одной стороны треугольника как ч а , а две другие стороны как б и с , и треугольника описанной окружности (радиус описанной окружности треугольника) , как R , высота задается [30]

Внутренняя точка [ править ]

Если p 1 , p 2 и p 3 - перпендикулярные расстояния от любой точки P до сторон, а h 1 , h 2 и h 3 - высоты до соответствующих сторон, то [31]

Теорема площади [ править ]

Обозначая высоты любого треугольника из сторон , б и с , соответственно , как , , и , и обозначая полуприцеп суммы обратных высот , как мы имеем [32]

Общая точка на высоте [ править ]

Если E - любая точка на высоте AD любого треугольника ABC , то [33] : 77–78

Треугольники особого случая [ править ]

Равносторонний треугольник [ править ]

Для любой точки P внутри равностороннего треугольника сумма перпендикуляров к трем сторонам равна высоте треугольника. Это теорема Вивиани .

Правый треугольник [ править ]

Высота прямоугольного треугольника от его прямого угла до гипотенузы - это среднее геометрическое длин отрезков, на которые разбита гипотенуза. Используя теорему Пифагора о трех треугольниках сторон ( p  +  q , r , s  ) , ( r , p , h  ) и ( s , h , q  ) ,

В прямоугольном треугольнике три высоты h a , h b и h c (первые две из которых равны длинам участков b и a соответственно) связаны согласно [34] [35]

История [ править ]

Теорема о том, что три высоты треугольника пересекаются в одной точке, ортоцентре, была впервые доказана в публикации 1749 года Уильямом Чапплом . [36]

См. Также [ править ]

  • Центр треугольника
  • Медиана (геометрия)

Заметки [ править ]

  1. Перейти ↑ Smart 1998 , p. 156
  2. ^ a b Berele & Goldman 2001 , стр. 118
  3. ^ Энциклопедия Кларк Кимберлинг о Triangle центров «архивной копии» . Архивировано из оригинала на 2012-04-19 . Проверено 19 апреля 2012 .CS1 maint: archived copy as title (link)
  4. ^ Андрееску, Титу; Андрица, Дорин , "Комплексные числа от А до ... Я". Биркхойзер, Бостон, 2006, ISBN 978-0-8176-4326-3 , стр. 90, Предложение 3 
  5. ^ Дёрри, Генрих, "100 великих проблем элементарной математики. Их история и решение". Dover Publications, Inc., Нью-Йорк, 1965, ISBN 0-486-61348-8 , стр. 142 
  6. ^ Джонсон 2007 , стр. 163, статья 255
  7. ^ a b " " Ортоцентр треугольника " " . Архивировано из оригинала на 2012-07-05 . Проверено 4 мая 2012 .
  8. ^ Джонсон 2007 , стр. 176, статья 278
  9. ^ a b Panapoi, Ronnachai, "Некоторые свойства ортоцентра треугольника" , Университет Джорджии .
  10. Перейти ↑ Smart 1998 , p. 182
  11. ^ Вайсштейн, Эрик В. "Изотомическое сопряжение" из MathWorld - веб-ресурс Wolfram. http://mathworld.wolfram.com/IsotomicConjugate.html
  12. ^ Вайсштейн, Эрик В. "Ортоцентр". Материал из MathWorld - веб-ресурса Wolfram.
  13. ^ Altshiller-суд 2007 , стр. 102
  14. Белл, Эми, «Теорема Хансена о прямоугольном треугольнике, обратная ей и обобщение», Forum Geometricorum 6, 2006, 335–342.
  15. Перейти ↑ Weisstein, Eric W. Kiepert Parabola. Материал из MathWorld - веб-ресурса Wolfram. http://mathworld.wolfram.com/KiepertParabola.html
  16. Weisstein, Eric W. Jerabek Hyperbola. Материал из MathWorld - веб-ресурса Wolfram. http://mathworld.wolfram.com/JerabekHyperbola.html
  17. ^ Berele & Goldman 2001 , стр. 123
  18. ^ Berele & Goldman 2001 , стр. 124-126
  19. ^ Мари-Николь Гра, «Расстояния между центром описанной окружности треугольника вне касания и классическими центрами», Forum Geometricorum 14 (2014), 51-61. http://forumgeom.fau.edu/FG2014volume14/FG201405index.html
  20. ^ a b Смит, Джефф и Леверша, Джерри, «Эйлер и геометрия треугольника», Mathematical Gazette 91, ноябрь 2007 г., 436–452.
  21. ^ a b Уильям Х. Баркер, Роджер Хоу (2007). «§ VI.2: Классические совпадения». Непрерывная симметрия: от Евклида до Клейна . Американское математическое общество. п. 292. ISBN. 0-8218-3900-4.См. Также: следствие 5.5, с. 318.
  22. ^ Джонсон 2007 , стр. 199, статья 315
  23. ^ Altshiller-суд 2007 , стр. 165
  24. ^ Джонсон 2007 , стр. 168, статья 264
  25. ^ Berele & Goldman 2001 , стр. 120-122
  26. ^ Джонсон 2007 , стр. 172, Раздел 270c
  27. Брайант В. и Брэдли Х., «Треугольные световые пути», Mathematical Gazette 82, июль 1998 г., 298-299.
  28. Перейти ↑ Kay, David C. (1993), College Geometry / A Discovery Approach , HarperCollins, p. 6, ISBN 0-06-500006-4
  29. ^ Дорин Андрица и Дэн Стефан Маринеску. «Новые интерполяционные неравенства к R ≥ 2r Эйлера». Forum Geometricorum , Том 17 (2017), стр. 149–156. http://forumgeom.fau.edu/FG2017volume17/FG201719.pdf
  30. ^ Джонсон 2007 , стр. 71, раздел 101а
  31. ^ Джонсон 2007 , стр. 74, Раздел 103c
  32. ^ Митчелл, Дуглас В., "Формула типа Герона для обратной площади треугольника", Mathematical Gazette 89, ноябрь 2005 г., 494.
  33. ^ Альфред S Посаментьер и Чарльз Т. Залкинд, сложные проблемы в геометрии , Dover Publishing Co., второй пересмотренное издание 1996 года.
  34. ^ Волс, Роджер, "Целочисленные решения", Mathematical Gazette 83, июль 1999, 269–271.
  35. ^ Richinick, Дженнифер, "Перевернутая теоремы Пифагора," Математический вестник 92 июля 2008, 313-317.
  36. ^ Богомольный, Александр , «вохможно Первое доказательство Совпадение Высоты» , разрубить узел , извлекаются 2019-11-17

Ссылки [ править ]

  • Альтшиллер-Корт, Натан (2007) [1952], College Geometry , Dover Publications
  • Береле, Аллан; Голдман, Джерри (2001), Геометрия / Теоремы и конструкции , Прентис Холл, ISBN 0-13-087121-4
  • Джонсон, Роджер А. (2007) [1960], Advanced Euclidean Geometry , Dover, ISBN 978-0-486-46237-0
  • Смарт, Джеймс Р. (1998), Современная геометрия (5-е изд.), Брукс / Коул, ISBN 0-534-35188-3

Внешние ссылки [ править ]

  • Вайсштейн, Эрик В. «Высота» . MathWorld .
  • Ортоцентр треугольника С интерактивной анимацией
  • Анимированная демонстрация построения ортоцентра. Компас и линейка.
  • Проблема Фаньяно Джея Варендорфа, Wolfram Demonstrations Project .