三角形“五心”的优美向量表示
向量与三角形的五心
重心将顶点与对边中点连线,且 三条中线都经过重心。
重心在几何问题中的应用
010203Fra bibliotek面积分割
重心将三角形面积分为三 个相等的部分。
力的平衡
在静态平衡状态下,作用 于三角形上的力矩与重心 位置密切相关。
三角形不等式
通过重心可以推导三角形 不等式,用于解决几何问 题。
重心定理
定理内容
三角形的重心将中线分为 2:1的比例。
内心定理
• 内心定理:三角形的内心将三角形的三边分别延长,与相对角 的延长线相交于一点,这三个交点与内心构成的三个线段相等 。
05
向量与三角形的外心
外心定义与性质
外心定义
外心是三角形三边的垂直平分线的交点。
外心性质
外心到三角形三个顶点的距离相等,即外接圆的半径。外心到三角形三边的垂直平分线的交点。
证明方法
利用向量加法的平行四边 形法则和向量的共线性。
应用场景
在几何、物理和工程领域 中,重心定理都有广泛的 应用。
03
向量与三角形的垂心
垂心定义与性质
垂心定义
三角形垂心是三条高线的交点,也是三角形三个顶点向对边 所作的高线的交点。
垂心性质
三角形的垂心具有一些特殊的性质,如垂心到三角形三边的 距离相等,且等于对边上的高的长度。此外,三角形的垂心 也是三角形三个内角平分线的交点。
• 三角形的内心:内心是三角形三条内角平分线的交点,向量形式上表示为$\overrightarrow{I} = \frac{\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} \cdot \overrightarrow{c}}{|\overrightarrow{a}| |\overrightarrow{b}| |\overrightarrow{c}|}$ ,其中$\overrightarrow{a}$、$\overrightarrow{b}$、$\overrightarrow{c}$是三角形三边的向量。
三角形各心含义性质向量表示
性质:重心分中线所成比为2:1 (可作为判断方
法)
uuur uuur uuur GA GB GC
0
uuur PG
1
uuur (PA
uuur PB
uuur PC)
G为三角形重心
3
uuur uuur uuur uuur
OP OA ( AB AC)
P轨迹通过三角形重心
C
MP
A' B
G
A
B
A
C
O
三.“垂心”的向量表示 垂心含义:三条高的交点
PA PB PB PC PC PA
P为三角形垂心
uuur OP
uuur OA
uuur uuurAB
uuur uuurAC
AB
cos B
AC
cos
C
P轨迹通过三角形垂心
(0, )
C
A
E
C
B
P
M H P
A
F
B
O
四.“内心”的向量表示
内心含义:三角形内切圆的圆心
性质:(1)内心到三条边距离相等
(2)三个角的角平分线交点为内心
aGA bGB cGC 0
uuur OP
uuur
OA
uuur uAuBur
uuur uAuC外心”的向量表示
外心含义:三角形外接圆的圆心 性质:(1)三条中垂线交点
(2)外心到三角形三个顶点的距离相等
GA GB GC
2
2
2
GA GB GC
三角形重心、外心、垂心、内心的向量表示及其性质
向量的重心、垂心、内心、外心、旁心三角形重心、内心、垂心、外心的概念及简单的三角形形状判断方法。
重心:ABC 中、每条边上所对应的中线的交点;垂心:ABC 中、每条边上所对应的垂线上的交点;内心:ABC 中、每个角的角平分线的交点(内切圆的圆心);外心:ABC 中、每条边上所对应的中垂线的交点(外接圆的圆心)。
一、重心1、 O 是 ABC 的重心OA OB OC 0若 O 是 ABC 的重心,则BOC AOC AOB 1 ABC 故 OA OB OC 0 ,1 (PA 3PG PB PC) G 为 ABC 的重心 .3、 P 是△ ABC所在平面内任一点. G是△ ABC的重心 1 (PA) .2 PG PB PC3证明:PG PA AG PB BG PC CG 3PG ( AG BG CG) (PA PB PC) ∵ G是△ ABC的重心∴ GA GB GC 0 AG BG CG 0,即 3PG PA PB PC由此可得 PG 1 (PA PB PC ) . (反之亦然(证略))33、已知 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OP OA ( AB AC) ,(0,) ,则 P 的轨迹一定通过△ ABC 的重心 .例 1 若 O 为ABC 内一点, OA OB OC 0 ,则 O 是ABC 的()A.内心 B .外心 C .垂心 D .重心第 1 页共 10 页二、垂心1、 O 是 ABC 的垂心OA OB OB OC OA OC若 O 是 ABC ( 非直角三角形 ) 的垂心,则故 tan AOA tan BOB tanCOC 02、H是面内任一点,HA HB HB HC HC HA 点 H 是△ ABC的垂心 .由 HA HB HB HC HB ( HC HA) 0 HB AC 0 HB AC ,同理 HC AB , HA BC . 故 H 是 ABC 的垂心 . (反之亦然(证略))3、 P 是△ ABC 所在平面上一点,若 PA PB PB PC PC PA ,则 P 是△ ABC 的垂心.由 PA PB PB PC ,得 PB (PA PC ) 0 ,即 PB CA 0 ,所以 PB⊥ CA .同理可证 PC ⊥ AB , PA ⊥ BC .∴ P 是△ ABC 的垂心.如图 1.A CCB PEMHPA FB图 1 O 图⑷4、已知 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AB AC,(0,) ,则动点 P 的轨迹一定通过OP OAAC cos CAB cos B△ ABC 的垂心.例 2 P 是△ ABC所在平面上一点,若PA PB PB PC PC PA ,则 P 是△ ABC 的()A.外心B.内心C.重心D.垂心第 2 页共 10 页三、内心1、 O 是ABC 的内心的充要条件是OA AB ACOBBA BC CA CBOCAB AC BA BC CA CB Ae1e2B引进单位向量,使条件变得更简洁。
必修4-向量-三角形的五心
PA BC ( PD DA) BC
P A
DA BC
B
D
C
2 2 1 5 1 ( AC AB ) ( AC AB ) ( AB AC ) 2 2 2
问题4 : 在ABC中,已知AB 3, AC 2, 点H , P分别是ABC的垂心和外心, 求 PH BC .
