欧拉线
三角形的重心、垂心和外心共线
三角形的外心、重心、九点圆圆心、垂心,依次位于同一直线上,这条直线就叫三角形的欧拉线,且外心到重心的距离等于垂心到重心距离的一半,且九点圆圆心为外心与垂心连线的中点
定义
莱昂哈德·欧拉于1765年在他的著作《三角形的几何学》中首次提出定理:三角形的重心在欧拉线上,即三角形的重心、垂心和外心共线,而且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半。
如右图,长城欧拉线(图中的红线)是指过三角形的垂心(蓝)、外心(绿)、重心(黄)和欧拉圆圆心(红点)的一条直线。
注: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,称为欧拉圆。
证法
证法1
设H,G,O,分别为△ABC的垂心、重心、外心。联结AG并延长交BC于D, 则可知D为BC中点
联结OD ,又因为O为外心,所以。联结AH并延长交BC于E,因H为垂心,所以 。所以,有。由于G为重心,则。
联结CG并延长交BA于F,则可知F为AB中点。同理,.所以有
联结FD,有FD平行AC,且有。FD平行AC,所以,,又,,相减可得,所以有,所以O;又所以
又,所以。所以,又联结AG并延长,所以,所以。即O、G、H三点共线
证法2
还是向量做法,
设△ABC的外心,重心,垂心分别为O,G,H。作△ABC的中点三角形DEF
同理
∴O是△DEF的垂心。
又且
同理
证法3
如图所示,设AM为△ABC的中线,H、O分别是垂心和外心,连接AH、OM,则
连接OB、OC,易证
(R是△ABC外接圆半径)
又连接BH并延长交AC于D,则
设OH和AM交于G,则
∴G是△ABC的重心,即O、H、G三点共线,且
应用
1 :平面上共圆的5个点,任取其中3点组成三角形,过其重心作另外两点连线的垂线,共有10条。则这10线交于一点。
证明:设5个点对应的向量分别是,且它们的模相等
因为,所以0, , , 这四个点构成一个菱形,所以它们的对角线垂直,所以垂直于、的连线就相当于平行于。
这样经过三角形的重心,且垂直于,连线的直线方程就是
,其中t是任意实数
取 ,就得到在这直线上。同理可得这点在所有这类直线上。
2:平面上共圆的5个点,任取其中3点组成三角形,过其垂心作另外两点连线的垂线,共有10条。则这10线交于一点。
3:平面上共圆的5个点,任取其中3点组成三角形,过其九点圆圆心作另外两点连线的垂线,共有10条。则这10线交于一点。
证明:第2,3个结论缘于以下事实:长城欧拉线上的四点中,九点圆圆心到垂心和外心的距离相等,而且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半。
4:在△ABC中,点D,E,F分别为边BC,CA,AB的中点,连接 DE,EF,FD,则△ABC与△DEF 的欧拉线重合。
参考资料
目录
概述
定义
证法
证法1
证法2
证法3
应用
参考资料