平面向量与三角形的四心
平面向量与三角形四心
一、四心的概念介绍（1）重心——中线的交点：重心将中线长度分成2：1； （2）垂心——高线的交点：高线与对应边垂直；（3）内心——角平分线的交点（内切圆的圆心）：角平分线上的任意点到角两边的距离相等； （4）外心——中垂线的交点（外接圆的圆心）：外心到三角形各顶点的距离相等。
二、四心与向量的结合（1）OA OB OC0++=⇔O 是∆ABC 的重心.证法1：设O x y A x y B x y C x y 112233(,),(,),(,),(,)OA OB OC 0++=⇔x x x x x x y y y y y y 123123()()()0()()()0-+-+-=-+-+-=⎧⎨⎩x x x x y y y y 12312333⇔=++=++⎧⎨⎪⎪⎩⎪⎪⇔O 是∆ABC的重心. 证法2：如图++OA OB OCOA OD =+=20∴=2AO OD∴、、A O D 三点共线，且O 分AD为2：1∴O 是∆ABC 的重心（2）OA OB OB OCOC OA ⋅=⋅=⋅⇔O 为∆ABC 的垂心.证明：如图所示O 是三角形ABC 的垂心，BE 垂直AC ，AD 垂直BC ， D 、E 是垂足.OA OB OB OCOB OA OC OB CA ⋅=⋅⇔-=⋅=()0⇔⊥OB AC同理⊥OA BC ，⊥OC AB⇔O 为∆ABC 的垂心（3）设a ,b ,c 是三角形的三条边长，O 是∆ABC 的内心0++=⇔aOA bOB cOC O 为∆ABC 的内心.证明：、AB c AC b分别为、AB AC 方向上的单位向量，∴+AB c AC b平分∠BAC,D CB 平面向量与三角形四心(λ=∴AO bACc AB +)，令cb a bc++=λ∴cb a bcAO ++=（b AC c AB +) 化简得0)(=++++AC c AB b OA c b a∴0=++OC c OB b OA a（4==⇔O 为的外心。
平面向量与三角形“四心”
解题技巧与方法JIETI JIQIAO YU FANGFA 121平面向量与三角形“四心”◎胡建勋刘健( 永吉实验高中132200)平面向量是高中数学的重要工具之一，它不仅可以把几何问题转化为代数问题求解，也可以把代数问题转化为几何问题求解． 它与高中数学的许多模块( 三角函数，平面解析几何，立体几何，数列，不等式等) 都有紧密联系． 借助平面向量研究三角形“四心”问题更会起到意想不到的效果． 本文仅从几个方面加以说明，以餐读者．一、“三角形四心”的向量表示1． 三角形重心的向量表示→ → →G 是△ABC 重心 GA + GB + GC = 0 若 D ，E ，F 分别为→ → → → → →AB ，BC ，CA 中点则CG = 2 GD ( 或AG = 2 GE ，BG = 2GF ) 2． 三角形外心的向量表示 →→ →O 是 △ABC 外 心，==OB OC ( → →→ → →→ → →→OA + OB )·AB = ( OB + OC )·BC = ( OA + OC ) ·AC = 0．3． 三角形内心的向量表示 (→ → )→ →I 是 △ABC 内 心IA ·= IB ·( → → ( →→= IC·= 0．4． 三角形垂心的向量表示H 是 △ABC→→ → → → →垂心 HA ·BC = HB ·AC = HC ·AB→ → → → → →HA·HB = HB·HC = HC·HA ．二、“三角形四心”相关问题 1．“三角形四心”的判定解题策略 利用向量运算化简题干中的向量等式，再据“三角形四心”的向量表示判定． 例，(→→)1 点 O 为 △ABC 所在平面内一点OA + OB ·→ ( → →) → ( → →) →AB = OB + OC ·BC = OA + OC ·OB = 0，则 O 是△ABC() ．A ． 重心B ． 外心C ． 内心D ． 垂心→解析 设 D 为 AB→ →边中点，( OA + OB ) = 2 OD ，由→ →→ → →( OA + OB )·AB = 0，∴ OD·AB = 0，O 在 AB 垂直平分线上，同理 O 应在 BC ，AC 垂直平分线上．∴ O 是△ABC 外心． 应选 B ．例 2 点 O 为△ABC 所在平面内一点，且满足→2 +OA BC → 2 = OB → 2 + AC → 2 = OC → 2 +AB →2 ，则 O 是 △ABC的( ) ． A ． 重心 B ． 外心 C ． 内心 D ． 垂心解析由→2 +→2 = → 2 +→ 2得，OABC OB AC → → → →→ → →→→ ( AC － BC ) ( AC + BC ) + ( OB － OA ) ( OB + OA ) =0， AB( → →) →( → →)AC + BC + AB OB + OA = 0．→ →2 AB·OC = 0，则 O 是△ABC 中 AB 边的高上，同理 O 应在△ABC 中 AC ，BC 边的高上， ∴O 是△ABC 垂心． 应选 D ．2．“三角形四心”与动点轨迹解题策略: 探究动点经过特殊点问题，首先据题干给出的向量等式，利用向量运算化简后，结合向量运算的几何意义，判定动点轨迹特征． 例 3 点 O 是△ABC 所在平面内一定点，P 是△ABC 所→ →( → → )，则 P 点轨在平面内一动点，若OP = OA + λ 迹一定通过△ABC 的() ．A ． 重心B ． 外心C ． 内心D ． 垂心( → → )解析由若+ →OP = OA + λ→→AP =→→→→分别为→，→同向的单位向λ量，AP 与∠A 平分线所在直线共线， ∴ P 过△ABC 内心，应选 C ．例 4 点 O 是△ABC 所在平面内一定点，P 是△ABC 所( → →) ( → →)在平面内一动点，若 OP － OA · AB － AC = 0，则 P 点轨迹一定通过△ABC 的A ． 重心B ． 外心C ． 内心D ． 垂心解析→ → → → → →→ →AB － AC = CB ，OP － OA = AP ，又∵ ( OP － OA )·( → →)AB － AC= 0，→ →→ →∴ AP·CB = 0，AP ⊥BC ． ∴ P 在过 A 点且垂直于 BC 的垂线上，点 P 轨迹过 △ABC 的垂心应选 D ．例 5 点 O 是△ABC 所在平面内一定点，P 是△ABC 所→ →→→，则 P 点轨迹一定通过△ABC 的() ． A ． 重心 B ． 外心C ． 内心 D．垂心→ → →→得:解析由OA = OP + λ+→→，→ →= λ= 0．→ →∴ PA ⊥BC ．∴ P 在过 A 点且垂直于 BC 的直线上，( 转下页)数学学习与研究 2016. 9解题技巧与方法122 JIETI JIQIAO YU FANGFA数列{ n2 }和 S n 的新求法◎郑晶晶 ( 永嘉县东瓯街道办事处消防办，浙江温州 325100) 【摘要】介绍数列{ n2}和 S n的新求法．【关键词】数列; 初等数学= 4 + 4 + 4 + 4笔者在文中介绍了数列{ n2}和 S n的新求法．其很好的= 3 + 3 + 3 = 2 + 2展现了数学之美且易懂．= 1．即: T n + S n =［1 + 2 + 3 + 4 + … + ( n － 1) + n］一式: n2 = 1 + 3 + 5 + 7 + … + ( 2n － 3) + ( 2n － 1) +［1 + 2 + 3 + 4 + … + ( n － 1) + n］= 2 + 4 + 6 + 8 + … + ( 2n － 2) + 2n － n=［1 + 2 + 3 + 4 + … + ( n － 1) + n］·2 － n．+［1 + 2 + 3 + 4 + … + ( n － 1) + n］得到三式:( n2 + n) /2 = 1 + 2 + 3 + 4 + … + ( n － 1) + n +［1 + 2 + 3 + 4 + … + ( n － 1) + n］(在这里我们把等号的右边部分看作数列{ n( n + 1) /2}其+［1 + 2 + 3 + 4 + … + ( n － 1) + n］．和 T n．(上共有( n + 1)个［1 + 2 + 3 + 4 + … + ( n － 1) + n］相T n =［1 + 2 + 3 + 4 + … + ( n － 1) + n］+ 加)［1 + 2 + 3 + … + ( n － 1)］所以容易得出T n + S n =［1 + 2 + 3 + 4 + … + ( n － 1) + n］·( n + 1) + ( 1 + 2 + 3 + 4) = n·( n + 1) /2·( n + 1)+ ( 1 + 2 + 3) =［n·( n + 1)2］/2．+ ( 1 + 2) 又因为 T n为数列{ n( n + 1) /2}和，+ 1．因为 n( n + 1) /2 = ( n2 + n) /2，二式: n2 = n + n + n + … + n + n．(此处共有 n 个 n 相所以 Tn=［n( n + 1) /2 + S ］/2．加) 所以 T n + S n =［n( n + 1) /2 + S n］/2 + S n．所以所以［n( n + 1) /2 + S n］/2 + S n =［n·( n + 1)2］/2．S n = n + n + n + … + n + n．(此处共有 n 个 n 相加) 最后得出 S n = n( n + 1) ( 2n + 1) /6．= n + n + n + … + n(此处共有 n － 1 个 n － 1 相加)( 接上页)∴ P 在 BC 边高上，应过△ABC 的垂心，应选 D．→例 6 在△ABC 中，动点 M →2 －→2 →满足AC AB = 2 AM·BC，则点 M 一定通过△ABC 的( ) ．A．重心B．外心C．内心→2－→2D．垂心→ →→→解析由 AC AB = 2 AM · BC 得: ( AC － AB )→ →→→( AC + AB) = 2 AM·BC→→→→→→设 D 为 BC 中点，AC + AB = 2 AD，2 BC·AD = 2 AM·→ → →BC，BC·MD = 0．M 点应在 BC 的垂直平分线上．应选B．3．“三角形四心”的应用解题策略: 利用向量法解决有关“三角形四心”相关问题，首先确定一组基底，再根据“三角形四心”的向量表示，用向量线性运算，模的运算，向量数量积运算等简化( 经常利用正弦定理和余弦定理) 题干条件．例 7 G 是△ABC 的重心，AB，AC 的边长为 2 和 1，→→) ．∠BAC = 60°，则AG·BG等于(A．8 B．－1099C．5 －槡3 D．－5 + 槡39 9→ 1 → →解析AG = ( AB + AC)，3→ 1 →→ 1 →→BG = ( BC + BA) = ( AC － 2 AB)．3 3→ → 1 →→ 1 →→AG·BG = ( AB + AC) ×( AC － 2 AB)3 31 →2 →→→2)8= ( AC － AB·AC － 2 AB = －．9 9→例 8 O 是外接圆半径为 1 的△ABC 外心，且满足了 3 →→→→OA + 4 OB + 5 OC = 0，则OA·BC =→→→→→→解法 1 →→→OA·BC = OA ( OC － OB) = ，OA ·OC － OA ·→= →= →，OB又∵OA OB OC→→→3 OA +4 OB +5 OC = 0，∴ 9 → 2 →→→= 25 → 2OA + 12 OA·OB + 16 OB OC→→→→→→ 2 →→OA·OB = 0，3 OA + 5 OC = － 4 OB，9 OA + 30 OA·→ 2 = 16 → 2OC + 25 OC OB→ → 3 → → 3∴ OA·OC = －，∴ OA·BC = －．5 5→→解法 2 →→→→由 3 OA + 4 OB + 5 OC = 0，则以 3 OA，4 OB，5 →→OC为边可构成一个边长为3，4，5 的三角形，OA ·BC =→·→cos ∠AOC －→·→cos ∠AOB = cos OA OC OA OB∠AOC － cos∠AOB．∵ cos∠AOB = ，cos∠AOC = －3 →→ 3，∴ OA·BC = －．5 5数学学习与研究2016. 9。
三角形的四心与平面向量知识点总结
三角形的四心与平面向量知识点总结
三角形的四心与平面向量是一个关于平面几何的较为深奥的概念，它的概念要求学生
具备一定的几何知识，掌握这一概念对于学习几何领域的深入学习是十分有用的。
三角形的四心指的是在特定三角形ABC内构成特殊位置
三个点I（三角形BC边AB中点），J（三角形AC边BC中点），K（三角形AB边AC
中点），四点ABCIK组成的四边形，四边形的面积等于三角形的三分之一，此四边形称为BCIK三角形的四心．
此外，三角形的四心还有一个与平面向量密切相关的概念，在三角形的四心中，任
意三个角的夹角均为60°，在三角形四心ABCIK任意三点构成的三角形内构成平行四边形，平行四边形内两条边构成的三角形含有相同的角，平行四边形内两条边所在平面垂直于BCIK三角形的两条边，BCIK三角形的两条边构成的平面是BCIK三角形的平面向量．
三角形的四心与平面向量让学生熟悉一些它不同于其他几何图形所具有的形态特征，
有助于更深入地了解几何相关的知识，学习者不仅可以学习三角形的四心，还可以将其结
合实际的问题，学习如何用四心确定三角形的面积等相关的实际问题．。
专题：平面向量与三角形四心问题
专题:平面向量与三角形四心问题三角形四心指的是三角形的垂心、重心、内心和外心，在高考中常常结合平面向量的知识进行考察，是高中数学的一个难点.很多学生对三角形四心总是产生混淆，面对与四心有关的问题也常常束手无策，为了解决广大学子的困扰，本文以四心的常见结论出发，借助几道经典的例题，对三角形四心问题进行系统梳理，希望能够为读者提供帮助.如果读者是在校高中生，则标注了星号的内容可作为拓展知识. 一、三角形的内心（1）定义：三角形内切圆的圆心，即三角形三条角平分线的交点（如图1）. （2）向量表示：若O 为△ABC 的内心→→→→=⋅+⋅+⋅⇔0OC c OB b OA a . （注：本文中的边a ，b ，c 分别表示BC ，AC ，AB .角A ，B ，C 分别表示BAC ∠，ABC ∠，ACB ∠.）证明：→→→→→→→→→→=+⋅++⋅+⋅⇔=⋅+⋅+⋅0)()(0AC OA c AB OA b OA a OC c OB b OA a→→→→=⋅+⋅+⋅++⇔0)(AC c AB b OA c b a →→→⋅+⋅=⋅++⇔AC c AB b AO c b a )(||||||||)(→→→→→→→⋅⋅+⋅⋅=⋅++⇔AC AC AC c AB AB AB b AO c b a)||||()(→→→→→+⋅=⋅++⇔AC ACAB ABbc AO c b a)||||(→→→→→+⋅++=⇔AC ACAB AB c b a bc AO （图1）⇔点O 在角A 的角平分线上，同理点O 也在角B 、C 的角平分线上. ⇔O 为△ABC 的内心.（3）常用性质性质1：))(||||(R AC ACAB AB∈+⋅→→→→λλ所在的直线与A ∠的角平分线重合（经过内心）.证明：如图所示，||→→AB AB 表示→AB 上的单位向量，不妨记作→AD ，||→→AC AC 表示→AC 上的单位向量，不妨记作→AE .设→→→+=AE AD AP ，由平行四边形法则知，四边形ADPE 为菱形， 故直线AP 为A ∠的角平分线.))(||||(RAC ACAB AB∈+⋅∴→→→→λλ所在的直线与A ∠的角平分线重合（经过内心）.性质2：r c b a S ABC ⋅++=∆)(21（r △ABC 内切圆的半径）. 证明：由等面积法易证.性质3：O 为△ABC 的内心c b a S S S OAB OAC OBC ::::=⇔∆∆∆. 证明：由面积公式易证. （4）典例剖析例1-1：在△ABC 中，O 为平面内一个定点，动点P 满足)||||(→→→→→→++=AC ACAB ABOA OP λ,),0(+∞∈λ.则动点P 的轨迹经过△ABC 的（ ）A .内心B .外心C .垂心D .重心 解析：由性质1知，答案为A .例1-2：已知O 是△ABC 所在平面上的一点，若cb a PCc PB b PA a PO ++++=→→→→（其中P 是△ABC 所在平面内任意一点），则O 是△ABC 的（ ）A .内心B .外心C .垂心D .重心 解析：由题意知→→→→→→++=++PC c PB b PA a PO c PO b aPO ，即+-→→)(PO PA a→→→→→=-+-0)()(PO PC c PO PB b ，化简得→→→→=⋅+⋅+⋅0OC c OB b OA a .根据内心的向量表示知，O 是△ABC 的内心，答案为A .例1-3：已知O 是△ABC 内的一点，且满足0)||||(=-⋅→→→→→AC ACAB ABOA ，则OA 所在的直线一定经过三角形的（ ）A .内心B .外心C .垂心D .重心解析：||→→AB AB 表示→AB 上的单位向量，不妨记作→1e ，||→→AC AC 表示→AC 上的单位向量，不妨记作→2e .故0)(21=-⋅→→→e e OA ，即→→→→⋅=⋅21e OA e OA ,即>>=<<→→→→21,,e OA e OA .∴直线OA 与A ∠的角平分线重合，故OA 所在的直线一定经过三角形的内心，答案A .二、三角形的外心（1）定义：三角形外接圆的圆心，即三角形三边中垂线的交点（如图2）. （2）向量表示：若O 为△ABC 的外心||||||→→→==⇔OC OB OA . （3）常用性质：奔驰定理*：已知O 为△ABC 内的一点（不一定为外心）， 则→→∆→∆→∆=⋅+⋅+⋅0OC S OB S OA S OAB OAC OBC .（该定理反之也成立）证明：不妨延长AO 到D （如下图），则 （图2）=++===∆∆∆∆∆∆∆∆ACD ABD OAC OAB ACD OAC ABD OAB S S S S S S S S AD AO ABC OACOAB S S S ∆∆∆+， 即→∆∆∆→+=AD S S S AO ABCOAC OAB .且根据B ，D ,C 三点共线知，→∆∆∆→∆∆∆→+++=AB S S S AC S S S AD OAC OAB OACOAC OAB OAB ，故→∆∆→∆∆→+=AB S S AC S S AO ABC OAC ABC OAB ，即)()(→→∆∆→→∆∆→-+-=-OA OB S S OA OC S S OA ABCOAC ABC OAB . →→∆→∆→∆=⋅+⋅+⋅∴0OC S OB S OA S OAB OAC OBC （反之易证）性质1*：O 为△ABC 的外心C B A S S S OAB OAC OBC 2sin :2sin :2sin ::=⇔∆.证明：如图2所示，O 为△ABC 的外心A R BOC R S OBC 2sin 212sin 2122=∠=⇔∆，B R AOC R S OAC 2sin 212sin 2122=∠=∆，C R AOB R S OAB 2sin 212sin 2122=∠=∆ C B A S S S OAB OAC OBC 2sin :2sin :2sin ::=⇔∆（R 为△ABC 外接圆半径）.