三角形“五心”向量形 式的充要条件 设O为ABC所在平面上一点,角 A、B、C所对边长 分别 为a、b、c,则:
2 2 2
( 1)O为ABC的外心 OA OB OC ;
(2)O为ABC的重心 OA OB OC 0
(3)O为ABC的垂心 OA OB OB OC OC OA;
问 题2 : 点P为ABC的 外 心 , | AB | 3, | AC | 2, 求 AP BC的 值.
P A
r 2 uuu r2 1 uuu 5 ( AC - AB ) B 2 2
D
C
问题3 : 在ABC 中, AB 3, AC 2, P是 BC中垂线上任一点, 则 PA BC ____ .
(4)O为ABC的内心 a OA b OB c OC 0
(5)O为ABC的A的旁心 a OA b OB c OC
问题1 : 在ABC中, AB 3, AC 2, P是BC中点, 则 AP BC ____ .
r 2 uuu r2 1 uuu 5 ( AC - AB ) 2 2
PH BC ( PA AH ) BC
PA BC AH BC PA BC PA ( AC AB)
A
AP AC AP AB
三角形重心、外心、垂心、内心的向量表示及其性质55632
向量的重心、垂心、内心、外心、旁心三角形重心、内心、垂心、外心的概念及简单的三角形形状判断方法。
重心:ABC ∆中、每条边上所对应的中线的交点; 垂心:ABC ∆中、每条边上所对应的垂线上的交点;内心:ABC ∆中、每个角的角平分线的交点(内切圆的圆心); 外心:ABC ∆中、每条边上所对应的中垂线的交点(外接圆的圆心)。
一、重心1、O 是ABC ∆的重心⇔0=++OC OB OA若O 是ABC ∆的重心,则ABC AOB AOC BOC ∆=∆=∆=∆31故0=++OC OB OA ,)(31PC PB PA PG ++=⇔G 为ABC ∆的重心.2、 P 是△ABC 所在平面内任一点.G 是△ABC 的重心⇔)(31PC PB PA PG ++=.证明:CG PC BG PB AG PA PG +=+=+=⇒)()(3PC PB PA CG BG AG PG +++++= ∵G 是△ABC 的重心∴0=++GC GB GA ⇒0=++CG BG AG ,即PC PB PA PG ++=3由此可得)(31PC PB PA PG ++=.(反之亦然(证略))3、已知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()OP OA AB AC λ=++,(0)λ∈+∞,,则P 的轨迹一定通过ABC △的重心.例1 若O 为ABC ∆内一点,0OA OB OC ++= ,则O 是ABC ∆ 的( )A .内心B .外心C .垂心D .重心1、O 是ABC ∆的垂心⇔OC OA OC OB OB OA •=•=•若O 是ABC ∆(非直角三角形)的垂心,则 故0tan tan tan =++OC C OB B OA A2、H 是面内任一点,HA HC HC HB HB HA ⋅=⋅=⋅⇔点H 是△ABC 的垂心. 由AC HB AC HB HA HC HB HC HB HB HA ⊥⇔=⋅⇔=-⋅⇔⋅=⋅00)(, 同理AB HC ⊥,BC HA ⊥.故H 是ABC ∆的垂心. (反之亦然(证略))3、P 是ABC △所在平面上一点,若PA PC PC PB PB PA ⋅=⋅=⋅,则P 是ABC △的垂心.由PA PB PB PC ⋅=⋅,得()0PB PA PC ⋅-=,即0PB CA ⋅=,所以PB CA ⊥.同理可证PC AB ⊥,PA BC ⊥. ∴P 是ABC △的垂心.如图1.4、已知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cos cos AB AC OP OA AB B AC C λ⎛⎫ ⎪=++ ⎪⎝⎭,(0)λ∈+∞,,则动点P 的轨迹一定通过ABC △的垂心.例2 P 是△ABC 所在平面上一点,若PA PC PC PB PB PA ⋅=⋅=⋅,则P 是△ABC 的() A .外心B .内心C .重心D .垂心图1A1、O是ABC∆的内心的充要条件是=⎫⎛•=⎫⎛•=⎫⎛•CBCAOCBCBAOBACABOA引进单位向量,使条件变得更简洁。
三角形的五心向量结论证明
三角形的五心向量结论证明work Information Technology Company.2020YEAR三角形的五心向量结论证明1. O 是123PP P ∆的重心⇔1230OP OP OP ++=(其中,,a b c 是123PP P ∆三边)证明:充分性: 1230OP OP OP ++=⇒O 是123PP P ∆的重心若1230OP OP OP ++=,则123OP OP OP +=-,以1OP,2OP 为邻边作平行四边形132'OPP P ,设3OP 与12PP 交于点3P ',则3P '为12PP 的中点,有'123OPOP OP +=,得'33OP OP =-,即'33,,,O P P P 四点共线,故3P P 为123PP P ∆的中线,同理,12,PO P O 亦为123PP P ∆的中线,所以,O 为的重心。
* △ABC 中+一定过BC 的中点,通过△ABC 的重心1(),31()3AP AB AC P ABC BP BA BC ⎧=+⎪⎪⇒⎨⎪=+⎪⎩为的重心, *1()3PG PA PB PC =++⇔G 为△ABC 的重心(P 是平面上任意点).证明 PG PA AG PB BG PC CG =+=+=+⇒3()()PG AG BG CG PA PB PC =+++++∵G 是△ABC 的重心∴GA GB GC ++=0⇒AG BG CG ++=0,即3PG PA PB PC =++ 由此可得1()3PG PA PB PC =++.(反之亦然(证略))*若O 是ABC ∆的重心,则ABC AOB AOC BOC S 31S S S ∆∆∆∆===P 12PP 3O PABC ∆()1,2AD AB AC =+ABC ∆2.在中,等于已知AD 是中 BC 边的中线;2. 0AP BC P ABC BP AC ⎧=⎪⇒⎨=⎪⎩为的垂心 * 点O 是123PP P ∆的垂心⇔122331OPOP OP OP OP OP ⋅=⋅=⋅ 证明:O 是123PP P ∆的垂心⇔312OPPP ⊥, 31232132310()0OP PP OP OP OP OP OP OP OP ⋅=⇔⋅-=⇔⋅=⋅ 同理123OP P P ⊥⇔3112OP OP OP OP ⋅=⋅ 故当且仅当122331OP OP OP OP OP OP ⋅=⋅=⋅.* O 是△ABC 所在平面内一点222222→→→→→→+=+=+AC OB BA OC BC OA则O 是△ABC 的垂心 证明:由,得,所以。
