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欧拉圆_在线百科全书查询


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欧拉圆




定理内容与性质


欧拉圆又称九点圆。

三角形三边的中点,三高的垂足和三个欧拉点[连结三角形各顶点与垂心所得三线段的中点]九点共圆。通常称这个圆为九点圆[nine-point circle],又称欧拉圆或费尔巴哈圆.。

九点圆具有许多有趣的性质,例如:

1. 三角形的九点圆的半径是三角形的外接圆半径之半;

2. 九点圆的圆心在欧拉线上,且恰为垂心与外心连线的中点;

3. 三角形的九点圆与三角形的内切圆,三个旁切圆均相切(费尔巴哈定理);

4. 九点圆是一个垂心组(即一个三角形三个顶点和它的垂心,共四个点,每个点都是其它三点组成的三角形的垂心,共4个三角形)共有的九点圆,所以九点圆共与四个内切圆、十二个旁切圆相切。

5. 九点圆心(V),重心(G),垂心(H),外心(O)四点共线,且HG=2OG,OG=2VG,OH=2OV。

九点圆圆心的重心坐标的计算跟垂心、外心一样麻烦。

设d1,d2,d3分别是三角形三个顶点连向另外两个顶点向量的点乘,并令c1=d2d3,c2=d1d3,c3=d1d2;c=c1+c2+c3。

那么重心坐标为:( (2c1+c2+c3)/4c,(2c2+c1+c3)/4c,(2c3+c1+c2)/4c )。

证明


如右图所示,△ABC的BC边垂足为D,BC边中点为L。证法为以垂心H为位似中心,1/2为位似比作位似变换。

连结HL并延长至L'',使LL''=HL;做H关于BC的对称点D''。

显然,∠BHC=∠FHE=180-∠A,所以∠BD''C=∠BHC=180-∠A,从而A,B,D'',C四点共圆。

又因为BC和HL''互相平分于L,所以四边形BL''CH为平行四边形。故∠BL''C=∠BHC=180-∠A,从而A,B,L'',C四点共圆。综上,A,B,C,D'',L''五点共圆。显然,对于另外两边AB,AC边上的F,N,E,M也有同样的结论成立,故A,B,C,D'',L'',F'',N'',E'',M''九点共圆。此圆即△ABC的外接圆⊙O。

接下来做位似变换,做法是所有的点(⊙O上的九个点和点O本身)都以H为位似中心进行位似比为1/2的位似变换。那么,L''变到了L(因为HL''=2HL),D''变到了D(因为D''是H关于BC的对称点),B变到了Q,C变到了R(即垂心与顶点连线的中点)。其它各点也类似变换。O点变成了OH中点V。

位似变换将圆仍映射为圆(容易用向量证明),因此原来在⊙O上的九个点变成了在⊙V上的九个点,且⊙V的半径是⊙O的一半。

这就证明了三角形三边的中点,三高的垂足和三个欧拉点都在一个圆上。

第二种简单的证法


作图如下:△ABC的BC边垂足为D,BC边中点为L,

AC边垂足为E,AC边中点为M,

AB边垂足为F,AB边中点为N,

垂心为H,AH,BH,CH中点分别为P,Q,R

(思路:以PL为直径,其它任意某点,去证P某L为90)

证明:(由中位线)PM平行CH,LM平行AB,又CH垂直AB∴PM垂直LM,又PD垂直LD,∴PMDL共圆。

(由中位线)PR平行AC,LR平行BH,BH垂直AC,所以PR垂直LR∴PMRDL五点共圆。

(由圆的的直径所对应的圆周角为直角)连接PL,则PL即为直径。所以∠PML=∠PEL=90,所以∴PEMRDL六点点共圆,同理可证PFNQL五点共圆,PL为直径,

所以PEMRDLQNF九点共圆,PL为直径,PL中点(设为V)就是圆心

下证 九点圆的圆心在垂心与外心连线的中点

O为外心,OL平行等于AH一半(这个小定理我就不证明了)所以OL平行等于PH

OLPH为平行四边形,V是PL中点,就是OH中点

历史


九点圆是几何学史上的一个著名问题。最早提出九点圆的是英国的培亚敏俾几(Benjamin Beven),问题发表在1804年的一本英国杂志上。第一个完全证明此定理的是法国数学家彭赛列(1788-1867)也有说是1820-1821年间由法国数学家热而工(1771-1859)与彭赛列首先发表的。一位高中教师费尔巴哈(1800-1834)也曾研究了九点圆,他的证明发表在1822年的《直边三角形的一些特殊点的性质》一文里,文中费尔巴哈还获得了九点圆的一些重要性质(如下列的性质3)故有人称九点圆为费尔巴哈圆。

相关分词: 欧拉