性质2*：O 为△ABC 的外心→→→→=⋅+⋅+⋅⇔0)2(sin )2(sin )2(sin OC C OB B OA A . 证明：结合性质1与奔驰定理易证.（4）典例剖析例2-1：在△ABC 中，O 为平面内一个定点，动点P 满足++=→→→2OCOB OP )cos ||cos ||(CAC AC BAB AB →→→→+λ，),0(+∞∈λ.则动点P 的轨迹一定经过△ABC 的（ ）A .内心B .外心C .垂心D .重心 解析：设线段BC 的中点为D ，故)cos ||cos ||(C AC AC BAB AB OD OP →→→→→→++=λ，即)cos ||cos ||(CAC AC BAB AB DP →→→→→+=λ,而)cos ||cos ||(CAC BC AC BAB BC AB BC DP →→→→→→→→⋅+⋅=⋅λ，即)cos ||cos ||||cos ||)cos(||||(CAC CBC AC B AB B BC AB BC DP →→→→→→→→⋅+-⋅=⋅πλ0|)|||(=+-=→→BC BC λ 即→→⊥BC DP ，故点P 在线段BC 的垂直平分线上. ∴动点P 的轨迹一定经过△ABC 的外心，答案B .例2-2：在△ABC 中，动点O 满足→→→→⋅=-BC AO AB AC 222，则点O 一定经过△ABC 的（ ）A .内心B .外心C .垂心D .重心解析：由题知→→→→→→⋅=+-BC AO AB AC AB AC 2))((，设D 为BC 的中点，则=⋅→→AD BC 2→→⋅BC AO 2,故0=⋅→→OD BC ,即→→⊥OD BC ，O ∴在BC 的垂直平分线上，故点O 一定经过△ABC 的外心，答案B .例2-3：已知O 为△ABC 所在平面内的一点，满足→→→→⋅=⋅BA OB AB OA ，=⋅→→BC OB→→⋅CB OC ，则O 为△ABC 的（ ）A .内心B .外心C .垂心D .重心解析：由→→→→⋅=⋅BA OB AB OA 知0)(=+⋅→→→OA OB AB ,即0)()(=+⋅-→→→→OA OB OA OB ，即||||→→=OA OB ,同理可得：||||→→=OC OB ，O ∴为△ABC 的外心，答案B .三、三角形的垂心（1）定义：三角形三条高的交点（如图3）.（2）向量表示：若O 为△ABC 的垂心→→→→→→⋅=⋅=⋅⇔OC OB OC OA OB OA . 证明：→→→→→→→→→→→⊥⇔=⋅=-⋅⇔⋅=⋅BC OA BC OA OB OC OA OC OA OB OA 0)(.同理→→⊥AC OB ,O AB OC ⇔⊥→→为△ABC 的垂心.（3）常用性质性质1*：O 为锐角△ABC 的垂心⇔=∆∆∆OAB OAC OBC S S S ::C B A tan :tan :tan . （图3）证明：ACDOC b BCDOC a OF b OE a S S OAC OBC ∠⋅⋅∠⋅⋅=⋅⋅=∆∆sin sin ,且在直角△BCD 和直角△ACD 中有 B BCD cos sin =∠，A ACD cos sin =∠.故BAA B B A A b B a S S OAC OBC tan tan cos sin cos sin cos cos =⋅⋅=⋅⋅=∆∆. 同理，CBS S OAB OAC tan tan =∆∆. C B A S S S OAB OAC OBC tan :tan :tan ::=∴∆∆∆，反之易证.性质2*：当O 为锐角△ABC 的垂心→→→→=⋅+⋅+⋅⇔0tan tan tan C OC B OB A OA .证明：利用性质1和“奔驰定理”易证. （4）典例剖析例3-1：在△ABC 中，O 为平面内一个定点，动点P 满足)cos ||cos ||(CAC AC BAB AB OA OP →→→→→→++=λ，),0(+∞∈λ，则动点P 的轨迹一定经过△ABC 的（ ）A .内心B .外心C .垂心D .重心 解析：由题知)cos ||cos ||(CAC AC BAB AB AP →→→→→+=λ,得=⋅+-⋅=⋅+⋅=⋅→→→→→→→→→→→→→→)cos ||cos ||||cos ||)cos(||||()cos ||cos ||(CAC CBC AC B AB B BC AB CAC BC AC BAB BC AB BC AP πλλ0|)|||(=+-→→BC BC λ，即→→⊥BC AP .P ∴在BC 边上的高上，过垂心，答案C .例3-2：已知O 为△ABC 所在平面内的一点，且满足=+=+→→→→2222||||||||AC OB BC OA22||||→→+AB OC ,则O 是△ABC 的（ ）A .内心B .外心C .垂心D .重心 解析：由题知2222||||||||→→→→-=-BC AC OB OA ，即=+⋅-→→→→)()(OB OA OB OA)()(→→→→+⋅-BC AC BC AC ，即0)()(=+⋅++⋅→→→→→→OB OA AB BC AC AB ,即02=⋅→→OC AB ，故→→⊥OC AB ，同理→→⊥OB AC ，→→⊥OA BC∴O 是△ABC 的垂心，答案C .例3-3：设O 是△ABC 的外心，点P 满足→→→→=++OP OC OB OA ,则P 是△ABC 的（ ）A .内心B .任意一点C .垂心D .重心 解析：由题知→→→→→=-=+CP OC OP OB OA ，由于O 是△ABC 的外心，故→→→=+OD OB OA 2（D 为线段AB 的中点）且→→⊥AB OD ，即→→=OD CP 2，→→⊥∴AB CP ，同理→→⊥AC BP ，→→⊥BC AP ，故P 是△ABC 的垂心，答案C .四、三角形的重心（1）定义：三角形三条中线的交点（如图4）.（2）向量表示：若O 为△ABC 的重心→→→→=++⇔0OC OB OA . （3）常用性质 （ 图4 ）性质1：若O 为△ABC 的重心ABC OBC OAC OAB S S S S ∆∆∆∆===⇔31性质2：若O 为△ABC 的重心→→=⇔AF AO 32，→→=BD BO 32，→→=CF CO 32性质3：已知),(11y x A ，),(22y x B ,),(33y x C .若O 为△ABC 的重心)3,3(321321y y y x x x O ++++⇔.（4）典例剖析例4-1：在△ABC 中，O 为平面内一个定点，动点P 满足)sin ||sin ||(CAC AC BAB AB OA OP →→→→→→++=λ，),0(+∞∈λ，则动点P 的轨迹一定经过△ABC的（ ）A .内心B .外心C .垂心D .重心 解析：由题知)sin ||sin ||(CAC AC BAB AB AP →→→→→+=λ，其中hC AC B AB ==→→sin ||sin ||（h 表示BC 边上的高），故)(hACh AB AP →→→+=λ→=AF h λ2（F 为线段BC 的中点）. P ∴在BC 边上的中线上，故动点P 的轨迹一定经过△ABC 的重心，答案D .例4-2：在△ABC 中，O 为平面内一个定点，动点P 满足])21()1()1[(31→→→→++-+-=OC OB OA OP λλλ，R ∈λ，则动点P 的轨迹一定经过△ABC 的（ ）A .内心B .外心C .垂心D .重心解析：设AB 的中点为D ，故])21()1(2[31→→→++-=OC OD OP λλ，由于+-3)1(2λ1321=+λ，即点P ，C ，D 三点共线. P ∴在AB 边上的中线上，故动点P 的轨迹一定经过△ABC 的重心，答案D .例4-3：已知O 在△ABC 内，且满足→→→→=++0432OC OB OA ，现在到△ABC 内随机取一点，次点取自△OAB ，△OAC ，△OBC 的概率分别记为1P 、2P 、3P ,则（ ）A .321P P P ==B .123P P P >>C .321P P P >>D .312P P P >> 解析：法一：如图，延长OA ，OB ，OC 使得OA OD 2=,OB OE 3=，OC OF 4=, 故→→→→=++0OF OE OD ，即O 是△DEF 的重心，即△OED 、△ODF 、 △OEF 的面积相等，不妨令它们的面积都为1. 61=∴∆OAB S ，81=∆OAC S ，121=∆OBC S ,故321P P P >>，答案C . 法二：由“奔驰定理”知，k S OBC 2=∆，k S OAC 3=∆，kS OAB 4=∆（k 为比例系数），故321P P P >>，答案C .法三：根据三角形内心的向量表示，不妨设O 是以2k ，3k ，4k （k 为比例系数）为边长的三角形的内心，所以OBC OAC OAB S S S ∆∆∆>>,即321P P P >>，答案C .五、等腰（边）三角形的四心 （1）等腰三角形等腰三角形只有顶角的角平分线与中线、高三线重合，其余的线不重合.另外，等腰三角形的四心不重合. （2）等边三角形性质1：若△ABC 为等边三角形⇔△ABC 四心合一. 性质2：若△ABC 为等边三角形⇔△ABC 三线合一. 六、欧拉线*瑞士数学家欧拉（1707~1783）于1765年在他的著作《三角形 的几何学》中首次提出：（如图5）任意△ABC （非等边三角形）的垂心D 、重心E 、外心F 三点共线，即欧拉线. （图5）特别地，（如图6）当△ABC 为直角三角形时（A 为直角），垂心D 与A 重合，外心F 在BC 的中点上，欧拉线为直角△ABC 的外接圆半径（或BC 边上的中线）.（图6）性质1：在任意三角形中，垂心与重心的距离是重心与外心距离的2倍，即EF DE 2=.。
平面向量与三角形“四心”(较全面)
平面向量与三角形“四心”（较全面）一、“四心”概念（1）重心——中线的交点：重心将中线长度分成2：1； （2）垂心——高线的交点：高线与对应边垂直；（3）内心——角平分线的交点（内切圆的圆心）：角平分线上的点到角两边的距离相等； （4）外心——中垂线的交点（外接圆的圆心1）：外心到三角形各顶点的距离相等.二、“四心”的充要条件（1）⇔=++→→→→0OC OB OA 是△ABC 的重心.【证法1】：设()y x O ,，()11,y x A ，()22,y x B ，()33,y x C⇔=++→→→→0OC OB OA ()()()()()()⎩⎨⎧=-+-+-=-+-+-00321321y y y y y y x x x x x x ⎪⎩⎪⎨⎧++=++=⇔33321321y y y y x x x x ⇔是的重心.【证法2】：∵→→→→→→=+=++02ODOAOCOBOA,∴→→=ODAO2∴A,O,D三点共线，且O分AD为2：1，∴是△ABC的重心.（2）⇔⋅=⋅=⋅→→→→→→OA OC OC OB OB OA 为△ABC 的垂心.【证明】：如图,O 是三角形ABC 的垂心，BE 垂直AC ，AD 垂直BC ，D 、E 是垂足.→→→→→→→→→→→⊥⇔=⋅=-⇔⋅=⋅AC OB CA OB OC OA OB OC OB OB OA 0)(同理→→⊥OB OA ，⇔⊥→→AB OC O 为△ABC 的垂心. (3) ⇔=++→→→→0OC c OB b OA a O 为△ABC 的内心. 【证明】：∵bAC c AB →→,分别为→→AC AB ,方向上的单位向量，bACc AB →→+平分BAC ∠,(λ=→AO )bAC c AB →→+，令c b a bc ++=λ cb a bcAO ++=→)(bAC c AB →→+,化简得→→→→=++++0)(AC c AB b OA c b a ,→→→→=++0OC c OB b OA a .（4）⇔==→→→||||||OC OB OA 为△ABC 的外心.三、“四心”的向量表达1.⇒⎪⎩⎪⎨⎧+=+=→→→→→→)(31)(31BC BA BO AC AB AO O 为△ABC 的重心；【证】：由),0[,sin sin +∞∈⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=→→→→λλC b AC B c AB OA OP ，即)(sin →→→+=AC B A C b AP λ，故→AP 与→→+AC AB 共线，又→→+AC AB 过BC 中点D ，故P 点的轨迹也过中点D ， 故点P 过三角形的重心．2. ⇒⎪⎩⎪⎨⎧=⋅=⋅→→→→00AC BO BC AO O 为△ABC 的垂心.（1）由C B A S S S AOB AOC BOC tan :tan :tan ::=∆∆∆⇒→→→→=++0tan tan tan OC C OB B OA A . （2）222222→→→→→→+=+=+B A OC CA OB BC OA .【证】：由⎪⎭⎫ ⎝⎛++=→→→→AC b B A c OA OP λ知，⎪⎭⎫ ⎝⎛+=→→→AC b B B A c C AP cos cos λ， =⋅→→BC AP )cos cos (→→→→⋅+⋅⋅BC AC bB C B AB c C λ 0)cos cos cos cos (=+-=C B C B a λ，故→AP 与向量→BC 垂直， 故点P 的轨迹过垂心．【证】：由),0[,2sin 2sin 22+∞∈⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=→→→→λλC b AC B c AB OA OP 知，,2sin 2sin 22⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=→→→C b AC B c AB AP λ故⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+⋅=⋅→→→→→→C b BC AC B c BC AB BC AP 2sin 2sin 22λ，则0)sin sin (2=+-=⋅→→C b a B c a BC AP λ， 故点P 轨迹过三角形的垂心．【解】：AD 垂直BC ，BE 垂直AC ， D 、E 是垂足.→→→→→⋅⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+BC C AC AC B AB AB cos ||cos ||C AC BC AC B AB BC AB cos ||cos ||→→→→→→⋅+⋅=C AC C BC AC B AB B BC AB cos ||cos ||||cos ||cos ||||→→→→→→⋅+⋅-=0=+-=→→BC BC ∴点的轨迹一定通过△ABC 的垂心.3. ⇒⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧>+=>+=→→→→→→→→→→0),||||(0),||||(t BC BCBA BA t BO AC AC AB AB AO λλO 为△ABC 的内心；（1）c b a S S S AOB AOC BOC ::::=∆∆∆⇒→→→→=++0sin sin sin OC C OB B OA A（2）→→→→→→→→→→→→→→→→=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅0||||||||||||CB CB CA CAOC BC BC BA BA OB AC AC AB AB OA【解】：由),0[,sin sin 22+∞∈⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=→→→→λλC b AC B c AB OA OP 知，)0)(||||(sin >+=→→→→→λλAC AC AB AB B c AP ， 故动点P 的轨迹一定通过ABC ∆的内心.满足⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=→→→→→→||||AC AC AB AB OA OP λ，),0[+∞∈λ ，则点的轨迹一定通过△ABC 的____.【解】：∵如图,设||,||→→→→→→==AC AC AF AB ABAE 分别为→→AC AB ,方向上的单位向量， 易知四边形AETF 是菱形,∴||||→→→→+AC AC AB AB 平分BAC ∠,∴点的轨迹一定通过△ABC的内心.4.两点分别是△ABC的边上的中点,且⇒⎪⎩⎪⎨⎧⋅=⋅⋅=⋅→→→→→→→→OA EO OC EO OC DO OB DO O 为△ABC 的外心； (1)0=++→∆→∆→∆OC S OB S OA S AOB AOC BOC (外心向量定理） (2)由AOB AOC BOC S S S AOB AOC BOC ∠∠∠=∆∆∆sin :sin :sin ::C B A 2sin :2sin :2sin =⇒→→→→=⋅+⋅+⋅02sin 2sin 2sin OC C OB B OA A .四、欧拉线及其向量法证明三角形的外心、重心、九点圆圆心、垂心，依次位于同一直线上，这条直线叫三角形的欧拉线. 在△ABC 中，已知Q 、G 、H 分别是三角形的外心、重心、垂心.求证：Q 、G 、H 三点共线，且QG:GH=1:2. 【证明】：以A 为原点，AB 所在的直线为x 轴，建立直角坐标系。
高考核心素养提升之八 数学运算、数学建模——平面向量与三角形的“四心”