高考数学专题突破:三角形的五心与向量【精编版】
高考数学专题突破:三角形的五心与向量一、 外心1.定义:三角形的三条边的垂直平分线交于一点,这点称为三角形的外心(外接圆圆心).三角形的外心到三角形的三个顶点距离相等,都等于三角形的外接圆半径.AB CO2.性质:① 锐角三角形的外心在三角形内;直角三角形的外心在斜边中点;钝角三角形的外心在三角形外. ②三角形的外接圆有且只有一个,即对于给定的三角形,其外心是唯一的,但一个圆的内接三角形却有无数个,这些三角形的外心重合。
③OA=OB=OC=R④∠BOC=2∠BAC,∠AOB=2∠ACB,∠COA=2∠CBA⑤S△ABC=abc/4R⑥||||||==(或222O O O ==)⑦C 2sin :B 2sin :A 2sin AOB sin AOC sin BOC sin S S S A OB A OC BOC =∠∠∠=∆∆∆::::故0OC C 2sin OB B 2sin OA A 2sin =++二、内心1.定义:三角形的三条内角平分线交于一点,这点称为三角形的内心(内切圆圆心).三角形的内心到三边的距离相等,都等于三角形内切圆半径.IK H E F AB C M2.性质: 内切圆半径r 的计算:设三角形面积为S ,r=2S/(a+b+c)特别的,在直角三角形中,有 r =12(a +b -c ). ②∠BOC = 90 °+∠A/2 ∠BOA = 90 °+∠C/2 ∠AOC = 90 °+∠B/2③S△ABC=[(a+b+c)r]/2 (r 是内切圆半径)④O 是内心ABC ∆的充要条件是0|CB ||CA ||BC ||BA |AC |AB |=-⋅=-⋅=-⋅引进单位向量,使条件变得更简洁。
如果记CA ,BC ,AB 的单位向量为321e ,e ,e ,则刚才O 是ABC ∆内心的充要条件可以写成 0)e e (O )e e (O )e e (O 322131=+⋅=+⋅=+⋅ ⑤O 是ABC ∆内心的充要条件也可以是0OC c OB b OA a =++⑥若O 是ABC ∆的内心,则c b a S S S A OB A OC BOC ::::=∆∆∆ 故 0OC C sin OB B sin OA A sin 0OC c OB b OA a =++=++或;⑦||||||0AB PC BC PA CA PB P ++=⇔ ABC ∆的内心; ⑧向量()(0)||||AC AB AB AC λλ+≠ 所在直线过ABC ∆的内心(是BAC ∠的角平分线所在直线);三、垂心2.性质:①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② 垂心O 关于三边的对称点,均在△ABC 的外接圆上 ③△ABC 中,有六组四点共圆,有三组(每组四个)相似的直角三角形,且AO·OD=BO ·OE=CO ·OF④ H 、A 、B 、C 四点中任一点是其余三点为顶点的三角形的垂心(并称这样的四点为一—垂心组)。
三角形重心、外心、垂心、内心的向量表示及其性质
三角形“四心”向量形式的充要条件应用1.O 是ABC ∆的重心⇔=++; 若O 是ABC ∆的重心,则A BC A OB A OC BOC S 31S S S ∆∆∆∆===故0OC OB OA =++;1()3PG PA PB PC =++uu u r uu r uu r uu u r⇔G 为ABC ∆的重心. 2.O 是ABC ∆的垂心⇔OA OC OC OB OB OA ⋅=⋅=⋅;若O 是ABC ∆(非直角三角形)的垂心,则C tan B tan A tan S S S A OB A OC BOC ::::=∆∆∆ 故0OC C tan OB B tan OA A tan =++3.O 是ABC ∆的外心⇔||||||==(或222O C O B O A ==)若O 是ABC ∆的外心则C 2sin :B 2sin :A 2sin AOB sin AOC sin BOCsin S S S AOB AOC BOC =∠∠∠=∆∆∆:::: 故0OC C 2sin OB B 2sin OA A 2sin =++ 4.O 是内心ABC ∆的充要条件是|CB ||CA ||BC ||BA |AC|AB |=-⋅=-⋅=-⋅引进单位向量,使条件变得更简洁。
如果记CA ,BC ,AB 的单位向量为321e ,e ,e ,则刚才O 是ABC ∆内心的充要条件可以写成 0)e e (O )e e (O )e e (O 322131=+⋅=+⋅=+⋅ ,O 是ABC ∆内心的充要条件也可以是c b a =++。
若O 是ABC ∆的内心,则c b a S S S A O B A O C B O C ::::=∆∆∆故 0OC C sin OB B sin OA A sin 0OC c OB b OA a =++=++或;||||||0AB PC BC PA CA PB P ++=⇔u u u r u u u r u u u r u u r u u r u u r r是ABC ∆的内心;向量()(0)||||AC AB AB AC λλ+≠uu u r uu u ruu u r uu u r 所在直线过ABC ∆的内心(是BAC ∠的角平分线所在直线);(一)将平面向量与三角形内心结合考查例1.O 是平面上的一定点,A,B,C 是平面上不共线的三个点,动点P 满足++=λ,[)+∞∈,0λ则P 点的轨迹一定通过ABC ∆的( )(A )外心(B )内心(C )重心(D )垂心解析:因为是向量AB 的单位向量设AB 与AC 方向上的单位向量分别为21e e 和, 又=-,则原式可化为)(21e e +=λ,由菱形的基本性质知AP 平分BAC ∠,那么在ABC ∆中,AP 平分BAC ∠,则知选B.