高考核心素养提升之八数学运算、数学建模——平面向量与三角形的“四心”1.数学运算是指在明晰运算的基础上，依据运算法则解决数学问题的素养.通过学习平面向量与三角形的“四心”，学生能进一步发展数学运算能力，形成规范、细致运算的品质，养成一丝不苟、严谨求实的科学精神.2.数学建模要求在熟悉的情境中，发现问题并转化为数学问题，能够在关联的情境中，经历数学建模的过程，理解数学建模的意义.本专题通过学习平面向量与三角形的“四心”模型，能够培养学生用模型的思想解决相关问题. 三角形的“四心”：设O 为△ABC 所在平面上一点，内角A ，B ，C 所对的边分别为a ，b ，c ，则 (1)O 为△ABC 的外心⇔|OA →|＝|OB →|＝|OC →|＝a 2sin A .(2)O 为△ABC 的重心⇔OA→＋OB →＋OC →＝0. (3)O 为△ABC 的垂心⇔OA→·OB →＝OB →·OC →＝OC →·OA →.(4)O 为△ABC 的内心⇔aOA→＋bOB →＋cOC →＝0.类型1 平面向量与三角形的“重心”【例1】 已知A ，B ，C 是平面上不共线的三点，O 为坐标原点，动点P 满足OP →＝13[(1－λ)OA →＋(1－λ)OB →＋(1＋2λ)·OC →]，λ∈R ，则点P 的轨迹一定经过( ) A.△ABC 的内心 B.△ABC 的垂心 C.△ABC 的重心D.AB 边的中点解析 取AB 的中点D ，则2OD→＝OA →＋OB →， ∵OP→＝13[(1－λ)OA →＋(1－λ)OB →＋(1＋2λ)OC →]，∴OP→＝13[2(1－λ)OD →＋(1＋2λ)OC →] ＝2（1－λ）3OD →＋1＋2λ3OC →， 而2（1－λ）3＋1＋2λ3＝1，∴P ，C ，D 三点共线，∴点P 的轨迹一定经过△ABC 的重心. 答案 C类型2 平面向量与三角形的“内心”问题【例2】 在△ABC 中，AB ＝5，AC ＝6，cos A ＝15，O 是△ABC 的内心，若OP →＝xOB→＋yOC →，其中x ，y ∈[0，1]，则动点P 的轨迹所覆盖图形的面积为( ) A.1063 B.1463 C.4 3 D.62解析 根据向量加法的平行四边形法则可知，动点P 的轨迹是以OB ，OC 为邻边的平行四边形及其内部，其面积为△BOC 的面积的2倍.在△ABC 中，设内角A ，B ，C 所对的边分别为a ，b ，c ，由余弦定理a 2＝b 2＋c 2－2bc cos A ，得a ＝7.设△ABC 的内切圆的半径为r ，则 12bc sin A ＝12(a ＋b ＋c )r ，解得r ＝263，所以S △BOC ＝12×a ×r ＝12×7×263＝763.故动点P 的轨迹所覆盖图形的面积为2S △BOC ＝1463. 答案 B类型3 平面向量与三角形的“垂心”问题【例3】 已知O 是平面上的一个定点，A ，B ，C 是平面上不共线的三个点，动点P 满足OP →＝OA →＋λ(AB →|AB →|cos B ＋AC→|AC →|cos C)，λ∈(0，＋∞)，则动点P 的轨迹一定通过△ABC 的( ) A.重心B.垂心C.外心D.内心解析 因为OP→＝OA →＋λ(AB →|AB →|cos B ＋AC→|AC →|cos C )，所以AP →＝OP →－OA →＝λ(AB→|AB →|cos B ＋AC →|AC →|cos C )，所以BC→·AP →＝BC →·λ(AB →|AB →|cos B ＋AC→|AC →|cos C)＝λ(－|BC→|＋|BC →|)＝0，所以BC →⊥AP →，所以点P 在BC 的高线上，即动点P 的轨迹一定通过△ABC 的垂心. 答案 B类型4 平面向量与三角形的“外心”问题【例4】 已知在△ABC 中，AB ＝1，BC ＝6，AC ＝2，点O 为△ABC 的外心，若AO →＝xAB →＋yAC →，则有序实数对(x ，y )为( ) A.⎝ ⎛⎭⎪⎫45，35 B.⎝ ⎛⎭⎪⎫35，45 C.⎝ ⎛⎭⎪⎫－45，35D.⎝ ⎛⎭⎪⎫－35，45 解析 取AB 的中点M 和AC 的中点N ，连接OM ，ON ，则OM →⊥AB →，ON →⊥AC →，OM →＝AM →－AO →＝12AB →－(xAB →＋yAC →)＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12－x AB →－yAC→，ON →＝AN →－AO →＝12AC →－(xAB →＋yAC →)＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12－y AC →－xAB→.由OM →⊥AB →，得⎝ ⎛⎭⎪⎫12－x AB →2－yAC →·AB →＝0，① 由ON →⊥AC →，得⎝ ⎛⎭⎪⎫12－y AC →2－xAC →·AB →＝0，② 又因为BC→2＝(AC →－AB →)2＝AC →2－2AC →·AB →＋AB →2，所以AC →·AB →＝AC →2＋AB →2－BC →22＝－12，③把③代入①、②得⎩⎨⎧1－2x ＋y ＝0，4＋x －8y ＝0，解得x ＝45，y ＝35.故实数对(x ，y )为⎝ ⎛⎭⎪⎫45，35.答案 A分层训练题A 级 基础巩固一、选择题1.(2020·河南非凡联盟联考)在等腰三角形ABC 中，点D 是底边AB 的中点，若AB→＝(1，2)，CD →＝(2，t )，则|CD →|＝( ) A. 5B.5C.2 5D.202.已知a ，b 为非零向量，则“a ·b >0”是“a 与b 的夹角为锐角”的( ) A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件D.既不充分也不必要条件3.(2020·乌海模拟)已知向量a ，b 满足|a |＝1，|b |＝2，a －b ＝(3，2)，则|2a －b |等于( ) A.2 2B.17C.15D.254.(2019·哈尔滨质检)已知平面向量a ，b 满足(a －2b )⊥(3a ＋b )，且|a |＝12|b |，则向量a 与b 的夹角为( ) A.π3B.π2C.2π3D.3π45.如图，在等腰梯形ABCD 中，AB ＝4，BC ＝CD ＝2，若E ，F 分别是边BC ，AB 上的点，且满足BE BC ＝AF AB ＝λ，则当AE→·DF →＝0时，λ的值所在的区间是( )A.⎝ ⎛⎭⎪⎫18，14B.⎝ ⎛⎭⎪⎫14，38C.⎝ ⎛⎭⎪⎫38，12D.⎝ ⎛⎭⎪⎫12，58 二、填空题6.(2019·全国Ⅲ卷)已知向量a ＝(2，2)，b ＝(－8，6)，则cos 〈a ，b 〉＝________.7.如图，在△ABC 中，O 为BC 的中点，若AB ＝1，AC ＝3，AB →与AC →的夹角为60°，则|OA→|＝________.8.(2019·佛山二模)在Rt △ABC 中，∠B ＝90°，BC ＝2，AB ＝1，D 为BC 的中点，E 在斜边AC 上，若AE→＝2EC →，则DE →·AC →＝________.三、解答题9.在平面直角坐标系xOy 中，点A (－1，－2)，B (2，3)，C (－2，－1). (1)求以线段AB ，AC 为邻边的平行四边形两条对角线的长； (2)设实数t 满足(AB→－tOC →)·OC →＝0，求t 的值.10.已知向量a ＝(cos x ，sin x )，b ＝(3，－3)，x ∈[0，π]. (1)若a ∥b ，求x 的值；(2)记f (x )＝a ·b ，求f (x )的最大值和最小值以及对应的x 的值.B 级 能力提升11.(2019·北京卷)设点A ，B ，C 不共线，则“AB →与AC →的夹角为锐角”是“|AB →＋AC →|>|BC→|”的( ) A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件 C.充分必要条件D.既不充分也不必要条件12.(一题多解)(2020·武汉调研)在△ABC 中，AB→·AC →＝0，|AB →|＝4，|BC →|＝5，D 为线段BC 的中点，点E 为线段BC 垂直平分线l 上任一异于D 的点，则AE →·CB →＝( )A.72B.74C.－74D.713.(2018·浙江卷)已知a ，b ，e 是平面向量，e 是单位向量.若非零向量a 与e 的夹角为π3，向量b 满足b 2－4e ·b ＋3＝0，则|a －b |的最小值是________.14.在△ABC 中，角A ，B ，C 的对边分别为a ，b ，c ，且满足(2a －c )BA →·BC →＝cCB →·CA →.(1)求角B 的大小；(2)若|BA→－BC →|＝6，求△ABC 面积的最大值. C 级 创新猜想15.(新定义题)定义一种向量运算“⊗”：a ⊗b ＝⎩⎨⎧a ·b ，当a ，b 不共线时，|a －b |，当a ，b 共线时(a ，b 是任意的两个向量).对于同一平面内的向量a ，b ，c ，e ，给出下列结论：①a ⊗b ＝b ⊗a ；②λ(a ⊗b )＝(λa )⊗b (λ∈R )； ③(a ＋b )⊗c ＝a ⊗c ＋b ⊗c ；④若e 是单位向量，则|a ⊗e |≤|a |＋1. 以上结论一定正确的是________(填序号).答案解析1.解析 由题意知AB→⊥CD →，∴1×2＋2t ＝0，∴t ＝－1，∴|CD →|＝22＋（－1）2＝ 5.答案 A2.解析 根据向量数量积的定义可知，若a ·b >0，则a 与b 的夹角为锐角或零角，若a 与b 的夹角为锐角，则一定有a ·b >0，所以“a ·b >0”是“a 与b 的夹角为锐角”的必要不充分条件，故选B. 答案 B3.解析 根据题意，|a －b |＝3＋2＝5， 则(a －b )2＝a 2＋b 2－2a ·b ＝5－2a ·b ＝5， 可得a ·b ＝0，结合|a |＝1，|b |＝2， 可得(2a －b )2＝4a 2＋b 2－4a ·b ＝4＋4＝8， 则|2a －b |＝22，故选A. 答案 A4.解析 设a 与b 的夹角为θ. 因为|a |＝12|b |，所以|b |＝2|a |. 因为(a －2b )⊥(3a ＋b )，所以(a －2b )·(3a ＋b )＝3a 2－5a ·b －2b 2 ＝3|a |2－5|a ||b |cos θ－2|b |2 ＝3|a |2－5|a |×2|a |cos θ－2(2|a |)2＝－5|a |2－10|a |2cos θ＝0，解得cos θ＝－12.又θ∈[0，π]，所以θ＝2π3.故选C. 答案 C5.解析 在等腰梯形ABCD 中，AB ＝4，BC ＝CD ＝2， 可得〈AD→，BC →〉＝60°，所以〈AB →，AD →〉＝60°，〈AB →，BC →〉＝120°，所以AB→·AD →＝4×2×12＝4， AB →·BC →＝4×2×⎝ ⎛⎭⎪⎫－12＝－4，AD→·BC →＝2×2×12＝2， 又BE BC ＝AF AB ＝λ，所以BE→＝λBC →，AF →＝λAB →， 则AE→＝AB →＋BE →＝AB →＋λBC →，DF →＝AF →－AD →＝λAB →－AD →， 所以AE→·DF →＝(AB →＋λBC →)·(λAB →－AD →) ＝λAB→2－AB →·AD →＋λ2AB →·BC →－λAD →·BC →＝0， 即2λ2－7λ＋2＝0， 解得λ＝7＋334(舍去)或λ＝7－334∈⎝ ⎛⎭⎪⎫14，38.答案 B6.解析 由题意得a ·b ＝2×(－8)＋2×6＝－4， |a |＝22＋22＝22，|b |＝（－8）2＋62＝10. ∴cos 〈a ，b 〉＝a ·b|a ||b |＝－422×10＝－210.答案 －2107.解析 AB→·AC →＝|AB →|·|AC →|cos 60°＝1×3×12＝32，又AO→＝12(AB →＋AC →)， 所以AO →2＝14(AB →＋AC →)2＝14(AB →2＋2AB →·AC →＋AC →2)，即AO →2＝14(1＋3＋9)＝134，所以|OA →|＝132.答案 1328.解析 如图，以B 为坐标原点，AB 所在直线为x 轴，BC 所在直线为y 轴，建立平面直角坐标系，则B (0，0)，A (1，0)，C (0，2)，所以AC→＝(－1，2).因为D 为BC 的中点，所以D (0，1)， 因为AE→＝2EC →，所以E ⎝ ⎛⎭⎪⎫13，43， 所以DE →＝⎝ ⎛⎭⎪⎫13，13， 所以DE→·AC →＝⎝ ⎛⎭⎪⎫13，13·(－1，2)＝－13＋23＝13. 答案 139.解 (1)由题设知AB →＝(3，5)，AC →＝(－1，1)，则AB →＋AC →＝(2，6)，AB →－AC →＝(4，4).所以|AB→＋AC →|＝210，|AB →－AC →|＝4 2. 故所求的两条对角线的长分别为42，210.(2)由题设知：OC →＝(－2，－1)，AB →－tOC →＝(3＋2t ，5＋t ).由(AB→－tOC →)·OC →＝0，得 (3＋2t ，5＋t )·(－2，－1)＝0， 从而5t ＝－11，所以t ＝－115.10.解 (1)因为a ＝(cos x ，sin x )，b ＝(3，－3)，a ∥b ， 所以－3cos x ＝3sin x .则tan x ＝－33.又x ∈[0，π]，所以x ＝5π6.(2)f (x )＝a ·b ＝(cos x ，sin x )·(3，－3)＝3cos x －3sin x ＝23cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋π6.因为x ∈[0，π]，所以x ＋π6∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π6，7π6，从而－1≤cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫x ＋π6≤32.于是，当x ＋π6＝π6，即x ＝0时，f (x )取到最大值3；当x ＋π6＝π，即x ＝5π6时，f (x )取到最小值－2 3.11.解析 因为点A ，B ，C 不共线，所以线段AB ，BC ，AC 构成一个三角形ABC ，由向量加法的三角形法则，可知BC →＝AC →－AB →，所以|AB →＋AC →|>|BC →|等价于|AB →＋AC →|>|AC→－AB →|，因模为非负数，故不等号两边平方得AB →2＋AC →2＋2|AB →|·|AC →|cos θ>AC →2＋AB →2－2|AC →|·|AB →|cos θ (θ为AB →与AC →的夹角)，整理得4|AB →|·|AC →|·cos θ>0，故cos θ>0，即θ为锐角.当AB→与AC →的夹角为锐角，可得AB →·AC →>0，则有|AB →|2＋|AC →|2＋2AB→·AC →>|AB →|2＋|AC →|2－2AB →·AC →，即有|AB →＋AC →|2>|AC →－AB →|2，则|AB →＋AC →|2>|BC →|2，故|AB→＋AC →|>|BC →|，所以“AB →与AC →的夹角为锐角”是“|AB →＋AC →|>|BC →|”的充分必要条件.故选C. 答案 C12.解析 法一 |AC→|＝|BC→|2－|AB →|2＝3， AE→·CB →＝(AD →＋DE →)·CB →＝AD →·CB →＋DE →·CB → ＝AD→·CB →＝12(AB →＋AC →)·(AB →－AC →) ＝12(|AB →|2－|AC →|2)＝72.法二 依题意，建立如图所示的平面直角坐标系，则A (0，0)，B (4，0)，因为|BC →|＝5，所以C (0，3)，D ⎝⎛⎭⎪⎫2，32，易知直线BC 的斜率为－34，因为直线DE 是线段BC 的垂直平分线，所以直线DE 的方程为y －32＝43(x －2)，令x ＝0，得y ＝－76，所以直线DE 与y 轴的交点坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫0，－76，不妨令E ⎝ ⎛⎭⎪⎫0，－76，因为CB→＝(4，－3)，所以AE →·CB →＝⎝ ⎛⎭⎪⎫0，－76·(4，－3)＝72，故选A.答案 A13.解析 设O 为坐标原点，a ＝OA→，b ＝OB →＝(x ，y )，e ＝(1，0)，由b 2－4e ·b ＋3＝0得x 2＋y 2－4x ＋3＝0，即(x －2)2＋y 2＝1，所以点B 的轨迹是以C (2，0)为圆心，1为半径的圆.因为a 与e 的夹角为π3，所以不妨令点A 在射线y ＝3x (x >0)上，如图，数形结合可知|a －b |min ＝(|CA →|－|CB →|)min＝3－1.答案3－114.解 (1)由题意得(2a －c )cos B ＝b cos C .根据正弦定理得(2sin A －sin C )cos B ＝sin B cos C ， 所以2sin A cos B ＝sin(C ＋B )，即2sin A cos B ＝sin A ，因为A ∈(0，π)，所以sin A >0， 所以cos B ＝22，又B ∈(0，π)，所以B ＝π4. (2)因为|BA→－BC →|＝6，所以|CA →|＝6，即b ＝6，根据余弦定理及基本不等式得6＝a 2＋c 2－2ac ≥2ac －2ac ＝(2－2)ac (当且仅当a ＝c 时取等号)，即ac ≤3(2＋2). 故△ABC 的面积S ＝12ac sin B ≤3（2＋1）2，因此△ABC的面积的最大值为32＋32.15.解析当a，b共线时，a⊗b＝|a－b|＝|b－a|＝b⊗a，当a，b不共线时，a⊗b＝a·b ＝b·a＝b⊗a，故①正确；当λ＝0，b≠0时，λ(a⊗b)＝0，(λa)⊗b＝|0－b|≠0，故②错误；当a＋b与c共线时，则存在a，b与c不共线，(a＋b)⊗c＝|a＋b－c|，a⊗c＋b⊗c ＝a·c＋b·c，显然|a＋b－c|≠a·c＋b·c，故③错误；当e与a不共线时，|a⊗e|＝|a·e|<|a|·|e|<|a|＋1，当e与a共线时，设a＝u e，u∈R，|a⊗e|＝|a－e|＝|u e－e|＝|u－1|≤|u|＋1，故④正确.综上，结论一定正确的是①④.答案①④。
(完整版)平面向量与三角形四心问题
平面向量基本定理与三角形四心已知O 是ABC ∆内的一点，AOB AOC BOC ∆∆∆,,的面积分别为A S ，B S ，C S ，求证：0=++•••OC S OB S OA S C B A如图2延长OA 与BC 边相交于点D 则BCCOD ACD BOD ABD COD BOD ACD BD S S DC BD S S S S S S S S A =--===∆∆∆∆∆∆∆图1=OD BC DC OB +BCBDOC =C B BS SS +OB +CB C S S S +OCCB ACOA BOA COD BOD COA COD BOABOD S S S S S S S S S SS OA OD +=++=== 图2∴CB A S S S OD +-=OA∴CB A S S S +-OA =C B BS S S +OB +CB C S S S +OC∴0=++•••OC S OB S OA S C B A推论O 是ABC ∆内的一点，且0=++•••OC OB OA z y x ，则z y x S S S AOB COA BOC ::::=∆∆∆OA BCDOA BC有此定理可得三角形四心向量式O 是ABC ∆的重心⇔1:1:1::=∆∆∆AOB COA BOC S S S ⇔0=++OC OB OAO 是ABC ∆的内心⇔c b a S S S AOB COA BOC ::::=∆∆∆⇔0=++•••OC OB OA c b aO 是ABC ∆的外心⇔C B A S S S AOB COA BOC 2sin :2sin :2sin ::=∆∆∆ ⇔02sin 2sin 2sin =++•••OCC OB B OA AO 是ABC ∆的垂心⇔C B A S S S AOB COA BOC tan :tan :tan ::=∆∆∆ ⇔0tan tan tan =++•••OC C OB B OA A证明：如图O 为三角形的垂心，DBCDB AD CD A ==tan ,tan ⇒AD DB B A :tan :tan = =∆∆COA BOC S S :AD DB :∴B A S S COA BOC tan :tan :=∆∆同理得C B S S AOB COA tan :tan :=∆∆，C A S S AOB BOC tan :tan:=∆∆∴C B A S S S AOB COA BOC tan :tan :tan ::=∆∆∆奔驰定理是三角形四心向量式的完美统一4.2三角形“四心”的相关向量问题一．知识梳理：四心的概念介绍：(1) 重心：中线的交点，重心将中线长度分成2：1； (2) 垂心：高线的交点，高线与对应边垂直；(3) 内心：角平分线的交点（内切圆的圆心），角平分线上的任意点到角两边的距离相等； (4) 外心：中垂线的交点（外接圆的圆心），外心到三角形各顶点的距离相等。
平面向量的应用之三角形的四心
△ABC 的
心.
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8. 若 O# A» + O# B» + O# C» = #0»，则点 O 是 △ABC 的
心.
9.
若
#» PO
=
1 3
# (P
» A
+
# P
» B
+
# P
C»)，则点
O
是
△ABC
的
心.
10.
已知
△ABC
的角
A，B，C
所对的边分别为
a，b，c,
若
#» PO
=
#» #» #» aP A + bP B + cP C ，则点
§1 平面向量与三角形的四心
一 知识梳理
1. 三角形的重心
(1) 定义
C
三角形三条中线的交点叫作重心，它到三角形顶点距离与该点到对
边中点距离之比为 2 : 1.
(2) 向量表达式
#» OA
+
#» OB
+
#» OC
=
#0»
#» PO
=
1 3
# (P
» A
+
#» PB
+
# P
C»).
E
F
O
A
D
B
2. 三角形的垂心
C (1) 定义
三角形三条高线的交点叫垂心.
(2) 向量表达式 O# A» · O# B» = O# B» · O# C» = O# A» · O# C» O# A»2 + B# C»2 = O# B»2 + A# C»2 = O# C»2 + A# B»2. A
平面向量与三角形的四心
平面向量与三角形的四心一、三角形的心（在△ABC 中，内角A 、B 、C 所对的边分别为a 、b 、c ）1.三角形的外心（Circumcenter ）：三角形三条边的垂直平分线相交于一点，它是这个三角形外接圆的圆心，即外心.①外心到三顶点的距离相等，即|OA →|＝|OB →|＝|OB →|； ②外接圆半径R ＝a 2sin A ＝b 2sin B ＝c 2sin C ＝abc4S △ABC，直角三角形的外接圆半径R ＝c2（c 为斜边长）；③AO →·BC →＝12(b 2－c 2).2.三角形的内心（Incenter ）：三角形三条内角平分线交于一点，这一点到这个三角形的三边的距离相等，是这个三角形的内切圆的圆心，即内心.①内切圆半径r ＝2S △ABC a ＋b ＋c＝S △ABCp ＝(p －a )(p －b )(p －c )p ，Rr ＝abc2(a ＋b ＋c )，（其中R 为△ABC 外接圆半径，p ＝a ＋b ＋c2），直角三角形的内切圆半径r ＝a ＋b －c 2＝aba ＋b ＋c（其中c 为斜边长，a 、b 为直角边长）；② a IA →＋b IB →＋c IC →＝0→； ③ID IA ＝a b ＋c ，IE IB ＝b c ＋a ，IF IC ＝c a ＋b. 3.三角形的重心：三角形三条中线相交于一点，它是这个三角形的重心．①GD GA ＝GE GB ＝GF GC ＝12，AD ＝122b 2＋2c 2－a 2，BE ＝122c 2＋2a 2－b 2，CF ＝122a 2＋2b 2－c 2； ② S △GBC ＝S △GCA ＝S △GAB ，重心G 到三条边的距离与三条边的长成反比；③重心G 的坐标为(x 1＋x 2＋x 33，y 1＋y 2＋y 33)；④GA →+GB →+GC →＝0→； ⑤AG →·BC →＝13(b 2－c 2).4.三角形的垂心（Orthocenter ）：三角形三条高或其所在的直线的交点叫做这个三角形的垂心，锐角三角形的垂心在三角形内，直角三角形的垂心在直角顶点，钝角三角形的垂心在三角形外．BDBC二、三角形的心与向量的关系 1、三角形四心与各个顶点的关系⑴|OA →|＝|OB →|＝|OB →|； ⑵a IA →＋b IB →＋c IC →＝0→⑶GA →+GB →+GC →＝0→； ⑷HA →·HB →＝HB →·HC →＝HC →·HA → 2、轨迹经过三角形的外心、内心、重心、垂心 若O 是平面ABC 内的一定点，那么⑴若OP →＝OA →＋λ (AB →+AC →) (λ∈R )，则点P 的轨迹经过△ABC 的重心； ⑵若OP →＝OA →＋λ (AB →—|AB →|＋AC →—|AC →|) (λ∈R )，则点P 的轨迹经过△ABC 的内心；⑶若OP →＝OA →＋λ (AB →—|AB →|cos B ＋AC →—|AC →|cos C ) (λ∈R )，则点P 的轨迹经过△ABC 的垂心； ⑷若OP →＝OB →＋OC →2＋λ (AB →—|AB →|cos B ＋AC →—|AC →|cos C ) (λ∈R )，则点P 的轨迹经过△ABC 的外心；⑸若AP →·AB →—|AB →|＝AP →·AC →—|AC →|，则点P 的轨迹经过△ABC 的内心. 4、当O 是△ABC 的各心时有下列结论：⑴若O 是重心，则OA →＋OB →＋OC →＝0→，反之亦然； ⑵若O 是内心，则a OA →＋b OB →＋c OC →＝0→，反之亦然；⑶若O 是外心，则sin2A OA →＋sin2B OB →＋sin2C OC →＝0→，反之亦然； ⑷若O 是垂心，则tan A OA →＋tan B OB →＋tan C OC →＝0→，反之亦然； 三、三角形的重要线段及面积 1、若AD 是△ABC 的中线，则⑴AD →＝12(AB →＋AC →)；拓展，若点D 在BC 边上，BD ：DC ＝m ；n ，则AD →＝n m ＋n AB →＋m m ＋n AC →⑵AB 2＋AC 2＝2(BD 2＋AD 2)，或AD ＝122b 2＋2c 2－a 2；2、若AD 为∠A 的平分线，则⑴BD DC ＝AB AC ；⑵AD →＝ (→AB —|AB →|＋→AC—|AC →|). 3、若AD 是BC 边上的高，则AD →·BC →＝04、三角形面积S △＝12ab sin C ＝p (p －a )(p －b )(p －c )＝2R 2sin A sin B sin C ＝abc4R【练习题】1.（09海南宁夏）已知O ，N ，P 在△ABC 所在平面内，且|OA →|＝|OB →|＝|OC →|，NA →＋NB →＋NC →＝0→，且P A →·PB →＝PB →·PC →＝PC →·P A →，则点O ，N ，P 依次是△ABC 的（ C ） A. 重心、外心、垂心 B. 重心、外心、内心C. 外心、重心、垂心D. 外心、重心、内心（注：三角形的三条高线交于一点，此点为三角型的垂心）2.（2010湖北）已知△ABC 和点M 满足MA →＋MB →＋MC →＝0→．若存在实数m 使得AB →＋AC →＝m AM →成立，则m ＝ ······························································································· （ B ）A ．2B ．3C ．4D ．53.（2010全国Ⅱ）△ABC 中，点D 在AB 上，CD 平分∠ACB ．若CB →＝a →，CA →＝b →，|a →|＝1，|b →|＝2，则CD →＝ ···························································································· （ A ）A. 13a →＋23b → B. 23a →＋13b → C. 35a →＋45b → D. 45a →＋35b → 4.（2005年全国I 文科）点O 是△ABC 所在平面内的一点，满足OA →·OB →＝OB →·OC →＝OC →·OA →，则点O 是△ABC 的 ············································································· （ D ） A. 三个内角的角平分线的交点 B. 三条边的垂直平分线的交点C. 三条中线的交点D. 三条高的交点5.（2012年大纲）△ABC 中，AB 边上的高为CD ，若CB →＝a →，CA →＝b →，a →·b →＝0，|a→|＝1，|b →|＝2，则AD →＝ ··························································································· （ D ）A ．13a →－13b →B ． 23a →－23b →C ．35a →－35b →D ．45a →－45b →6.（2005年全国I 理科）△ABC 的外接圆的圆心为O ，两条边上的高的交点为H ， OH →＝m (OA →＋OB →＋OC →)，则实数m = ；【1】7. （2014全国1高考理15）已知A ，B ，C 为圆O 上的三点，若AO →＝12(AB →＋AC →)，则AB→与AC →的夹角为 ．【90 】8.给定直线l ：y ＝2x －16，抛物线C ：y 2＝ax （a ＞0）. ⑴当抛物线C 的焦点在直线l 上时，求抛物线的方程；⑵若△ABC 的三个顶点在⑴确定的抛物线上，且点A 的纵坐标y A ＝8，△ABC 的重心恰好时抛物线的焦点，求直线BC 的方程.【简答】⑴y 2＝32x ；⑵4x ＋y －40＝09.（北京2002年理科数学第21题）已知O (0，0)，B (1，0)，C (b ，c )是△OBC 的三个顶点.⑴写出△OBC 的重心G ，外心F ，垂心H 的坐标，并证明G 、F 、H 三点共线； ⑵当直线FH 与OB 平行时，求顶点C 的轨迹.。
平面向量三角形四心(有详解)
平面向量三角形四心(有详解)平面向量三角形四心(有详解)平面向量是数学中的重要概念，可以用来表示空间中的点、线、面等几何对象。
在平面向量的运算和应用中，三角形是常见的几何形状之一。
本文将介绍平面向量与三角形四心的关系，并详细解析其性质和应用。
1. 三角形的四心概述三角形的四心是指三角形内部的四个特殊点，包括重心、外心、内心和垂心。
这四个点有着各自的特点和性质，对于研究三角形的形状和性质非常重要。
1.1 重心三角形的重心是三条中线的交点，即三角形三个顶点与对应中点的连线交于一点。
重心在三角形中心位置，对称性较强，具有重要的几何意义。
1.2 外心三角形的外心是外接圆的圆心，即三角形三个顶点的垂直平分线的交点。
外心离三角形各顶点的距离相等，是三角形的外接圆的圆心。
1.3 内心三角形的内心是内切圆的圆心，即三角形三条边的角平分线的交点。
内心到三角形三边的距离相等，是三角形的内切圆的圆心。
1.4 垂心三角形的垂心是三条高线的交点，即三角形三个顶点与对边垂线的交点。
垂心所在的直线被称为垂心线，与三角形的三条边垂直。
2. 平面向量与四心关系的性质平面向量与三角形的四心之间具有一些重要的几何性质和关系，下面将分别介绍。
2.1 重心与向量以三角形的重心为原点建立直角坐标系，三角形三个顶点的位置向量相对于重心的位置向量之和为零。
即，三角形三个顶点的位置向量和为零向量。
2.2 外心与向量三角形的三个顶点为A、B、C，以外心O为原点建立直角坐标系。
则三角形顶点A、B、C的位置向量之和等于三倍的外心O的位置向量。
即，OA + OB + OC = 3OO。
2.3 内心与向量设三角形的内心为I，以内心I为原点建立直角坐标系。
则三角形三个顶点的位置向量与对边的位置向量之和分别为倍数的内心I的位置向量。
即，AI + BI = CI = 2II。
2.4 垂心与向量以三角形的垂心为原点建立直角坐标系，三角形三个顶点的位置向量与对边垂线的位置向量之和为零。
平面向量与三角形的四心归纳总结
三角形的四心与向量四心的概念介绍：(1) 重心：中线的交点，重心将中线长度分成2：1； (2) 垂心：高线的交点，高线与对应边垂直；(3) 内心：角平分线的交点（内切圆的圆心），角平分线上的任意点到角两边的距离相等； (4) 外心：中垂线的交点（外接圆的圆心），外心到三角形各顶点的距离相等。
（一）三角形的内心 例题1O 是平面上一定点，,,A B C 是平面上不共线的三个点，动点P 满足：,[0,)||||AB AC OP OA AB AC λλ⎛⎫=++∈+∞ ⎪ ⎪⎝⎭，则P 的轨迹一定通过ABC ∆的( )A ．内心B ．垂心C ．重心D ．外心【解析】||ABAB 、AC AC 分别表示向量AB 、AC 方向上的单位向量∴AB AC ABAC+的方向与BAC ∠的角平分线一致，又()||||AB ACOP OA AB AC λ=++， ∴()||||AB ACOP OA AP AB AC λ-==+，∴向量AP 的方向与BAC ∠的角平分线一致 ∴一定通过ABC ∆的内心，选A ．练习1. 已知ABC ∆满足()0AB AC BC ABAC+⋅=，12AB AC ABAC⋅=，则ABC ∆为( ) A ．顶角为120︒的等腰三角形 B ．等腰直角三角形 C ．有一个内角为60︒的直角三角形 D ．等边三角形【解析】设,AB AC AD AE ABAC==，则AD AE AF +=，而1AD AE ==，所以AF 是BAC ∠的角平分线，又0AF BC AF BC ⋅=⇒⊥，所以ABC ∆为等腰三角形，cos 11cos 21232AB AC ABACAB AC BA AB A C BAC C C BA π⋅⋅⋅=⇒=∠∠=⇒∠⋅=⇒，所以ABC ∆是等边三角形.练习2.O 是平面内的一定点，A ,B ，C 是平面内不共线的三个点，动点P 满足则P 点的轨迹一定通过三角形ABC 的（ ）A ．内心B ．外心C ．重心D ．垂心 【解析】∵、分别表示向量、方向上的单位向量∴的方向与∠BAC 的角平分线重合，又∵可得到 λ（）∴向量的方向与∠BAC 的角平分线重合，∴一定通过△ABC 的内心，选A（二）三角形的重心例题2 已知ABC ∆中，向量()()AP AB AC R λλ=+∈，则点P 的轨迹通过ABC ∆的（ ） A ．垂心B ．内心C ．外心D ．重心【解析】设D 为BC 中点，则2AB AC AD +=，2AP AD λ∴=，即P 点在中线AD 上 可知P 点轨迹必过ABC ∆的重心，选D 练习1．过的重心作直线，已知与、的交点分别为、，，若，则实数的值为（ ）A ．或B ． 或C ．或D ．或 【解析】设,因为G 为的重心，所以,即由于三点共线，所以，即因为，，所以即有，解之得或，选B练习2.已知O 是△ABC 所在平面上的一点，若= , 则O 点是△ABC 的( )A ．外心B ．内心C ．重心D ．垂心【解析】作BD ∥OC ，CD ∥OB ，连OD ，OD 与BC 相交于G ，则BG ＝CG ，（平行四边形对角线互相平分）， ∴，又∵，可得：，∴，∴A ，O ，G 在一条直线上，可得AG 是BC 边上的中线，同理：BO，CO的延长线也为△ABC的中线．∴O为三角形ABC的重心．选C．练习3.已知是所在平面上的一定点，若动点满足，，则点的轨迹一定通过的( )A．内心B．外心C．重心D．垂心【解析】∵＝设它们等于t，∴而表示与共线的向量,而点D是BC的中点，所以即P的轨迹一定通过三角形的重心，选C练习4.已知O是平面上一定点，A，B，C是平面上不共线的三点，动点P满足，，则点P的轨迹一定通过的__________心．【解析】设D为BC的中点，则，于是有，，P，D三点共线，又D是BC的中点，所以AD是边BC的中线，于是点P的轨迹一定通过的重心例题3 是平面上不共线的三点，为所在平面内一点，是的中点，动点满足，则点的轨迹一定过____心（内心、外心、垂心或重心）．【解析】∵动点P满足[（2﹣2λ）（1+2λ）]（λ∈R），且，∴P、C、D三点共线，又D是AB的中点，∴CD为中线，∴点P的轨迹一定过△ABC的重心．故答案为重心．（三）三角形的外心例题4 已知点为外接圆的圆心，且，则的内角等于() A．B．C．D．【解析】因为，所以点为的重心，延长交于，则为的中点，又为外接圆的圆心，所以，则，同理可得，为等边三角形，，故选B.练习1.已知，点，为所在平面内的点，且，，，则点为的( )A．内心B．外心C．重心D．垂心【解析】因为，所以，即又因为，所以，即所以，即所以,所以，同理，所以为的外心，选B练习2.在中，设，则动点M的轨迹必通过的（）A．垂心B．内心C．重心D．外心【解析】设为中点，则为的垂直平分线轨迹必过的外心，选练习3.是锐角的外接圆圆心，是最大角，若，则的取值范围为_______ 【解析】设是中点，根据垂径定理可知，依题意，即，利用正弦定理化简得.由于，所以，即.由于是锐角三角形的最大角，故，故.练习4.已知O是△ABC外接圆的圆心，AB=6，AC=15，=+，2+3=1，则cos∠BAC=______．【解析】如图所示，过O点分别作OD⊥AB，OE⊥AC，垂足分别为D，E．则AD=DB，AE=EC．则，则因为=+，所以，即18=36x+90y cos A，=90x cos A+225y，又2x+3y=1，联立解得cos A=（四）三角形的垂心例题5 点P为所在平面内的动点，满足，，则点P的轨迹通过的A．外心B．重心C．垂心D．内心【解析】处理原式得到故所在的直线与三角形的高重合，故经过垂心，故选C。
高中数学平面向量与三角形的“四心”
培优专题1 平面向量与三角形的“四心”三角形的内心、外心、垂心与重心问题，尤其是与平面向量相结合后，学生考查时感觉比较棘手，错误率较高，甚至无从下手。
因此，本讲将对与“四心”有关的知识进行总结归纳，借助典型例题说明解题要领。
知识点1 三角形的内心1、内心的定义：三个内角的角平分线的交点（或内切圆的圆心).如图，点P注：角平分线上的任意点到角两边的距离相等 2、常见内心的向量表示：（1）||||||0AB PC BC PA CA PB ++=（或0aPA bPB cPC ++=）其中,,a b c 分别是ABC ∆的三边AC AB BC 、、的长 （2）(),(0,)||||AB ACAP AB AC λλ=+∈+∞，则P 点的轨迹一定经过三角形的内心 （注：向量()AB AC ABACλ+(0λ≠)所在直线过ABC ∆内心(是BAC ∠角平分线所在直线)）3、破解内心问题，主要是利用了平面向量的共线法，通过构造与角平分线共线的向量，即两个单位向量的和向量。