(二)将平面向量与三角形垂心结合考查“垂心定理”例2. H 是△ABC 所在平面内任一点,HA HC HC HB HB HA ⋅=⋅=⋅⇔点H 是△ABC 的垂心. 由AC HB AC HB HA HC HB HC HB HB HA ⊥⇔=⋅⇔=-⋅⇔⋅=⋅00)(,同理⊥,⊥.故H 是△ABC 的垂心. (反之亦然(证略))例3.(湖南)P 是△ABC 所在平面上一点,若⋅=⋅=⋅,则P 是△ABC 的(D )A .外心B .内心C .重心D .垂心解析:由0=⋅-⋅⋅=⋅得.即0,0)(=⋅=-⋅即 则AB PC BC PA CA PB ⊥⊥⊥,,同理 所以P 为ABC ∆的垂心. 故选D. (三)将平面向量与三角形重心结合考查“重心定理”例4. G 是△ABC 所在平面内一点,++=0⇔点G 是△ABC 的重心.证明 作图如右,图中=+连结BE 和CE ,则CE=GB ,BE=GC ⇔BGCE 为平行四边形⇒D 是BC 的中点,AD 为BC 边上的中线.将GE GC GB =+代入GC GB GA ++=0,得EG GA +=0⇒GD GE GA 2-=-=,故G 是△ABC 的重心.(反之亦然(证略)) 例5. P 是△ABC 所在平面内任一点.G 是△ABC 的重心⇔)(31++=. 证明 +=+=+=⇒)()(3PC PB PA CG BG AG PG +++++= ∵G 是△ABC 的重心 ∴++=0⇒++=0,即++=3 由此可得)(31PC PB PA PG ++=.(反之亦然(证略))例6 若O 为ABC ∆内一点,0OA OB OC ++= ,则O 是ABC ∆ 的( ) A .内心 B .外心 C .垂心 D .重心解析:由0OA OB OC ++=uu r uu u r uuu r r 得OB OC OA +=-u u u r u u u r u u r,如图以OB 、OC 为相邻两边构作平行四边形,则OB OC OD +=uu u r uu u r uuu r,由平行四边形性质知12OE OD =uu u r uuu r ,2OA OE =,同理可证其它两边上的这个性质,所以是重心,选D 。
三角形重心、外心、垂心、内心的向量表示及其性质精编版
向量的重心、垂心、内心、外心、旁心三角形重心、内心、垂心、外心的概念及简单的三角形形状判断方法。
重心:ABC ∆中、每条边上所对应的中线的交点; 垂心:ABC ∆中、每条边上所对应的垂线上的交点;内心:ABC ∆中、每个角的角平分线的交点(内切圆的圆心); 外心:ABC ∆中、每条边上所对应的中垂线的交点(外接圆的圆心)。
一、重心1、O 是ABC ∆的重心⇔0=++OC OB OA若O 是ABC ∆的重心,则ABC AOB AOC BOC ∆=∆=∆=∆31故=++,)(31PC PB PA PG ++=⇔G 为ABC ∆的重心.2、 P 是△ABC 所在平面内任一点.G 是△ABC 的重心⇔)(31++=.证明:+=+=+=⇒)()(3+++++= ∵G 是△ABC 的重心∴0=++GC GB GA ⇒0=++CG BG AG ,即PC PB PA PG ++=3由此可得)(31++=.(反之亦然(证略))3、已知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()OP OA AB AC λ=++,(0)λ∈+∞,,则P 的轨迹一定通过ABC △的重心.例1 若O 为ABC ∆内一点,0OA OB OC ++= ,则O 是ABC ∆ 的( )A .内心B .外心C .垂心D .重心1、O 是ABC ∆的垂心⇔∙=∙=∙若O 是ABC ∆(非直角三角形)的垂心,则 故tan tan tan =++C B A2、H 是面内任一点,⋅=⋅=⋅⇔点H 是△ABC 的垂心. 由AC HB AC HB HA HC HB HC HB HB HA ⊥⇔=⋅⇔=-⋅⇔⋅=⋅00)(, 同理⊥,⊥.故H 是ABC ∆的垂心. (反之亦然(证略))3、P 是ABC △所在平面上一点,若PA PC PC PB PB PA ⋅=⋅=⋅,则P 是ABC △的垂心.由PA PB PB PC ⋅=⋅,得()0P B P A P C ⋅-=,即0P B C A ⋅=,所以PB CA ⊥.同理可证PC AB ⊥,PA BC ⊥. ∴P 是ABC △的垂心.如图1.4、已知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cos cos AB AC OP OA AB B AC C λ⎛⎫ ⎪=++ ⎪⎝⎭,(0)λ∈+∞,,则动点P 的轨迹一定通过ABC △的垂心.例2 P 是△ABC 所在平面上一点,若⋅=⋅=⋅,则P 是△ABC 的() A .外心B .内心C .重心D .垂心图1A1、O是ABC∆的内心的充要条件是=⎫⎛∙=⎫⎛∙=⎫⎛∙OCOBOA引进单位向量,使条件变得更简洁。
向量与三角形五心证明及知识运用(精华版AAA)精品资料
则实数 m =
7.(06
陕西)已知非零向量A→B与A→C满足(|AA→→BB|
A→C +|A→C|
)·B→C=0
且|AA→→BB|
·|AA→→CC|
1 =2
,
则
△ABC 为( )
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
8.已知 ABC 三个顶点
A、B、C ,若
2
AB
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(4)若存在常数
,满足
MG
MA
AB
AC
0,则点 G 可能
AB cosB AC cosC
通过 ABC的__________.
例 5、若 O 点是 ABC的外心, H 点是 ABC的垂心,
且 OH m(OA OB OC) ,求实数 m 的值.
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AP (
AB
AC
), 0
1.
AB AC
P为 ABC的内心 ;
BP t(
BA BA
BC BC
),t 0
2. D、E 两点分别是 ABC的边 BC、CA上的中点,且
DP PB DP
PC P为
ABC的外心 ;
EP PC EP PA
3.
AP
BP
1 3 1 3
( AB (BA
AC ),
BC ),
P为
ABC的重心 ;
4.
AP
BC
0
P为
ABC的垂心 .