拓展：是平面上一定点，，，是平面上不共线的三个点，动点满足，证明的轨迹一定通过的内心． 【解析】证明：、分别表示与、方向相同的单位向量， 的方向与的角平分线方向一致； 又，； 的方向与的角平分线方向一致， 点的轨迹一定通过的内心．知识点2 三角形的外心1、外心的定义：三角形三边的垂直平分线的交点（或外接圆的圆心）注：外心到三角形各顶点的距离相等. 2、常用外心的向量表示：（1）222||||||OA OB OC OA OB OC ==⇔==（2）()()()0OA OB AB OB OC BC OA OC AC +⋅=+⋅=+⋅= 变形：P 为平面ABC 内一动点，若()()()()()()0OA OB PB PA OB OC PC PB OA OC PC PA +⋅−=+⋅−=+⋅−=，则O 为三角形的外心3、破解外心问题，关键是运用平面向量的加减法和数量积的运算，结合数量积的运算律从而得到三角形的外心。
高考数学专题平面向量与三角形的四心(含解析)
2023届高考专题——平面向量与三角形的“四心”一、三角形的“四心”(1)重心：三角形的三条中线的交点；O 是△ABC 的重心⇔OA →＋OB →＋OC →＝0；(2)垂心：三角形的三条高线的交点；O 是△ABC 的垂心⇔OA →·OB →＝OB →·OC →＝OC →·OA →；(3)外心：三角形的三条边的垂直平分线的交点(三角形外接圆的圆心)．O 是△ABC 的外心⇔|OA →|＝|OB →|＝|OC →|(或OA →2＝OB →2＝OC →2)；(4)内心：三角形的三个内角角平分线的交点(三角形内切圆的圆心)；O 是△ABC 的内心⇔OA →·⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫AB →|AB →|－AC →|AC →|＝OB →·⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫BA →|BA →|－BC →|BC →|＝OC →·⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫CA →|CA →|－CB →|CB →|＝0. 注意：向量λ⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫AB →|AB →|＋AC →|AC →|(λ≠0)所在直线过△ABC 的内心(是∠BAC 的角平分线所在直线)．类型一 平面向量与三角形的“重心”问题例1 已知A ，B ，C 是平面上不共线的三点，O 为坐标原点，动点P 满足OP →＝13[(1－λ)OA →＋(1－λ)OB →＋(1＋2λ)·OC →]，λ∈R ，则点P 的轨迹一定经过( C )A ．△ABC 的内心B ．△ABC 的垂心 C ．△ABC 的重心D ．AB 边的中点 [解析] 取AB 的中点D ，则2OD →＝OA →＋OB →，∵OP →＝13[(1－λ)OA →＋(1－λ)OB →＋(1＋2λ)OC →]， ∴OP →＝13[2(1－λ)OD →＋(1＋2λ)OC →] ＝21－λ3OD →＋1＋2λ3OC →， 而21－λ3＋1＋2λ3＝1，∴P ，C ，D 三点共线， ∴点P 的轨迹一定经过△ABC 的重心．类型二 平面向量与三角形的“外心”问题例2 设P 是△ABC 所在平面内一点，若AB →·(CB →＋CA →)＝2AB →·CP →，且AB →2＝AC →2－2BC →·AP →，则点P 是△ABC 的( A )A ．外心B ．内心C ．重心D ．垂心[解析] 由AB →·(CB →＋CA →)＝2AB →·CP →，得AB →·(CB →＋CA →－2CP →)＝0，即AB →·[(CB →－CP →)＋(CA →－CP →)]＝0，所以AB →·(PB →＋PA →)＝0.设D 为AB 的中点，则AB →·2PD →＝0，故AB →·PD →＝0.由AB →2＝AC →2－2BC →·AP →，得(AB →＋AC →)·(AB →－AC →)＝－2BC →·AP →，即(AB →＋AC →－2AP →)·BC →＝0.设E 为BC 的中点，则(2AE →－2AP →)·BC →＝0，则2PE →·BC →＝0，故BC →·PE →＝0.所以P 为AB 与BC 的垂直平分线的交点，所以P 是△ABC 的外心．故选A ．跟踪练习在△ABC 中，O 为其外心，OA ―→·OC ―→＝3，且 3 OA ―→＋7OB ―→＋OC ―→＝0，则边AC 的长是________．[解析] 设△ABC 外接圆的半径为R ，∵O 为△ABC 的外心，∴|OA ―→|＝|OB ―→|＝|OC ―→|＝R ，又 3 OA ―→ ＋7 OB ―→＋OC ―→＝0，则 3 OA ―→＋OC ―→＝－7OB ―→，∴3OA ―→2＋OC ―→2＋2 3OA ―→·OC ―→＝7OB ―→2，从而OA ―→·OC ―→＝32R 2，又OA ―→·OC ―→＝3，所以R 2＝2，又OA ―→·OC ―→＝|OA ―→||OC ―→|cos ∠AOC ＝R 2cos ∠AOC ＝3，∴cos ∠AOC ＝32，∴∠AOC ＝π6，在△AOC 中，由余弦定理得AC 2＝OA 2＋OC 2－2OA ·OC ·cos∠AOC ＝R 2＋R 2－2R 2×32＝(2－3)R 2＝4－23．所以AC ＝3－1． 类型三 平面向量与三角形的“垂心”问题例3 (2022·济南质检)已知O 是平面上的一定点，A ，B ，C 是平面上不共线的三个动点，点P 满足OP ―→＝OA ―→＋λ⎝⎛⎭⎪⎪⎫AB―→|AB ―→|cos B ＋|AC ―→||AC ―→|cos C ，则动点P 的轨迹一定通过△ABC 的( )A ．重心B ．外心C ．垂心D ．内心 [解析] OP ―→－OA ―→＝λ⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫AB ―→|AB ―→|cos B ＋AC ―→|AC ―→|cos C ，AP ―→＝λ⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫AB ―→|AB ―→|cos B ＋AC ―→|AC ―→|cos C ，BC ―→·AP ―→＝λ⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫BC ―→·AB ―→|AB ―→|cos B ＋BC ―→·AC ―→|AC ―→|cos C ＝λ⎝⎛⎭⎪⎪⎫|BC ―→||AB ―→|cos π－B |AB ―→|cos B ＋|BC ―→||AC ―→|cos C |AC ―→|cos C ＝λ(－|BC ―→|＋|BC ―→|)＝0，所以BC ―→⊥AP ―→，动点P 在BC 的高线上，动点P 的轨迹一定通过△ABC 的垂心，故选C ．类型四 平面向量与三角形的“内心”问题例4 在△ABC 中，|AB →|＝3，|AC →|＝2，AD →＝12AB →＋34AC →，则直线AD 通过△ABC 的( D ) A ．重心B ．外心C ．垂心D ．内心[解析] ∵|AB →|＝3，|AC →|＝2，∴12|AB →|＝34|AC →|＝32.设AE →＝12AB →，AF →＝34AC →，则|AE →|＝|AF →|.∵AD →＝12AB →＋34AC →＝AE →＋AF →，∴AD 平分∠EAF ， ∴AD 平分∠BAC ，∴直线AD 通过△ABC 的内心．跟踪练习(2022·海南模拟)在△ABC 中，AB ＝5，AC ＝6，cos A ＝15，O 是△ABC 的内心，若OP ―→＝x OB ―→＋y OC ―→，其中x ，y ∈[0,1]，则动点P 的轨迹所覆盖图形的面积为( )A ．1063B ．1463C ．4 3D ．6 2 [解析] 根据向量加法的平行四边形法则可知，动点P 的轨迹是以OB ，OC 为邻边的平行四边形及其内部，其面积为△BOC 的面积的2倍．在△ABC 中，设内角A ，B ，C 所对的边分别为a ，b ，c ，由余弦定理a 2＝b 2＋c 2－2bc cos A ，得a ＝7．设△ABC 的内切圆的半径为r ，则12bc sin A ＝12(a ＋b ＋c )r ，解得r ＝263，所以S △BOC ＝12×a ×r ＝12×7×263＝763．故动点P 的轨迹所覆盖图形的面积为2S △BOC ＝1463． 二、三角形形状的判断在△ABC 中，①若|AB →|＝|AC →|，则△ABC 为等腰三角形；②若AB →·AC →＝0，则△ABC 为直角三角形；③若AB →·AC →<0，则△ABC 为钝角三角形；④若AB →·AC →>0，BA →·BC →>0，且CA →·CB →>0，则△ABC 为锐角三角形；⑤若|AB →＋AC →|＝|AB →－AC →|，则△ABC 为直角三角形；⑥若(AB →＋AC →)·BC →＝0，则△ABC 为等腰三角形．例5 (2022·驻马店质检)若O 为△ABC 所在平面内任一点，且满足(OB →－OC →)·(OB →＋OC →－2OA →)＝0，则△ABC 的形状为( C )A ．正三角形B ．直角三角形C ．等腰三角形D ．等腰直角三角形 [解析] 由题意知CB →·(AB →＋AC →)＝0.所以(AB →－AC →)·(AB →＋AC →)＝0，即|AB →|＝|AC →|，所以△ABC 是等腰三角形，故选C ．〔变式训练4〕(1)若P 为△ABC 所在平面内一点．①若(OP →－OA →)·(AB →－AC →)＝0，则动点P 的轨迹必过△ABC 的垂心.②若OP →＝OA →＋λ(AB →＋AC →)(λ≥0)，则动点P 的轨迹必过△ABC 的重心.③若CA →2＝CB →2－2AB →·CP →，则动点P 的轨迹必过△ABC 的外心.(2)已知非零向量AB →与AC →满足⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫AB →|AB →|＋AC →|AC →|·BC →＝0且AB →|AB →|·AC →|AC →|＝12，则△ABC 为( D )A ．三边均不相等的三角形B ．直角三角形C ．等腰非等边三角形D ．等边三角形[解析] (1)①由题意知AP →·CB →＝0，∴AP ⊥BC ，∴动点P 必过△ABC 的垂心；②由题意知AP →＝λ(AB →＋AC →)＝2λAM →(M 为BC 中点)∴P 、A 、M 共线，∴P 必过△ABC 的重心；③2AB →·CP →＝CB →2－CA →2＝(CB →－CA →)·(CB →＋CA →)＝AB →·(CB →＋CA →)，即2AB →·CP →＝AB →·(CB →＋CA →)，∴AB →·(2CP →－CB →－CA →)＝AB →·(BP →＋AP →)＝0.∴以BP →，AP →为邻边的平行四边形的对角线互相垂直．∴点P 在线段AB 的中垂线上，∴P 必过△ABC 的外心．(2)因为非零向量AB →与AC →满足⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫AB →|AB →|＋AC →|AC →|·BC →＝0，所以∠BAC 的平分线垂直于BC ，所以AB ＝AC ．又cos ∠BAC ＝AB →|AB →|·AC →|AC →|＝12，所以∠BAC ＝π3.所以△ABC 为等边三角形．故选D ．。
微专题8 平面向量与三角形的“四心”
+
| |
或＝＋
若△ABC及内一点O满足关系式：S△OBC·＋S△OAC·＋S△OAB·＝0，即为经
典的“奔驰定理”.若△ABC的三边为a，b，c，有a·＋b·＋c·＝0，则O
为△ABC的 （
）
A.外心
B.内心
C.重心
D.垂心
解析：B
∵＝＋，＝＋，∴a·＋b·＋c·＝a·
＝·，则点G可能通过△ABC的
（填：重心、内心、垂心或外
心）.
解析：由·＝·⇔·－·＝0⇔·（－）＝0，
【例4】 在△ABC中，设 2 － 2 ＝2·，那么动点M形成的图形必经过
△ABC的
A.垂心
（
）
B.内心
C.外心
D.重心
解析 如图所示，设线段BC的中点为D，则＋＝2，
∵ 2 － 2 ＝2·
，∴（＋）·
（－）＝
2·
，∴·
（＋－2）＝0，∴·
【例1】 已知点O为△ABC所在平面内一点，若动点P满足＝＋λ（＋
）（λ≥0），则动点P的轨迹一定经过△ABC的 （
A.外心
B.内心
C.垂心
D.重心
）
解析 因为动点P满足＝＋λ（＋）（λ≥0），所以＝λ（＋
），取BC中点D（图略），则＝2λ，则动点P的轨迹一定过△ABC的重
＋b（＋）＋c（＋）＝（a＋b＋c）·＋b·＋c·＝0，
∴＝
++
+
，∵ ， 分别是，方向上的单位向量，∴向
量 ＋ 平分∠BAC，即AO平分∠BAC，同理BO平分∠ABC，∴O为
平面向量中的三角形四心问题（定稿）
平面向量中的三角形四心问题（定稿）第一篇：平面向量中的三角形四心问题（定稿）平面向量中的三角形四心问题向量是高中数学中引入的重要概念，是解决几何问题的重要工具。
本文就平面向量与三角形四心的联系做一个归纳总结。
在给出结论及证明结论的过程中，可以体现数学的对称性与推论的相互关系。
一、重心（barycenter)三角形重心是三角形三边中线的交点。
重心到顶点的距离与重心到对边中点的距离之比为2：1。
在重心确定上，有著名的帕普斯定理。
结论1：若G为∆ABC所在平面内一点，则GA+GB+GC=0⇔G是三角形的重心证明：设BC中点为D，则2GD=GB+GCGA+GB+GC=0⇔-GA=GB+GC∴-GA=2GD,这表明，G 在中线AD上同理可得G在中线BE,CF上故G为∆ABC的重心结论2：1若P为∆ABC所在平面内一点，则PG=(PA+PB+PC)3⇔G是∆ABC的重心1证明：PG=(PA+PB+PC)⇔(PG-PA)+(PG-PB)+(PG-PC)=03⇔GA+GB+GC=0⇔G是∆ABC的重心二、垂心(orthocenter)三角形的三条高线的交点叫做三角形的垂心。
结论3：若H为∆ABC所在平面内一点，则HA⋅HB=HB⋅HC=HC⋅HA⇔H是∆ABC的垂心证明：HA⋅HB=HB⋅HC⇔HB⋅(HA-HC)=0⇔HB⋅AC=0⇔HB⊥AC同理，有HA⊥CB,HC⊥AB故H为三角形垂心结论4：若H为∆ABC所在平面内一点，则HA+BC=HB+AC=HC+AB⇔H 是∆ABC的垂心证明：由HA+BC=HB+CA得，HA+(HB-HC)=HB+(HC-HA)2⇔HB⋅HC=HC⋅HA同理可证得，HA⋅HB=HB⋅HC=HC⋅HA由结论3可知命题成立2222222222222三、外心(circumcenter)三角形三条边的垂直平分线（中垂线）的相交点。
用这个点做圆心可以画三角形的外接圆。
结论5：若O是∆ABC所在平面内一点，则OA=OB=OC⇔O是∆ABC的外心证明：由外心定义可知命题成立结论6：若O是∆ABC所在平面内一点，则（OA+OB)⋅BA=(OB+OC)⋅CB=(OC+OA)⋅AC ⇔O是∆ABC的外心 3 证明：Θ(OA+OB)⋅BA=(OA+OB)(OA-OB)=OA-OB∴(OB+OC)⋅CB=OB-OC( OC+OA)⋅AC=OC-OA222222222故OA-OB=OB-OC=OC-OA⇒OA=OB=OC故O为∆ABC的外心222四、内心(incenter)三角形三条内角平分线的交点叫三角形的内心。
(完整版)平面向量与三角形四心问题
平面向量基本定理与三角形四心已知0是 ABC 内的一点，BOC, AOC, AOB 的面积分别为 S A , S B , S C ,求证:S A ?0A S B ?0B S C ?0C 00D罟0B 誥0C0DS B0D S C0D S B0D S C0D S A0AS B0AE OAS B0AS C0AS BS C0D S BS CS A ?0A S B ?0B S C ?0C 0推论o 是ABC 内的一点，且x ?0A y ?0B z ?0c 0，则S B0C : S C0A : S A0B X ： y ： z如图2延长0A 与BC 边相交于点D 则BD DCS A BD S B0D S ABD S B0DS ACD S C0DSACDS C0DS CS鱼 0B 生 0C S B S C SBS C0AoAS BS BS CS B S C0B二0C有此定理可得三角形四心向量式O是ABC的重心S BOC : S COA : S AOB 1：1：1 O A OB O C 0是SABC的内心BOC :S COA :S AOB■a:b:c a ?OA b?oB c?oC 00是ABC的外心S BOC : S COA :S AOB sin 2A:sin 2B :sin 2C sin 2A?OA sin2B ?O B sin2C ?OC 0O是ABC的垂心S BOC : S COA : S AOB tan A: tan B: tanCtan A?OA tan B?OB tan C ?OC 0tanA 竺,tanBAD CDDBtan A: tanB DB: ADS BOC : S COA DB: ADS BOC : S COA tan A:tan B同理得S COA : S AOB tan B :tanC, S BOC：S AOB tan A:tanC S BOC : S COA : S AOB tan A: tan B : tanC奔驰定理是三角形四心向量式的完美统证明：如图0为三角形的垂心,X一•知识梳理:四心的概念介绍：UUUT UUU UUU UL11T OP OA (AB AC),A .重点B .外心 C.内心 D .垂心 €( 0, +x )),则动点P 的轨迹一定通过厶ABC 的()A .内心B .重心 C.外心D .垂心4.2三角形“四心”的相关向量问题(1)重心：中线的交点，重心将中线长度分成⑵ 垂心：高线的交点，高线与对应边垂直； ⑶ 内心：角平分线的交点(内切圆的圆心)(4)外心：中垂线的交点(外接圆的圆心)与"重心”有关的向量问题1已知G 是△ ABC 所在平面上的一点，A. 重点 B .外心 C.内心2 : 1；，角平分线上的任意点到角两边的距离相，外心到三角形各顶点的距离相等。
平面向量中的三角形四心问题
平面向量中的三角形四心问题向量是高中数学中引入的重要概念，是解决几何问题的重要工具。
本文就平面向量与三角形四心的联系做一个归纳总结。
在给出结论及证明结论的过程中，可以体现数学的对称性与推论的相互关系。
一、重心（barycenter)三角形重心是三角形三边中线的交点。
重心到顶点的距离与重心到对边中点的距离之比为2：1。
在重心确定上，有著名的帕普斯定理。
结论1：是三角形的重心所在平面内一点，则为若G GC GB GA ABC G ⇔=++∆0的重心为故上在中线同理可得上在中线这表明，，则中点为证明：设ABC G CF BE G AD G GD GA GCGB GA GC GB GA GCGB GD D BC ∆=-∴+=-⇔=+++=,,202的重心是证明：的重心是所在平面内一点，则为若ABC G GC GB GA PC PG PB PG PA PG PC PB PA PG ABC G PC PB PA PG ABC ∆⇔=++⇔=-+-+-⇔++=∆⇔++=∆00)()()()(31)(31P二、垂心(orthocenter)三角形的三条高线的交点叫做三角形的垂心。
结论3：的垂心是所在平面内一点，则为若ABC H HA HC HC HB HB HA ABC ∆⇔⋅=⋅=⋅∆H 为三角形垂心故同理，有证明：H ABHC CB HA ACHB AC HB HC HA HB HC HB HB HA ⊥⊥⊥⇔=⋅⇔=-⋅⇔⋅=⋅,00)(可知命题成立由结论同理可证得，得，证明：由的垂心是所在平面内一点，则为若3)()(H 22222222222222HAHC HC HB HB HA HAHC HC HB HA HC HB HC HB HA CA HB BC HA ABC H AB HC AC HB BC HA ABC ⋅=⋅=⋅⋅=⋅⇔-+=-++=+∆⇔+=+=+∆三、外心(circumcenter)三角形三条边的垂直平分线（中垂线）的相交点。
平面向量与三角形的四心(解析版)
专题十 平面向量与三角形的四心三角形四心的向量式三角形“四心”向量形式的充要条件设O 为△ABC 所在平面上一点，内角A ，B ，C 所对的边分别为a ，b ，c ，则(1)O 为△ABC 的重心⇔OA →＋OB →＋OC →＝0．(2)O 为△ABC 的外心⇔|OA →|＝|OB →|＝|OC →|＝a 2sin A⇔sin 2A ·OA →＋sin 2B ·OB →＋sin 2C ·OC →＝0． (3)O 为△ABC 的内心⇔aOA →＋bOB →＋cOC →＝0⇔ sin A ·OA →＋sin B ·OB →＋sin C ·OC →＝0．(4)O 为△ABC 的垂心⇔OA →·OB →＝OB →·OC →＝OC →·OA →⇔ tan A ·OA →＋tan B ·OB →＋tan C ·OC →＝0．关于四心的概念及性质：(1)重心：三角形的重心是三角形三条中线的交点．性质：①重心到顶点的距离与重心到对边中点的距离之比为2∶1．②重心和三角形3个顶点组成的3个三角形面积相等．③在平面直角坐标系中，重心的坐标是顶点坐标的算术平均数．即G 为△ABC 的重心，A (x 1，y 1)，B (x 2，y 2)，C (x 3，y 3)，则G ⎝⎛⎭⎫x 1＋x 2＋x 33，y 1＋y 2＋y 33．④重心到三角形3个顶点距离的平方和最小．(2)垂心：三角形的垂心是三角形三边上的高的交点．性质：锐角三角形的垂心在三角形内，直角三角形的垂心在直角顶点上，钝角三角形的垂心在三角形外．(3)内心：三角形的内心是三角形三条内角平分线的交点(或内切圆的圆心)．性质：①三角形的内心到三边的距离相等，都等于内切圆半径r ． ②2=S r a b c ++，特别地，在Rt △ABC 中，∠C =90°，=2a b c r +-． (4)外心：三角形三边的垂直平分线的交点(或三角形外接圆的圆心)．性质：外心到三角形各顶点的距离相等．考点一 三角形四心的判断【例题选讲】[例1] (1) 已知A ，B ，C 是平面上不共线的三点，O 为坐标原点，动点P 满足OP →＝13[(1－λ)OA →＋(1－λ)OB →＋(1＋2λ)·OC →]，λ∈R ，则点P 的轨迹一定经过( )A ．△ABC 的内心B ．△ABC 的垂心 C ．△ABC 的重心D ．AB 边的中点答案 C 解析 取AB 的中点D ，则2OD →＝OA →＋OB →，∵OP →＝13[(1－λ)OA →＋(1－λ)OB →＋(1＋2λ)OC →]，∴OP →＝13[2(1－λ)OD →＋(1＋2λ)OC →]＝2(1－λ)3OD →＋1＋2λ3OC →，而2(1－λ)3＋1＋2λ3＝1，∴P ，C ，D 三点共线，∴点P 的轨迹一定经过△ABC 的重心．(2)已知O 是平面上的一定点，A ，B ，C 是平面上不共线的三个动点，若动点P 满足OP →＝OA →＋λ⎝ ⎛⎭⎪⎫AB →|AB →|＋AC →|AC →|，λ∈(0，＋∞)，则点P 的轨迹一定通过△ABC 的________．答案 内心 解析 由条件，得OP →－OA →＝λ⎝ ⎛⎭⎪⎫AB →|AB →|＋AC →|AC →|，即AP →＝λ⎝ ⎛⎭⎪⎫AB →|AB →|＋AC →|AC →|，而AB →|AB →|和AC →|AC →|分别表示平行于AB →，AC →的单位向量，故AB →|AB →|＋AC →|AC →|平分∠BAC ，即AP →平分∠BAC ，所以点P 的轨迹必过△ABC 的内心．(3)在△ABC 中，设AC →2－AB →2＝2AM →·BC →，那么动点M 的轨迹必经过△ABC 的( )A ．垂心B ．内心C ．外心D ．重心答案 C 解析 设BC 边中点为D ，∵AC →2－AB →2＝2 AM →·BC →，∴(AC →＋AB →)·(AC →－AB →)＝2 AM →·BC →，即AD →·BC →＝AM →·BC →，∴MD →·BC →＝0，则MD →⊥BC →，即MD ⊥BC ，∴MD 为BC 的垂直平分线，∴动点M 的轨迹必经过△ABC 的外心，故选C ．(4)已知O 是平面上的一个定点，A ，B ，C 是平面上不共线的三个点，动点P 满足OP →＝OA →＋λ(AB →|AB →|cos B＋AC →|AC →|cos C)，λ∈(0，＋∞)，则动点P 的轨迹一定通过△ABC 的( ) A ．重心 B ．垂心 C ．外心 D ．内心答案 B 解析 因为OP →＝OA →＋λ(AB →|AB →|cos B ＋AC →|AC →|cos C )，所以AP →＝OP →－OA →＝λ(AB →|AB →|cos B ＋AC →|AC →|cos C)，所以BC →·AP →＝BC →·λ(AB →|AB →|cos B ＋AC →|AC →|cos C)＝λ(－|BC →|＋|BC →|)＝0，所以BC →⊥AP →，所以点P 在BC 的高线上，即动点P 的轨迹一定通过△ABC 的垂心．(5)已知ABC ∆的内角A 、B 、C 的对边分别为a 、b 、c ，O 为ABC ∆内一点，若分别满足下列四个条件：①aOA bOB cOC ++=0，②tan tan tan A OA B OB C OC ⋅+⋅+⋅=0，③sin 2sin 2sin 2A OA B OB C OC ⋅+⋅+⋅=0，④OA OB OC ++=0则点O 分别为ABC ∆的( )A ．外心、内心、垂心、重心B ．内心、外心、垂心、重心C ．垂心、内心、重心、外心D ．内心、垂心、外心、重心答案 D(6)下列叙述正确的是________． ①1()3PG PA PB PC G =++⇔为ABC ∆的重心． ②PA PB PB PC PC PA P ⋅=⋅=⋅⇔为ABC ∆的垂心．③||||||0AB PC BC PA CA PB P ++=⇔为ABC ∆的外心．④()()()0OA OB AB OB OC BC OC OA CA O +⋅=+⋅=+⋅=⇔为ABC ∆的内心．答案 ①② 解析 ①G 为ABC ∆的重心⇔GA GB GC ++=0⇔PA PG PB PG PC PG -+-+-=0⇔1()3PG PA PB PC =++，①正确；②由PA PB PB PC ⋅=⋅⇔()0PA PC PB -⋅=⇔0CA PB AC ⋅=⇔⊥PB ，同理AB PC ⊥，BC PA ⊥，②正确；③||||||AB PC BC PA CA PB ++=0⇔||||()AB PC BC PC CA ++||()CA PC CB ++=0(||||||)||||AB BC CA PC BC CA CA CB ⇔++++=0．||||||||BC CA CA CB =，∴ ||BC CA ||CA CB +与角C 的平分线平行，P ∴必然落在角C 的角平分线上，③错误；④()OA OB AB +⋅=(OB 222)()0||||||OC BC OC OA CA OA OB OC OA OB OC O +⋅=+⋅=⇔==⇔==⇔为ABC ∆的外心，④错误．∴正确的叙述是①②．故答案为：①②．【对点训练】1．已知O 是平面上的一定点，A ，B ，C 是平面上不共线的三个动点，若动点P 满足OP →＝OA →＋λ(AB →＋AC →)，λ∈(0，＋∞)，则点P 的轨迹一定通过△ABC 的( )A ．内心B ．外心C ．重心D ．垂心1．答案 C 解析 由原等式，得OP →－OA →＝λ(AB →＋AC →)，即AP →＝λ(AB →＋AC →)，根据平行四边形法则，知AB →＋AC →是△ABC 的中线AD (D 为BC 的中点)所对应向量AD →的2倍，所以点P 的轨迹必过△ABC 的重心．2．O 是平面上一定点，A ，B ，C 是平面上不共线的三个点，动点P 满足2OB OC OP AP λ+=+，且1λ≠，则点P 的轨迹一定通过ABC ∆的( )A ．内心B ．外心C ．重心D ．垂心2．答案 C 解析 设BC 的中点为M ．由已知原式可化为2PA OB OP OC OP λ=-+-．即2PA PB λ= 2PC PM +=，所以PM PA λ=，所以P ，A ，M 三点共线．所以P 点在边BC 的中线AM 上．故P 点 的轨迹一定过ABC ∆的重心．3．已知O 是△ABC 所在平面上的一定点，若动点P 满足OP →＝OA →＋λ⎝ ⎛⎭⎪⎫AB →|AB |sin B ＋AC →|AC |sin C ，λ∈(0，＋∞)， 则点P 的轨迹一定通过△ABC 的( )A ．内心B ．外心C ．重心D ．垂心3．答案 C 解析 ∵|AB |sin B ＝|AC |sin C ，设它们等于t ，∴OP →＝OA →＋λ·1t(AB →＋AC →)，设BC 的中点为D ， 则AB →＋AC →＝2AD →，λ·1t(AB →＋AC →)表示与AD →共线的向量AP →，而点D 是BC 的中点，即AD 是△ABC 的中线，∴点P 的轨迹一定通过三角形的重心．故选C ．4．O 为ABC ∆所在平面内一点，A ，B ，C 为ABC ∆的角，若sin sin sin A OA B OB C OC O ⋅+⋅+⋅=，则点O 为ABC ∆的( )A ．垂心B ．外心C ．内心D ．重心4．答案 C 解析 由正弦定理得2sin 2sin 2sin 0R AOA R BOB R COC ++=，即0aOA bOB cOC ++=， 由上式可得()()cOC aOA bOB a OC CA b OC CB =--=-+-+，所以()a b c OC aCA bCB ++=--=ab - ()||||CA CB CA CB +，所以OC 与C ∠的平分线共线，即O 在C ∠的平分线上，同理可证，O 也在A ∠，B ∠的 平分线上，故O 是ABC ∆的内心．5．在ABC ∆中，3AB =，2AC =，1324AD AB AC =+，则直线AD 通过ABC ∆的( ) A ．垂心 B ．外心 C ．内心 D ．重心 5．答案 C 解析3AB =，2AC =，13||22AB ∴=，33||42AC =．即133||||242AB AC ==，设12AE AB =， 34AF AC =，则||||AE AF =，∴1324AD AB AC AE AF =+=+．由向量加法的平行四边形法则可知，四边形AEDF 为菱形．AD ∴为菱形的对角线，AD ∴平分EAF ∠．∴直线AD 通过ABC ∆的内心．故选C ． 6．已知ABC ∆所在的平面上的动点M 满足||||AP AB AC AC AB =+，则直线AP 一定经过ABC ∆的( )A ．重心B ．外心C ．内心D ．垂心6．答案 C 解析||||AP AB AC AC AB =+∴11||||()||||AP AB AC AC AB AC AB =+，∴根据平行四边 形法则知11||||AC AB AC AB +表示的向量在三角形角A 的平分线上，而向量AP 与11||||AC AB AC AB +共线，P ∴点的轨迹过ABC ∆的内心，故选C ．7．设ABC ∆的角A 、B 、C 的对边长分别为a ，b ，c ，P 是ABC ∆所在平面上的一点，c PA PB PA PC b⋅=⋅ +22b c c a c PA PB PC PB b a a--=⋅+，则点P 是ABC ∆的( ) A ．重心 B ．外心 C ．内心 D ．垂心7．答案 C 解析 因为22c b c c a c PA PB PA PC PA PB PC PB b b a a--⋅=⋅+=⋅+，所以2PA PB PA ⋅-= ()c PA PC PA b ⋅-，2()c PA PB PB PB PC PB a ⋅-=⋅-，所以c PA AB PA AC b ⋅=⋅，c BA PB PB BC a⋅=⋅，所以||cos ||cos c PA c PAB PA b PAC b ⋅∠=∠，||cos ||cos c PB c PBA PB a PBC a⋅∠=∠，所以PAB PAC ∠=∠，PBA PBC ∠=∠，所以AP 是BAC ∠的平分线，BP 是ABC ∠的平分线，所以点P 是ABC ∆的内心，故选C ．8．已知O 是ABC △所在平面上一点，若222OA OB OC ==，则O 是ABC △的( )．A ．重点B ．外心C ．内心D ．垂心8．答案 B 解析9．P 是△ABC 所在平面内一点，若P A →·PB →＝PB →·PC →＝PC →·P A →，则P 是△ABC 的( )A ．外心B ．内心C ．重心D ．垂心9．答案 D 解析 由P A →·PB →＝PB →·PC →，可得PB →·(P A →－PC →)＝0，即PB →·CA →＝0，∴PB →⊥CA →，同理可证PC →⊥AB →，P A →⊥BC →．∴P 是△ABC 的垂心．10．若H 为ABC △所在平面内一点，且222222HA BC HB CA HC AB +=+=+则点H 是ABC △的( )A ．外心B ．内心C ．重心D ．垂心10．答案 D 解析11．已知O 是ABC ∆所在平面内一点，且满足22||||BA OA BC AB OB AC ⋅+=⋅+，则点(O )A ．在AB 边的高所在的直线上 B ．在C ∠平分线所在的直线上C ．在AB 边的中线所在的直线上D ．是ABC ∆的外心11．答案 A 解析 取AB 的中点D ，则22||||BA OA BC AB OB AC ⋅+=⋅+，∴2()||BA OA OB BC ⋅+=-+2||AC ，∴2(2)BA OD AB CD ⋅=⋅-，∴20BA OC =，∴BA OC ⊥，∴点O 在AB 边的高所在的直线上，故选A ．12．已知O 为ABC ∆所在平面内一点，且满足222222OA BC OB CA OC AB +=+=+，则O 点的轨迹一定通过ABC ∆的( )A ．外心B ．内心C ．重心D ．垂心12．答案 D 解析BC OC OB =-，CA OA OC =-、AB OB OA =-，∴由22222OA BC OB CA OC +=+=2AB +，得222222()()()OA OC OB OB OA OC OC OB OA +-=+-=+-，∴OB OC OA OC OA OB ⋅=⋅=⋅， 即()()()OC OB OA OA OC OB OB OC OA ⋅-=⋅-=⋅-，∴OC AB OA BC OB AC ⋅=⋅=⋅，则OC AB ⊥， OA BC ⊥，OB AC ⊥．O ∴是ABC ∆的垂心．故选D ． 13．已知O ，N ，P 在所在ABC ∆的平面内，且||||||, OA OB OC NA NB NC ==++=0，且PA PB ⋅=PB PC ⋅=PA PC ⋅，则O ，N ，P 分别是ABC ∆的( )A ．重心、外心、垂心B ．重心、外心、内心C ．外心、重心、垂心D ．外心、重心、内心13．答案 C14．点O 是平面上一定点，A 、B 、C 是平面上ABC ∆的三个顶点，以下命题正确的是________．（把你认为正确的序号全部写上）．①②③④⑤①动点P 满足OP OA PB PC =++，则ABC ∆的重心一定在满足条件的P 点集合中；②动点P 满足()(0)||||AB AC OP OA AB AC λλ=++>，则ABC ∆的内心一定在满足条件的P 点集合中； ③动点P 满足()(0)||sin ||sin AB AC OP OA AB B AC Cλλ=++>，则ABC ∆的重心一定在满足条件的P 点集合中；④动点P 满足()(0)||cos ||cos AB AC OP OA AB B AC C λλ=++>，则ABC ∆的垂心一定在满足条件的P 点集合中；⑤动点P 满足()(0)2||cos ||cos OB OC AB AC OP AB B AC C λλ+=++>，则ABC ∆的外心一定在满足条件的P 点集合中．