BP AC 0
5.已知 A、B、C 是平面上不共线的三点,O 是三角形 ABC 的重心,动点 P 满 u
O向量表示三角形的五心
O向量表示三角形的五心Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】向量代表三角形的“心”向量是代数与几何的主要桥梁,这种联系不仅体现在平面直角坐标系中点的坐标与向量的坐标之间的对应关系,还体现在由向量表达式和向量的几何中意义与平面几何中三角形的“心”之间的密切联系。
一、重心例1 已知O 是△ABC 的重心,求证:0=++OC OB OA 。
解:如图,由已知,O 是△ABC 的重心。
连结AO 、BO 、CO ,使它们的延长线与BC 、CA 、AB 分别交于点D 、E 、F 。
)(3232CA DC DA OA +==,)(3232AB EA EB OB +==, )(3232BC FB FC OC +==, 所以BC BC AB CA FB EA DA OC OB OA 21(32)(32=+++++=++0)2121=++=+++++BC AB CA BC AB CA AB CA 。
例2 已知A 、B 、C 是不共线的三点,O 是△ABC 内一点,若0=++OC OB OA ,则O 是△ABC 的重心。
证:∵0=++OC OB OA ,∴)(OC OB OA +-=,即OC OB +是与OA 方向相反且长度相等的向量。
以OB 、OC 为相邻的两边作平行四边形BOCD ,则OC OB OD +=,∴OA OD -=。
在平行四边形BOCD 中,设BC 与OD 相交于E ,EC BE =,则ED OE =。
∴点O 是△ABC 的重心例3 在凸六边形A 1A 2A 3A 4A 5A 6中,各边A 1A 2、A 2A 3、A 3A 4、A 4A 5、A 5A 6、A 6A 1的中点依次为M 1、M 2、M 3、M 4、M 5、M 6。
求证:△M 1M 3M 5与△M 2M 4M 6的重心重合。
证:设△M 1M 3M 5的重心为G ,则对于平面内的任一点O ,有)(31531OM OM OM OG ++=。
三角形的五心向量结论证明
三角形的五心向量结论证明1.O 是123PP P ∆的重心⇔1230OP OP OP ++=(其中,,a b c 是123PP P ∆三边)证明:充分性: 1230OP OP OP ++=⇒O 是123PP P ∆的重心若1230OP OP OP ++=,则123OP OP OP +=-,以1OP,2OP 为邻边作平行四边形132'OPP P ,设3OP 与12PP 交于点3P ',则3P '为12PP 的中点,有'123OPOP OP +=,得'33OP OP =-,即'33,,,O P P P 四点共线,故3P P 为123PP P ∆的中线,同理,12,PO P O 亦为123PP P ∆的中线,所以,O 为的重心。
2. 点O 是123PP P ∆的垂心⇔122331OPOP OP OP OP OP ⋅=⋅=⋅ 证明:O 是123PP P ∆的垂心⇔312OPPP ⊥, 31232132310()0OP PP OP OP OP OP OP OP OP ⋅=⇔⋅-=⇔⋅=⋅同理123OP P P ⊥⇔3112OP OP OP OP ⋅=⋅ 故当且仅当122331OP OP OP OP OP OP ⋅=⋅=⋅.*222222→→→→→→+=+=+ACOB BA OC BC OA则O 是△ABC的垂心 证明:由,得,所以。
同理可证。
容易得到由以上结论知O 为△ABC 的垂心。
* 设()+∞∈,0λ,则向量+λ必垂直于边BC ,该向量必通过△ABC的垂心P 12PP 3O P⎪⎭⎝cos cos C AC B* 若H 是△ABC(非直角三角形)的垂心, 则S △BHC :S △AHC :S △AHB =tanA :tanB :tanC 故tanA·HA +tanB·HB +tanC·HC =0 3.点O 是123PP P ∆的外心⇔23OP OP OP ==. 证明:O 是△ABC 的外心⇔|OA |=|OB |=|OC |(或OA 2=OB 2=OC 2)(点O 到三边距离相等)⇔(OA +OB )·AB =(OB +OC )·BC =(OC +OA )·CA =0(O 为三边垂直平分线的交点)*若点O 为△ABC 所在的平面内一点,满足,则点O 为△ABC 的外心。
三角形外心内心重心垂心与向量性质
三角形外心内心重心垂心与向量性质第一篇:三角形外心内心重心垂心与向量性质三角形的“四心”所谓三角形的“四心”是指三角形的重心、垂心、外心及内心。
当三角形是正三角形时,四心重合为一点,统称为三角形的中心。
一、三角形的外心定义:三角形三条中垂线的交点叫外心,即外接圆圆心。
∆ABC的重心一般用字母O表示。
性质:1.外心到三顶点等距,即OA=OB=OC。
2.外心与三角形边的中点的连线垂直于三角形的这一边,即OD⊥BC,OE⊥AC,OF⊥AB.3.向量性质:若点O为∆ABC所在的平面内一点,满足(OA+OB)⋅BA=(OB+OC)⋅CB=(OC+OA)⋅AC,则点O为∆ABC 的外心。
二、三角形的内心定义:三角形三条角平分线的交点叫做三角形的内心,即内切圆圆心。
∆ABC的内心一般用字母I表示,它具有如下性质:性质:1.内心到三角形三边等距,且顶点与内心的连线平分顶角。
2.三角形的面积=1⨯三角形的周长⨯内切圆的半径.23.向量性质:设λ∈(0,+∞),则向量AP=λ(点P的轨迹过∆ABC的内心。
AB|AB||AC|+AC),则动三、三角形的垂心定义:三角形三条高的交点叫重心。
∆ABC的重心一般用字母H表示。
性质:1.顶点与垂心连线必垂直对边,即AH⊥BC,BH⊥AC,CH⊥AB。
2.向量性质:结论1:若点O为∆ABC所在的平面内一点,满足OA⋅OB=OB⋅OC=OC⋅OA,则点O为∆ABC的垂心。
结论2:若点O为△ABC所在的平面内一点,满足OA+BC=OB+CA=OC+AB,则点O为∆ABC的垂心。
222222四、三角形的“重心”:定义:三角形三条中线的交点叫重心。
∆ABC的重心一般用字母G表示。
性质:1.顶点与重心G的连线必平分对边。
2.重心定理:三角形重心与顶点的距离等于它与对边中点的距离的2倍。