14．答案 ①②③④⑤ 解析 对于①，动点P 满足OP OA PB PC =++，∴AP PB PC =+，则点P 是ABC ∆的心，故①正确；对于②，动点P 满足()(0)||||AB AC OP OA AB AC λλ=++>，∴(||AB AP AB λ=+ )||AC AC (0)λ>，又||||AB AC AB AC +在BAC ∠的平分线上，∴AP 与BAC ∠的平分线所在向量共线，ABC ∴∆的内心在满足条件的P 点集合中，②正确；对于③，动点P 满足()||sin ||sin AB AC OP OA AB B AC C λ=++ (0)λ>，∴()||sin ||sin AB AC AP AB B AC Cλ=+，(0)λ>，过点A 作AD BC ⊥，垂足为D ，则||sin AB B = ||sin AC C AD =，()AP AB AC AD λ=+，向量AB AC +与BC 边的中线共线，因此ABC ∆的重心一定在满足条件的P 点集合中，③正确；对于④，动点P 满足()(0)||cos ||cos AB AC OP OA AB B AC C λλ=++>， (AP λ=∴)(0)||cos ||cos AB AC AB B AC C λ+>，∴()(||||cos ||cos AB AC AP BC BC BC AB B AC Cλλ=+=- ||)0BC =，∴AP BC ⊥，ABC ∴∆的垂心一定在满足条件的P 点集合中，④正确；对于⑤，动点P 满 足OP =()(0)2||cos ||cos OB OC AB AC AB B AC C λλ+++>，设2OB OC OE +=，则(||cos AB EP AB Bλ=+ )||cos AC AC C，由④知()0||cos ||cos AB AC BC AB B AC C +=，∴0EP BC =，∴EP BC ⊥，P ∴点的轨迹为 过E 的BC 的垂线，即BC 的中垂线；ABC ∴∆的外心一定在满足条件的P 点集合，⑤正确．故正确的 命题是①②③④⑤．考点二 三角形四心的应用【例题选讲】[例2] (1)在△ABC 中，角A ，B ，C 的对边分别为a ，b ，c ，重心为G ，若aGA →＋bGB →＋33cGC →＝0，则A ＝__________．答案 π6解析 由G 为△ABC 的重心知GA →＋GB →＋GC →＝0，则GC →＝－GA →－GB →，因此a GA →＋b GB →＋ 33c (－GA →－GB →)＝⎝⎛⎭⎫a －33c GA →＋⎝⎛⎭⎫b －33c GB →＝0，又GA →，GB →不共线，所以a －33c ＝b －33c ＝0，即a ＝b ＝33c ．由余弦定理得cos A ＝b 2＋c 2－a 22bc ＝c 22×33c 2＝32，又0<A <π，所以A ＝π6． (2)在△ABC 中，AB ＝BC ＝2，AC ＝3，设O 是△ABC 的内心．若AO →＝pAB →＋qAC →，则p q＝________． 答案 32 解析 如图，O 为△ABC 的内心，D 为AC 中点，则O 在线段BD 上，cos ∠DAO ＝12||AC →||AO →＝32|AO →|，根据余弦定理cos ∠BAC ＝4＋9－42×2×3＝34；由AO →＝pAB →＋qAC →得AO →·AB →＝pAB →2＋qAB →·AC →，所以||AO ，→||AB ，→cos ∠BAO ＝pAB →2＋q ||AB →||AC →cos ∠BAC ，所以3＝4p ＋92q ①；同理AO →·AC →＝pAB →·AC →＋qAC →2，所以可以得到92＝92p ＋9q ②．①②联立可求得p ＝37，q ＝27，所以p q ＝32．(3)已知在△ABC 中，AB ＝1，BC ＝6，AC ＝2，点O 为△ABC 的外心，若AO →＝xAB →＋yAC →，则有序实数对(x ，y )为( )A ．⎝⎛⎭⎫45，35B ．⎝⎛⎭⎫35，45C ．⎝⎛⎭⎫－45，35D ．⎝⎛⎭⎫－35，45 答案 A 解析 取AB 的中点M 和AC 的中点N ，连接OM ，ON ，则OM →⊥AB →，ON →⊥AC →，OM →＝AM→－AO →＝12AB →－(xAB →＋yAC →)＝⎝⎛⎭⎫12－x AB →－yAC →，ON →＝AN →－AO →＝12AC →－(xAB →＋yAC →)＝⎝⎛⎭⎫12－y AC →－xAB →．由OM →⊥AB →，得⎝⎛⎭⎫12－x AB →2－yAC →·AB →＝0，①，由ON →⊥AC →，得⎝⎛⎭⎫12－y AC →2－xAC →·AB →＝0，②，又因为BC →2＝(AC →－AB →)2＝AC →2－2AC →·AB →＋AB →2，所以AC →·AB →＝AC →2＋AB →2－BC →22＝－12，③，把③代入①、②得⎩⎪⎨⎪⎧1－2x ＋y ＝0，4＋x －8y ＝0，解得x ＝45，y ＝35．故实数对(x ，y )为⎝⎛⎭⎫45，35． (4)在△ABC 中，O 是△ABC 的垂心，点P 满足：3OP →＝12OA →＋12OB →＋2OC →，则△ABP 的面积与△ABC 的面积之比是________．答案 23 解析 如图，设AB 的中点为M ，设12OA →＋12OB →＝ON →，则N 是AB 的中点，点N 与M 重合，故由3OP →＝12OA →＋12OB →＋2OC →，可得2OP →＝OM →－OP →＋2OC →，即2OP →－2OC →＝OM →－OP →，也即PM →＝2CP →，由向量的共线定理可得C 、P 、M 共线，且MP ＝23MC ，所以结合图形可得△ABP 的面积与△ABC 的面积之比是23． (5)著名数学家欧拉提出了如下定理：三角形的外心、重心、垂心依次位于同一直线上，且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半．此直线被称为三角形的欧拉线，该定理则被称为欧拉线定理．设点O ，H 分别是ABC ∆的外心、垂心，且M 为BC 中点，则( )A ．33AB AC HM MO +=+ B ．33AB AC HM MO +=-C ．24AB AC HM MO +=+D ．24AB AC HM MO +=-答案 D 解析 如图所示的Rt ABC ∆，其中角B 为直角，则垂心H 与B 重合，O 为ABC ∆的外心，OA OC ∴=，即O 为斜边AC 的中点，又M 为BC 中点，∴2AH OM =，M 为BC 中点，∴ AB AC +22()2(2)4224AM AH HM OM HM OM HM HM MO ==+=+=+=-．故选D ． A B (H )CM O【对点训练】1．在△ABC 中，O 为△ABC 的重心，AB ＝2，AC ＝3，A ＝60°，则AO →·AC →＝________．1．答案 4 解析 设BC 边中点为D ，则AO →＝23AD →，AD →＝12(AB →＋AC →)，∴ AO →·AC →＝13(AB →＋AC →)·AC →＝13(3×2×cos 60°＋32)＝4．2．设G 为△ABC 的重心，且sin A ·GA ＋sin B ·GB ＋sin C ·GC ＝0，则B 的大小为________．2．答案 60° 解析 ∵G 是△ABC 的重心，∴GA →＋GB →＋GC →＝0，GA →＝－(GB →＋GC →)，将其代入sin A ·GA →＋sin B ·GB →＋sin C ·GC →＝0，得(sin B －sin A )GB →＋(sin C －sin A )GC →＝0．又GB →，GC →不共线，∴sin B －sin A ＝0，sin C －sin A ＝0，则sin B ＝sin A ＝sin C ．根据正弦定理知b ＝a ＝c ，∴三角形ABC 是等边三角形，则角B ＝60°．秒杀 ∵G 为△ABC 的重心，∴OA →＋OB →＋OC →＝0，又∵sin A ·GA ＋sin B ·GB ＋sin C ·GC ＝0，∴sin A ＝sin B ＝sin C ，∴三角形ABC 是等边三角形，则角B ＝60°．3．已知△ABC 的三个内角为A ，B ，C ，重心为G ，若2sin A ·GA →＋3sin B ·GB →＋3sin C ·GC →＝0，则cos B ＝________．3．答案 112解析 设a ，b ，c 分别为角A ，B ，C 所对的边，由正弦定理得2a ·GA →＋3b ·GB →＋3c ·GC →＝0， 则2a ·GA →＋3b ·GB →＝－3c ·GC →＝－3c (－GA →－GB →)，即(2a －3c ) GA →＋(3b －3c ) GB →＝0．又GA →，GB →不共线，所以⎩⎨⎧2a －3c ＝0，3b －3c ＝0，由此得2a ＝3b ＝3c ，所以a ＝32b ，c ＝33b ，于是由余弦定理得cos B ＝a 2＋c 2－b 22ac ＝112． 秒杀 ∵G 为△ABC 的重心，∴OA →＋OB →＋OC →＝0，又∵2sin A ·GA →＋3sin B ·GB →＋3sin C ·GC →＝0，∴2sin A ＝3sin B ＝3sin C ，∴2a ＝3b ＝3c ，所以a ＝32b ，c ＝33b ，于是由余弦定理得cos B ＝a 2＋c 2－b 22ac ＝112． 4．在△ABC 中，AB ＝1，∠ABC ＝60°，AC →·AB →＝－1，若O 是△ABC 的重心，则BO →·AC →＝________．4．答案 5 解析 如图所示，以B 为坐标原点，BC 所在直线为x 轴，建立平面直角坐标系．∵AB ＝1，∠ABC ＝60°，∴A ⎝⎛⎭⎫12，32．设C (a ，0)．∵AC →·AB →＝－1，∴⎝⎛⎭⎫a －12，－32·⎝⎛⎭⎫－12，－32＝ －12⎝⎛⎭⎫a －12＋34＝－1，解得a ＝4．∵O 是△ABC 的重心，延长BO 交AC 于点D ，∴BO →＝23BD →＝23×12(BA → ＋BC →)＝13⎣⎡⎦⎤⎝⎛⎭⎫12，32＋(4，0)＝⎝⎛⎭⎫32，36．∴BO →·AC →＝⎝⎛⎭⎫32，36·⎝⎛⎭⎫72，－32＝5． 5．过△ABC 重心O 的直线PQ 交AC 于点P ，交BC 于点Q ，PC →＝34AC →，QC →＝nBC →，则n 的值为____． 5．答案 35 解析 因为O 是重心，所以OA →＋OB →＋OC →＝0，即OA →＝－OB →－OC →，PC →＝34AC →⇒OC →－OP →＝34(OC →－OA →)⇒OP →＝34OA →＋14OC →＝－34OB →－12OC →，QC →＝nBC →⇒OC →－OQ →＝n (OC →－OB →)⇒OQ →＝nOB →＋(1－n ) OC →，因为P ，O ，Q 三点共线，所以OP →∥OQ →，所以－34(1－n )＝－12n ，解得n ＝35．6．已知△ABC 和点M 满足MA →＋MB →＋MC →＝0，若存在实数m ，使得AB →＋AC →＝mAM →成立，则m 等于( )A ．2B ．3C ．4D ．56．答案 B 解析 ∵MA →＋MB →＋MC →＝0，∴M 为△ABC 的重心．连接AM 并延长交BC 于D ，则D 为BC 的中点．∴AM →＝23AD →．又AD →＝12(AB →＋AC →)，∴AM →＝13(AB →＋AC →)，即AB →＋AC →＝3AM →，∴m ＝3，故选B ．7．已知O 是△ABC 内一点，OA →＋OB →＋OC →＝0，AB →·AC →＝2且∠BAC ＝60˚，则△OBC 的面积为( )A ．33B ．3C ．32D ．237．答案 A 解析 ∵OA →＋OB →＋OC →＝0，∴O 是△ABC 的重心，于是S △OBC ＝13S △ABC ．∵AB →·AC →＝2，∴ |AB →|·|AC →|·cos ∠BAC ＝2，∵∠BAC ＝60˚，∴|AB →|·|AC →|＝4．又S △ABC ＝12|AB →|·|AC →|sin ∠BAC ＝3，∴△OBC 的面积为33，故选A ． 8．已知在△ABC 中，点O 满足OA →＋OB →＋OC →＝0，点P 是OC 上异于端点的任意一点，且OP →＝mOA →＋nOB →，则m ＋n 的取值范围是________．8．答案 (－2，0) 解析 依题意，设OP →＝λOC → (0<λ<1)，由OA →＋OB →＋OC →＝0，知OC →＝－(OA →＋OB →)，所以OP →＝－λOA →－λOB →，由平面向量基本定理可知，m ＋n ＝－2λ，所以m ＋n ∈(－2，0)．9．已知点O 为△ABC 外接圆的圆心，且OA ＋OB ＋OC ＝0，则△ABC 的内角A 等于( )A ．30°B ．60°C ．90°D ．120°9．答案 B 解析 由OA →＋OB →＋OC →＝0，知点O 为△ABC 的重心，又O 为△ABC 外接圆的圆心，∴△ABC 为等边三角形，A ＝60°．10．已知O 是△ABC 的外心，|AB →|＝4，|AC →|＝2，则AO →·(AB →＋AC →)＝( )A ．10B ．9C ．8D ．610．答案 A 解析 作OS ⊥AB ，OT ⊥AC ∵O 为△ABC 的外接圆圆心．∴S 、T 为AB ，AC 的中点，且AS →·SO →＝0，AT →·TO →＝0，AO →＝AS →＋SO →，AO →＝AT →＋TO →，∴AO →·(AB →＋AC →)＝AO →·AB →＋AO →·AC →＝(AS →＋SO →)·AB →＋(AT→＋TO →)·AC →＝AS →·AB →＋SO →·AB →＋AT →·AC →＋TO →·AC →＝12AB →·AB →＋12AC →·AC →＝12|AB →|2＋12|AC →|2＝8＋2＝10．故选A ． 优解：不妨设∠A ＝90°，建立如图所示平面直角坐标系．设B (4，0)，C (0，2)，则O 为BC 的中点O (2，1)，∴AB →＋AC →＝2AO →，∴AO →·(AB →＋AC →)＝2|AO →|2＝2(4＋1)＝10．故选A ．11．若点P 是△ABC 的外心，且P A →＋PB →＋λPC →＝0，∠ACB ＝120°，则实数λ的值为( )A ．12B ．－12C ．－1D ．1 11．答案 C 解析 设AB 的中点为D ，则P A →＋PB →＝2PD →．因为P A →＋PB →＋λPC →＝0，所以2PD →＋λPC →＝0，所以向量PD →，PC →共线．又P 是△ABC 的外心，所以P A ＝PB ，所以PD ⊥AB ，所以CD ⊥AB ．因为∠ACB ＝120°，所以∠APB ＝120°，所以四边形APBC 是菱形，从而P A →＋PB →＝2PD →＝PC →，所以2PD →＋λPC→＝PC →＋λPC →＝0，所以λ＝－1，故选C ．12．△ABC 的外接圆的圆心为O ，半径为1，若OA →＋AB →＋OC →＝0，且|OA →|＝|AB →|，则CA →·CB →等于( )A ．32B ．3C ．3D ．23 12．答案 C 解析 ∵OA →＋AB →＋OC →＝0，∴OB →＝－OC →，故点O 是BC 的中点，且△ABC 为直角三角形，又△ABC 的外接圆的半径为1，|OA →|＝|AB →|，∴BC ＝2，AB ＝1，CA ＝3，∠BCA ＝30°，∴CA →·CB →＝|CA→||CB →|·cos 30°＝3×2×32＝3． 13．若△ABC 的面积为3，AB →·AC →＝2，则△ABC 外接圆面积的最小值为( )A ．πB ．4π3C ．2πD ．8π313．答案 B 解析 设△ABC 内角A ，B ，C 所对的边分别为a ，b ，c ．由题意可得12bc sin A ＝3，bc cos A ＝2，∴tan A ＝3．又A ∈(0，π)，∴A ＝π3．∴bc cos π3＝2，即bc ＝4．由余弦定理可得a 2＝b 2＋c 2－2bc cos A ＝b 2＋c 2－bc ≥bc ＝4，即a ≥2．又由正弦定理得a sin A＝2R (R 为△ABC 外接圆的半径)，∴2R sin A ＝a ≥2，即3R ≥2，∴R 2≥43，∴三角形外接圆面积的最小值为4π3． 14．已知O 为锐角△ABC 的外心，|AB →|＝3，|AC →|＝23，若AO →＝xAB →＋yAC →，且9x ＋12y ＝8，记I 1＝OA →·OB →，I 2＝OB →·OC →，I 3＝OA →·OC →，则( )A ．I 2<I 1<I 3B ．I 3<I 2<I 1C ．I 3<I 1<I 2D ．I 2<I 3<I 114．解析：选D 如图，分别取AB ，AC 的中点，为D ，E ，并连接OD ，OE ，根据条件有OD ⊥AB ，OE⊥AC ，∴AO →·AB →＝12|AB ―→|2＝92，AO →·AC →＝12|AC ―→|2＝6，∴AO →·AB →＝(xAB →＋yAC →)·AB →＝9x ＋63y ·cos ∠BAC ＝92，①，AO →·AC →＝(xAB →＋yAC →)·AC →＝63x cos ∠BAC＋12y ＝6，②，又9x ＋12y ＝8，③，∴由①②③解得cos ∠BAC ＝33－78．由余弦定理得，BC ＝9＋12－2×3×23×33－78＝15＋3212．∴BC >AC >AB ．在△ABC 中，由大边对大角得，∠BAC >∠ABC >∠ACB ，∴∠BOC >∠AOC >∠AOB ，∵|OA →|＝|OB →|＝|OC →|，且余弦函数在(0，π)上为减函数，∴OB →·OC →<OA →·OC →<OA →·OB →，即I 2<I 3<I 1．15．已知O 是△ABC 的外心，∠C ＝45°，则OC →＝mOA →＋nOB →(m ，n ∈R )，则m ＋n 的取值范围是( )A ．[－2，2]B ．[－2，1)C ．[－2，－1]D ．(1，2]15．