即GA=2GD,GB=2GE,GC=2GF 3.重心的坐标是三顶点坐标的平均值.即xG=xA+xB+xCy+yB+yC,yG=A.334.向量性质:(1)GA+GB+GC=0;(2)PG=1(PA+PB+PC)。
三角形五心的向量表达式
三角形五星的向量表达式1若P是△ABC的重心PA+PB+PC=02若P是△ABC的垂心PA•PB=PB•PC=PA•PC(内积)3若P是△ABC的内心aPA+bPB+cPC=0(abc是三边)4若P是△ABC的外心|PA|²=|PB|²=|PC|²(AP就表示AP向量|AP|就是它的模)5AP=λ(AB/|AB|+AC/|AC|),λ∈[0,+∞)则直线AP经过△ABC内心6AP=λ(AB/|AB|cosB+AC/|AC|cosC),λ∈[0,+∞)经过垂心7AP=λ(AB/|AB|sinB+AC/|AC|sinC),λ∈[0,+∞)或AP=λ(AB+AC),λ∈[0,+∞)经过重心8.若aOA=bOB+cOC,则0为∠A的旁心,∠A及∠B,C的外角平分线的交点【以下是一些结论的有关证明】1.O是三角形内心的充要条件是aOA向量+bOB向量+cOC向量=0向量充分性:已知aOA向量+bOB向量+cOC向量=0向量,延长CO交AB于D,根据向量加法得:OA=OD+DA,OB=OD+DB,代入已知得:a(OD+DA)+b(OD+DB)+cOC=0,因为OD与OC共线,所以可设OD=kOC,上式可化为(ka+kb+c)OC+(aDA+bDB)=0向量,向量DA与DB共线,向量OC与向量DA、DB不共线,所以只能有:ka+kb+c=0,aDA+bDB=0向量,由aDA+bDB=0向量可知:DA与DB的长度之比为b/a,所以CD为∠ACB的平分线,同理可证其它的两条也是角平分线。
必要性:已知O是三角形内心,设BO与AC相交于E,CO与AB相交于F,∵O是内心∴b/a=AF/BF,c/a=AE/CE过A作CO的平行线,与BO的延长线相交于N,过A作BO的平行线,与CO的延长线相交于M,所以四边形OMAN是平行四边形根据平行四边形法则,得向量OA=向量OM+向量ON=(OM/CO)*向量CO+(ON/BO)*向量BO=(AE/CE)*向量CO+(AF/BF)*向量BO=(c/a)*向量CO+(b/a)*向量BO∴a*向量OA=b*向量BO+c*向量CO∴a*向量OA+b*向量OB+c*向量OC=向量02.已知△ABC为斜三角形,且O是△ABC所在平面上的一个定点,动点P满足向量OP=OA+入{(AB/|AB|^2*sin2B)+AC/(|AC|^2*sin2C)},求P点轨迹过三角形的垂心OP=OA+入{(AB/|AB|^2*sin2B)+AC/(|AC|^2*sin2C)},OP-OA=入{(AB/|AB|^2*sin2B)+AC/(|AC|^2*sin2C)},AP=入{(AB/|AB|^2*sin2B)+AC/(|AC|^2*sin2C)},AP•BC=入{(AB•BC/|AB|^2*sin2B)+AC•BC/(|AC|^2*sin2C)}, AP•BC=入{|AB|•|BC|cos(180°-B)/(|AB|^2*sin2B)+|AC|•|BC| cosC/(|AC|^2*sin2C)},AP•BC=入{-|AB|•|BC|cos B/(|AB|^2*2sinB cos B)+|AC|•|BC| cosC/(|AC|^2*2sinC cosC)},AP•BC=入{-|BC|/(|AB|*2sinB)+|BC|/(|AC|*2sinC)},根据正弦定理得:|AB|/sinC=|AC|/sinB,所以|AB|*sinB=|AC|*sinC ∴-|BC|/(|AB|*2sinB)+|BC|/(|AC|*2sinC)=0,即AP•BC=0,P点轨迹过三角形的垂心3.OP=OA+λ(AB/(|AB|sinB)+AC/(|AC|sinC))OP-OA=λ(AB/(|AB|sinB)+AC/(|AC|sinC))AP=λ(AB/(|AB|sinB)+AC/(|AC|sinC))AP与AB/|AB|sinB+AC/|AC|sinC共线根据正弦定理:|AB|/sinC=|AC|/sinB,所以|AB|sinB=|AC|sinC,所以AP与AB+AC共线AB+AC过BC中点D,所以P点的轨迹也过中点D,∴点P过三角形重心。
三角形“四心”优美的向量统一形式
三角形“四心”优美的向量统一形式三角形“四心”的向量的统一形式:x是△abc的心λxa+μxb+υxc=0其中,重心的充要条件最简单,也容易证明。
而内心、外心、重心的证明则比较困难,受此启发,笔者联想到既然有统一的结构,是否可以借用重心的充要条件证明其它“三心”的情况呢?因为要借用重心的向量形式来证明,所以还要给出重心的另一性质:g为△abc的重心的充要条件是s=△gab=s△gbc=s△gca= s△abc.(图1)一、重心(中线交点)1.g是△abc的重心ga+gb+gc=0证明:设g是△abc的重心,如图2,延长ag交bc于点d.因为g为△abc的重心,所以d为bc的中点,有gd= (gb+gc)且ga=-2gd 因此ga+gb+gd+gc=0,反之亦成立.2.设p是△abc所在平面内任意一点,则pg= (pa+pb+pc)g为△abc的重心证明:g是△abc的重心ga+gb+gc=0 gp+ap+gp+pb+gp+pc=03pg=pa+pb+pc pg= (pa+pb+pc)二、内心(内角平分线交点,内切圆圆心)1.i是△abc的内心aia+bib+cic=0(其中a,b,c分别为△abc 的三个内角a,b,c所对的边长).证明:设i是△abc的内心,如图3,作向量ia’=aia,ib=bib,ic’=cic连结,得到△a’b’c’.因为i为△abc内心,所以内心i到△abc各边的距离为△abc的内切圆的半径,设为r.s△ib’c’= |ib’|·|ic’|sin∠bic= b|ib|·c|ic|·sin∠bic=b·cs△ibc=bc· ar= abcr同理可得s△ibc= abcr,s△ic’a’= abcr所以s△ia’b’=s△ib’c’=s△ic’a’= abcr,i为的重心,有ia+ib+ic=0即ala+bib+cic=0成立,反之亦成立.2.i是△abc的内心(sina)la+(ainb)ib+(sinc)ic=0证明:根据i是△abc的内心aia+bib+cic=0,由正弦定理得i是△abc的内心(sina)ia+(subb)ib+(sinc)ic=03.设p是△abc所在平面内任意一点,i为△abc内心pi=证明:i是△abc的内心aia+bib+cic=0aip+aip+bip+bpb+cip+cpc=0 pi=三、外心(三边垂直平分线交点,外接圆圆心)1.p是△abc外心(sin2a)pa+(sin2b)pb+(sin2c)pc=0证明:设p是△abc的外心,如图4,作向量pa=(sin2a)pa,pb=(sin2b)pb,pc(sin2c)pc连结a′,b′,c′,得△a′b′c′.因为p为△abc外心,所以外心p到△abc各顶点的距离为△abc 的外切圆的半径,设为r,且∠bpc=2a.s△pb’c’= |pb’|·|pc’|sin∠b’p’c’= sin2b|pb|sin2c·|pc|sin∠bpc=sin2bsin2c r2sin2a= r2sin2asin2bsin2c同理可得s△pa’b’= r2sin2asin2b·sin2c,s△p’c’a’= r2sin2asin2bsin2c△所以s△pa’b’=s△pa’b’=s△pa’b’ s△pa’b’,得p为△a′b′c′的重心,有pa’+pb’+pc’=0即(sin2a)pa+(sin2b)pb+(sin2c)pc=0成立,反之亦成立.2.p是△abc的外心(acosa)·pa+(bcosb)·pb+(ccosc)pc=0 证明:根据p是△abc的外心(sin2a)·pa+(sin2b)·pb+(ccosc)pc=0由正弦定理得p是△abc的外心(acosa)·pa+(bcosb)·pb+(ccosc)pc=03.设p是△abc 所在平面内任意一点,o为△abc的外心po=证明:o为△abc的外心(sin2a)oa+(sin2b)+(sin2c)oc=0 (sin2a)op+(sin2a)pa+(sin2b)op+(sin2b)pb+(sin2b)op+(sin2c)pc=0po=四、垂心(高线交点)1.h是△abc的垂心ha·hb=hb·hc=hc·ha证明:由ha·hb=hb·hc hb(hc-ha)=0 hb·ac=0 hb⊥ac同理hc⊥ab故h是△abc的垂心,反之亦然.2.h是△abc的垂心证明:由ha2+bc2=hb+ac2ha2-hb2+bc2+bc2-ac2=0(ha+hb+bc+ac)·ba=02hc·ba=0 hc⊥ab同理ha⊥bc,故h是△abc的垂心,反之亦然.3.h是△abc(非直角三角形)的垂心(tana)ha+(tanb)hb+(tanc)hc=0证明:设h是△abc的垂心,如图5,作向量连结a′,b′,c′,得到△a′b′c′.s△hcb= |hb’|·|hc‘|sin∠b’hc’= (tanb)|hb|·(tanc)|hc|·sin∠bhc=tanbtanc·s△hbc=tanc· |bc|·|hd|因为h为△abc垂心,所以∠bhd=∠acb,∠chd=∠abc.所以有|bd|=|hd|tan∠bhd=|hd|tanc|bd|=|hd|tan∠bhd=|hd|tanc|cd=|hd|tan∠chd=|hd|tanb.又因为|ad|=|bd|tanb.|ad|=|cd|tanc,所以|ad|2=|bd|·|cd|tanbtanc=|hd|2 (tanbtanc)2即|ad|=|hd|tanbtanc所以s△hbc= |bc|·|ad|=s△hbc同理可得s△hbc=s△abc;s△hb’c’=s△abc所以s△ha’b’=s△hb’c’=s△hc’a’= s△a’b’c’h为△a′b′c′的重心,从而ha’+hb’+hc’=0,即(tana)ha’+(tanb)hb+(tanc)hc=0成立,反之亦成立.4.h是△abc(非直角三角形)的垂心·ha+ ·hb+ ·hc=0·ha+ ·hb+ ·hc=0.证明:由 =tana, =tanb, =tanc及正弦定理得h是△abc的垂心(tana)ha+(tanb)hb+(tanc)=0 ·ha+ ·hb+ ·hc=0 ·ha+ ·hb·hc=0(tana)hp+(tana)pa+(tanb)hp+(tanb)pb+(tanc)hp+(tanc)pc=0再由余弦定理得h是△abc的垂心·ha ·hb ·hc=05.设p是△abc(非直角三角形)所在平面内任意一点,h是△abc 的垂心pa=证明:h是△abc的垂心(tana)ha+(tanb)hb+(tanc)hc=0(tana)hp+(tana)pa+(tanb)hp=(tanc)hp+(tanc)pc=0 ph=向量是高中教材的重要内容之一,它具有代数和几何的“双重身份”,所以它的引入给传统的中学数学带来了无限生机和活力,使我们对量的数学表达的认识进入了一个崭新的领域。
三角形重心、外心、垂心、内心的向量表示及其性质
三角形“四心”向量形式的充要条件应用1.O 是ABC ∆的重心⇔0OC OB OA =++;若O 是ABC ∆的重心,则AB C AOB AOC B OC S 31S S S ∆∆∆∆===故=++;1()3PG PA PB PC =++⇔G 为ABC ∆的重心.2.O 是ABC ∆的垂心⇔OA OC OC OB OB OA ⋅=⋅=⋅;若O 是ABC ∆(非直角三角形)的垂心,则C tan B tan A tan S S S AOB AOC BOC ::::=∆∆∆ 故0OC C tan OB B tan OA A tan =++3.O 是ABC ∆的外心⇔|OC ||OB ||OA |==(或222OC OB OA ==)若O 是ABC ∆的外心则C 2sin :B 2sin :A 2sin AOB sin AOC sin BOC sin S S S AOB AOC BOC =∠∠∠=∆∆∆:::: 故0OC C 2sin OB B 2sin OA A 2sin =++ 4.O 是内心ABC ∆的充要条件是(OC (OB (OA =⋅=⋅=-⋅引进单位向量,使条件变得更简洁。