答案 B 解析 由题意∠C ＝45°，所以∠AOB ＝90°，以OA ，OB 为x ，y 轴建立平面直角坐标系，如图，不妨设A (1,0)，B (0,1)，则C 在圆O 的优弧AB 上，设C (cos α，sin α)，则α∈⎝⎛⎭⎫π2，2π，显然OC →＝cos αOA →＋sin αOB →，即m ＝cos α，n ＝sin α，m ＋n ＝cos α＋sin α＝2sin ⎝⎛⎭⎫α＋π4，由于α∈⎝⎛⎭⎫π2，2π，所以α＋π4∈⎝⎛⎭⎫3π4，9π4， sin ⎝⎛⎭⎫α＋π4∈⎣⎡⎭⎫－1，22，所以m ＋n ∈[－2，1)，故选B ． 16．已知点G 是△ABC 的外心，GA →，GB →，GC →是三个单位向量，且2GA →＋AB →＋AC →＝0，△ABC 的顶 点B ，C 分别在x 轴的非负半轴和y 轴的非负半轴上移动，如图所示，点O 是坐标原点，则|OA →|的最大值为( )A ．1B ．2C ．3D ．416．答案 B 解析 因为点G 是△ABC 的外心，且2GA →＋AB →＋AC →＝0，所以点G 是BC 的中点，△ABC是直角三角形，且∠BAC 是直角．又GA →，GB →，GC →是三个单位向量，所以BC ＝2，又△ABC 的顶点B ，C 分别在x 轴的非负半轴和y 轴的非负半轴上移动，在Rt △BOC 中，OG 是斜边BC 上的中线，则|OG |＝12|BC |＝1，所以点G 的轨迹是以原点为圆心、1为半径的圆弧．又|GA →|＝1，所以当OA 经过BC 的中点G 时，|OA ―→|取得最大值，且最大值为2|GA →|＝2．17．在锐角三角形ABC 中，角A ，B ，C 所对的边分别为a ，b ，c ，点O 为△ABC 的外接圆的圆心，A ＝π3，且AO →＝λAB →＋μAC →，则λμ的最大值为________．17．答案 19解析 ∵△ABC 是锐角三角形，∴O 在△ABC 的内部，∴0<λ<1,0<μ<1．由AO →＝λ(OB →－OA →)＋μ(OC →－OA →)，得(1－λ－μ)AO →＝λOB →＋μOC →，两边平方后得，(1－λ－μ)2AO →2＝(λOB →＋μOC →)2＝λ2OB →2＋μ2OC →2＋2λμOB →·OC →，∵A ＝π3，∴∠BOC ＝2π3，又|AO →|＝|BO →|＝|CO →|．∴(1－λ－μ)2＝λ2＋μ2－λμ，∴1＋3λμ＝2(λ＋μ)，∵0<λ<1,0<μ<1，∴1＋3λμ≥4λμ，设λμ＝t ，∴3t 2－4t ＋1≥0，解得t ≥1(舍)或t ≤13，即λμ≤13⇒λμ≤19，∴λμ的最大值是19．18．已知P 是边长为3的等边三角形ABC 外接圆上的动点，则||P A →＋PB →＋2PC →的最大值为( )A ．23B ．33C ．43D ．53 18．答案 D 解析 设△ABC 的外接圆的圆心为O ，则圆的半径为332×12＝3，OA →＋OB →＋OC →＝0，故P A →＋PB →＋2PC →＝4PO →＋OC →．又||4PO →＋OC →2＝51＋8PO →·OC →≤51＋24＝75，故||P A →＋PB →＋2PC →≤53，当PO →，OC →同向共线时取最大值．19．已知O 是锐角三角形ABC ∆的外接圆的圆心，且A θ∠=，若cos cos 2sin sin B CAB AC mAO C B+=，则m ＝( ) A ．sin θ B ．cos θ C ．tan θ D ．不能确定 19．答案 A 解析 设外接圆半径为R ，则：cos cos 2sin sin B C AB AC mAO C B +=可化为：cos ()sin BOB OA C⋅-+ cos ()2sin COC OA m AO B⋅-=⋅ (*)．易知OA 与OB 的夹角为2C ∠，OC 与OA 的夹角为2B ∠，OA 与OA 的夹角为0，||||||OA OB OC R ===．则对(*)式左右分别与OA 作数量积，可得：cos sin B OA OB C ⋅⋅-cos sin BC 222cos cos 2sin sin C C OA OC OA OA mOA B B ⋅+⋅⋅-⋅=-．即cos sin B C⋅2R 22cos (cos21)(cos21)2sin C C R B mR B -+⋅-=-．2sin cos (2sin cos )2C B B C m ∴-+-=-，sin cos sin cos C B B C m ∴+=，即sin()B C m +=．因为sin A = sin[()]sin()B C B C π-+=+且A θ∠=，所以，sin sin m A θ==，故选A ．20．在ABC ∆中，5BC =，G ，O 分别为ABC ∆的重心和外心，且5OG BC ⋅=，则ABC ∆的形状是( )A ．锐角三角形B ．钝角三角形C ．直角三角形D ．上述三种情况都有可能20．答案 B 解析 在ABC ∆中，G ，O 分别为ABC ∆的重心和外心，取BC 的中点为D ，连接AD 、OD 、GD ，如图：则OD BC ⊥，13GD AD =，OG OD DG =+，1()2AD AB AC =+，由5OG BC =，则()OD DG BC DG BC +=1()56AB AC BC =-+=，即1()()56AB AC AC AB -+-=，则2230AC AB -=-，又5BC =，则有222226||||||||||5AB AC BC AC BC =+>+，由余弦定理可得cos 0C <，即有C 为钝角．则三角形ABC 为钝角三角形．故选B ．21．在ABC ∆中，3AB =，BC =2AC =，若点O 为ABC ∆的内心，则AO AC ⋅的值为( )A ．2B ．73C ．3D ．5-21．答案 D 解析3AB =，BC =2AC =由O 为ABC ∆的内心可知，AO 平分A ，设圆O 交AC与D ，由余弦定理可得4971cos 2322CAB +-∠==⨯⨯60CAB ∴∠=︒，sin CAB ∴∠=，1232ABC S ∆∴=⨯⨯=，内切圆的半径为r ，则根据内切圆的半径公式222s r a b c ===++，=，∴在三角形AOD 中，22AO r ==，∴622510AO AC ==-+， 故选D ．22．设O 是△ABC 的内心，AB ＝c ，AC ＝b ，若AO →＝λ1AB →＋λ2AC →，则( )A ．λ1λ2＝b cB ．λ21λ22＝b cC ．λ1λ2＝c 2b 2D ．λ21λ22＝c b22．答案 A 解析 设AM →＝λ1AB →，AN →＝λ2AC →．因为O 是△ABC 的内心，所以AO 平分∠BAC ，所以平行四边形AMON 为菱形，且λ1>0，λ2>0，由|AM →|＝|AN →|，得|λ1AB →|＝|λ2AC →|，即λ1c ＝λ2b ，亦即λ1λ2＝b c ，故选A ．23．在△ABC 中，AB ＝5，AC ＝6，cos A ＝15，O 是△ABC 的内心，若OP →＝xOB →＋yOC →，其中x ，y ∈[0，1]，则动点P 的轨迹所覆盖图形的面积为( )A ．1063B ．1463C ．43D ．6223．答案 B 解析 根据向量加法的平行四边形法则可知，动点P 的轨迹是以OB ，OC 为邻边的平行四边形及其内部，其面积为△BOC 的面积的2倍．在△ABC 中，设内角A ，B ，C 所对的边分别为a ，b ，c ，由余弦定理a 2＝b 2＋c 2－2bc cos A ，得a ＝7．设△ABC 的内切圆的半径为r ，则12bc sin A ＝12(a ＋b ＋c )r ，解得r ＝263，所以S △BOC ＝12×a ×r ＝12×7×263＝763．故动点P 的轨迹所覆盖图形的面积为2S △BOC＝1463． 24．在△ABC 中，已知向量AB →与AC →满足⎝ ⎛⎭⎪⎫AB →|AB →|＋AC →|AC →|·BC →＝0，且AB →|AB →|·AC →|AC →|＝12，则△ABC 为( )A ．等边三角形B ．直角三角形C ．等腰非等边三角形D ．三边均不相等的三角形24．答案 A 解析 AB →|AB →|，AC →|AC →|分别为平行于AB →，AC →的单位向量，由平行四边形法则可知AB →|AB →|＋AC →|AC →|为∠BAC 的平分线．因为⎝ ⎛⎭⎪⎫AB →|AB →|＋AC →|AC →|·BC →＝0，所以∠BAC 的平分线垂直于BC ，所以AB ＝AC ．又AB →|AB →|·AC→|AC →|＝AB →|AB →|AC →|AC →|·cos ∠BAC ＝12，所以cos ∠BAC ＝12，又0<∠BAC <π，故∠BAC ＝π3，所以△ABC 为等边三角形．25．ABC ∆外接圆的圆心为O ，两条边上的高的交点为H ，()OH m OA OB OC =++，则实数m 的值( )A ．12 B ．2 C ．1 D ．3425．答案 C 解析 如图，OH AH AO =-，()OH m OA OB OC =++，∴()AH AO m OA OB OC -=++，∴(1)()AH m OA m OB OC =-++，取BC 边的中点D ，连接OD ，则OD BC ⊥，∴2OB OC OD +=，0OD BC ⋅=．又AH BC ⊥，∴0AH BC ⋅=．∴(1)2AH BC m OA BC mOD BC ⋅=-⋅+⋅，(1)m OA BC ∴-⋅ 0=，又OA BC ⋅不恒为0，∴必有10m -=，解得1m =．故选C ．。
三角形的“四心”与平面向量
线( O ， G ， H 三点连线称为欧拉线)，且 OG ＝ GH .
三角形的“四心”与平面向量
题型一 三角形的“重心”与平面向量
重心：三角形三条中线的交点叫重心.它到三角形顶点距离与该点
到对边中点距离之比为2∶1.
在向量表达形式中，设点 G 是△ ABC 所在平面内的一点，则当点 G
1
是△ ABC 的重心时，有 ＋ ＋ ＝0或 ＝ ( ＋ ＋ )(其
｜｜cos
所以 ＝ － ＝λ
所以 · ＝ ·λ
＋
｜｜cos
｜｜cos
｜｜cos
＋
＋
，
｜｜cos
｜｜cos
｜ ｜)＝0，
所以 ⊥ ，所以点 P 在 BC 的高线上，
即动点 P 的轨迹一定通过△ ABC 的垂心.
示△ AB 1 C 1的面积，
1
1
所以 S △ COA ＝ S ， S △ AOB ＝ S ，
9
6
1
1
1
1
S △ BOC ＝ △1 ＝ × △1 1 ＝ S .
2
2
3
18
1
1
1
于是 S △ BOC ∶ S △ COA ∶ S △ AOB ＝
平行四边形为OAC'B， OC 与 AB 交于点 D (图略)，则 D 为 AB 的中点，由
＋ ＝ ′ 得， ＝－ ′ ，即 C ， O ， D ，C'四点共线，故 CD
为△ ABC 的中线，所以 O 在边 AB 的中线上，同理可证， O 在边 AC 的中
线上， O 在边 BC 的中线上，所以 O 是三角形 ABC 的重心.
三角形的“四心”与平面向量
三角形的“四心”与平面向量利津一中 路雪梅向量本身是一个几何概念，具有代数形式和几何形式两种表示方法，易于数形结合向量本身是一个几何概念，具有代数形式和几何形式两种表示方法，易于数形结合..三角形的“四心”（外心、内心、重心、垂心）是与三角形有关的一些特殊点，各自有一些特殊的性质。
在高考中，往往将“向量作为载体”对三角形的“四心”进行考查。
在学习了《平面向量》一章的基础内容之后，学生们通过课堂例题以及课后习题陆续接触了有关三角形重心、垂心、外心、内心向量形式的充要条件。
现归纳总结如下：心、垂心、外心、内心向量形式的充要条件。
现归纳总结如下：与三角形的“四心”有关的一些常见的重要的向量关系式有：与三角形的“四心”有关的一些常见的重要的向量关系式有： ① 设()+¥Î,0l ，则向量)(AC AC AB AB +l 必平分∠必平分∠BAC BAC BAC，该向量必通过△，该向量必通过△，该向量必通过△ABC ABC 的内心的内心; ;② 设()+¥Î,0l ，则向量)(ACAC ABAB -l 必平分∠必平分∠BAC BAC 的邻补角的邻补角③ 设()+¥Î,0l ，则向量)cos cos (C AC ACB AB AB+l 必垂直于边BC BC，，该向量必通过△该向量必通过△ABC ABC 的垂心的垂心④ △ABC 中AC AB +一定过BC的中点，通过△的中点，通过△ABC ABC 的重心的重心⑤ 点O 是△是△ABC ABC 的外心的外心 222OC OB OA ==Û ⑥ 点O 是△是△ABC ABC 的重心的重心 0=++ÛOC OB OA⑦ 点O 是△是△ABC ABC 的垂心的垂心 Û OA OC OC OB OB OA ×=×=×⑧ 点O 是△是△ABC ABC 的内心的内心 0=×+×+×ÛOC c OB b OA a (其中a 、b 、c 为△为△ABC ABC 三边三边) )⑨ △ABC 的外心O 、重心G 、垂心H 共线，即OG ∥OH⑩ 设O 为△为△ABC ABC 所在平面内任意一点，所在平面内任意一点，G G 为△为△ABC ABC 的重心，，I 为△为△ABC ABC 的内心，的内心，则有)(31OC OB OA OG ++= c b a OC c OB b OA a OI ++++=并且重心G （X A +X B +X C 3 ，Y A +Y B +Y C 3 ） 内心内心I （aX A + bX B + cX C a+b+c ，ay A + by B + cy Ca+b+c ） (一)．将平面向量与三角形内心结合考查．将平面向量与三角形内心结合考查例1：（2003年全国高考题）O 是平面上一定点，是平面上一定点，A A 、B 、C 是平面上不共线的三点，动点P 满足)(ACAC ABABOA OP ++=l ，()+¥Î,0l ，则动点P 的轨迹一定通过△的轨迹一定通过△ABC ABC 的（ ）） （A ）外心）外心 （（B ）内心）内心A F E C T B （C ）重心）重心 （（D ）垂心）垂心解析:如图设,AB AB AE =ACAC AF =都是单位向量都是单位向量易知四边形AETF 是菱形是菱形 故选答案故选答案B(二)将平面向量与三角形垂心结合考查“垂心定理” 例2：（1）：（2005年北京市东城区高三模拟题）O 为△为△ABC ABC 所在平面内一点，如果OA OC OC OB OB OA ×=×=×，则O 必为△必为△ABC ABC 的（的（ ））（A ）外心）外心 （（B ）内心）内心 （（C ）重心）重心 （（D ）垂心）垂心解析：Þ=×Þ=×-Þ×=×00)(OB CA OB OC OA OC OB OB OA OB ⊥CA 故选答案D （2）：已知O 为三角形ABC 所在平面内一点，且满足所在平面内一点，且满足222222AB OC CA OB BC OA +=+=+，则点O 是三角形ABC 的（的（） （A ）外心）外心 （（B ）内心）内心 （（C ）重心）重心 （（D ）垂心）垂心事实上由条件可推出OA OC OC OB OB OA ×=×=× 故选答案故选答案D(三)将平面向量与三角形重心结合考查“重心定理”例3：若O 为ABC D 内一点，0OA OB OC ++= ，则O 是ABC D 的（的（ ）） A ．内心 B ．外心 C ．垂心D ．重心 解析：解析：由由0OA OB OC ++= 得OB OC OA +=-，如图以OB OB、、OC 为相邻两边构作平行四边形，则OB OC OD += ，由平行四边形性质知12OE OD =，2OA OE =，同理可证其它两边上的这个性质，所以是重心，选D 。
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专题9：平面向量与三角形的四心
三角形的四心：
1. 外心：
2. 内心：
3. 垂心：
4. 重心：
例1. O 是ABC ∆所在平面上一点，且OA OB OC ==，则O 是ABC ∆的（ ）
A. 内心
B. 外心
C. 垂心
D. 重心
例2. O 是平面上一定点，A,B,C 是平面上不共线的三个点，动点P 满足 (),0AB
AC
OP OA AB AC λλ=++>，则点P 的轨迹一定通过ABC ∆的（ ）
A. 内心
B. 外心
C. 垂心
D. 重心
例3. 点P 是ABC ∆所在平面上一点，若PA PB ⋅=PC PB ⋅=PA PC ⋅，则点P 是
ABC ∆的（ ）
A. 内心
B. 外心
C. 垂心
D. 重心
例4. 证明：点P 是ABC ∆所在平面上一点，有
G 是ABC ∆的重心⇔1()3
PG PA PB PC =++
针对训练：
1. O ，P 两点在ABC ∆所在平面内，且(OP OA)(AB AC)0-⋅-=，则点P 的轨迹一定通过ABC ∆的（ ）
A. 内心
B. 外心
C. 垂心
D. 重心
2. 已知A,B,C 是平面上不共线的三点，O 是ABC ∆的重心，动点P 满足
111(OA OB 2OC)322
OP =++，则点P 一定为ABC ∆的（ ） A. AB 边中线的中点 B. AB 边中线的三等分点（非重心）
C. 重心
D. AB 边的中点
3. 在同一个平面上有ABC ∆及一点O 满足关系式：
222222OA BC OB CA OC AB +=+=+，则点O 一定为ABC ∆的（ ）
A. 内心
B. 外心
C. 垂心
D. 重心
4.已知O 是平面上的一定点，A,B,C 是平面上不共线的三点，动点P 满足： ()OP OA AB AC λ=++，则P 的轨迹一定通过ABC ∆的（ ）
A. 内心
B. 外心
C. 垂心
D. 重心
5. 在ABC ∆所在平面上的一动点M 满足22
2AM BC AC AB ⋅=-，则动点M 的轨迹必过ABC ∆的________________(内心，垂心，外心，重心)。
6. 已知A,B,C,D 是平面上四个不共线的点，若0)()2(=-⋅-+，则ABC ∆的形状是（ ）
A. 等腰三角形
B. 直角三角形
C. 等腰直角三角形
D. 等边三角形。