如果记CA ,BC ,AB 的单位向量为321e ,e ,e ,则刚才O 是ABC ∆内心的充要条件可以写成 0)e e ()e e ()e e (322131=+⋅=+⋅=+⋅ ,O 是ABC ∆内心的充要条件也可以是c b a =++ 。
若O 是ABC ∆的内心,则c b a S S S AOB AOC BOC ::::=∆∆∆故 0OC C sin OB B sin OA A sin 0OC c OB b OA a =++=++或;||||||0AB PC BC PA CA PB P ++=⇔是ABC ∆的内心;向量()(0)||||AC AB AB AC λλ+≠所在直线过ABC ∆的内心(是BAC ∠的角平分线所在直线);例1.O 是平面上的一定点,A,B,C 是平面上不共线的三个点,动点P 满足OA OP ++=λ,[)+∞∈,0λ则P 点的轨迹一定通过ABC ∆的( )(A )外心(B )内心(C )重心(D )垂心解析:因为是向量AB 的单位向量设AB 与AC 方向上的单位向量分别为21e e 和, 又AP OA OP =-,则原式可化为)(21e e AP +=λ,由菱形的基本性质知AP 平分BAC ∠,那么在ABC ∆中,AP 平分BAC ∠,则知选B.(二)将平面向量与三角形垂心结合考查“垂心定理”例2. H 是△ABC 所在平面内任一点,⋅=⋅=⋅⇔点H 是△ABC 的垂心. 由AC HB AC HB HA HC HB HC HB HB HA ⊥⇔=⋅⇔=-⋅⇔⋅=⋅00)(,同理AB HC ⊥,⊥.故H 是△ABC 的垂心. (反之亦然(证略))例3.(湖南)P 是△ABC 所在平面上一点,若⋅=⋅=⋅,则P 是△ABC 的(D )A .外心B .内心C .重心D .垂心解析:由0=⋅-⋅⋅=⋅得.即0,0)(=⋅=-⋅CA PB PC PA PB 即 则AB PC BC PA CA PB ⊥⊥⊥,,同理 所以P 为ABC ∆的垂心. 故选D. (三)将平面向量与三角形重心结合考查“重心定理”例4. G 是△ABC 所在平面内一点,GC GB GA ++=0⇔点G 是△ABC 的重心.证明 作图如右,图中GE GC GB =+连结BE 和CE ,则CE=GB ,BE=GC ⇔BGCE 为平行四边形⇒D 是BC 的中点,AD 为BC 边上的中线.将=+代入++=0,得+=0⇒2-=-=,故G 是△ABC 的重心.(反之亦然(证略)) 例5. P 是△ABC 所在平面内任一点.G 是△ABC 的重心⇔)(31PC PB PA PG ++=. 证明 +=+=+=⇒)()(3PC PB PA CG BG AG PG +++++= ∵G 是△ABC 的重心 ∴GC GB GA ++=0⇒CG BG AG ++=0,即PC PB PA PG ++=3 由此可得)(31++=.(反之亦然(证略))例6 若O 为ABC ∆内一点,0OA OB OC ++= ,则O 是ABC ∆ 的( ) A .内心 B .外心 C .垂心 D .重心解析:由0OA OB OC ++=得OB OC OA +=-,如图以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 。
三角形重心、外心、垂心、内心的向量表示及其性质
向量的重心、垂心、内心、外心、旁心三角形重心、内心、垂心、外心的概念及简单的三角形形状判断方法。
重心:ABC ∆中、每条边上所对应的中线的交点; 垂心:ABC ∆中、每条边上所对应的垂线上的交点;内心:ABC ∆中、每个角的角平分线的交点(内切圆的圆心); 外心:ABC ∆中、每条边上所对应的中垂线的交点(外接圆的圆心)。
一、重心1、O 是ABC ∆的重心⇔0=++OC OB OA若O 是ABC ∆的重心,则ABC AOB AOC BOC ∆=∆=∆=∆31故=++,)(31PC PB PA PG ++=⇔G 为ABC ∆的重心.2、 P 是△ABC 所在平面内任一点.G 是△ABC 的重心⇔)(31++=.证明:+=+=+=⇒)()(3PC PB PA CG BG AG PG +++++= ∵G 是△ABC 的重心∴0=++GC GB GA ⇒0=++CG BG AG ,即PC PB PA PG ++=3由此可得)(31++=.(反之亦然(证略))3、已知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()OP OA AB AC λ=++u u u r u u u r u u u r u u u r,(0)λ∈+∞,,则P 的轨迹一定通过ABC △的重心.例1 若O 为ABC ∆内一点,0OA OB OC ++=u u u r u u u r u u u r r,则O 是ABC ∆ 的( )A .内心B .外心C .垂心D .重心二、垂心1、O 是ABC ∆的垂心⇔•=•=•若O 是ABC ∆(非直角三角形)的垂心,则 故tan tan tan =++C B A2、H 是面内任一点,⋅=⋅=⋅⇔点H 是△ABC 的垂心. 由⊥⇔=⋅⇔=-⋅⇔⋅=⋅00)(, 同理⊥,⊥.故H 是ABC ∆的垂心. (反之亦然(证略))3、P 是ABC △所在平面上一点,若PA PC PC PB PB PA ⋅=⋅=⋅,则P 是ABC △的垂心. 由PA PB PB PC ⋅=⋅u u u r u u u r u u u r u u u r ,得()0PB PA PC ⋅-=u u u r u u u r u u u r ,即0PB CA ⋅=u u u r u u u r ,所以PB CA u u u r u u u r⊥.同理可证PC AB u u u r u u u r ⊥,PA BC u u u r u u u r ⊥.∴P 是ABC △的垂心.如图1.4、已知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cos cos AB AC OP OA AB B AC C λ⎛⎫ ⎪=++ ⎪⎝⎭u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r,(0)λ∈+∞,,则动点P 的轨迹一定通过ABC △的垂心.例2 P 是△ABC 所在平面上一点,若⋅=⋅=⋅,则P 是△ABC 的() A .外心B .内心C .重心D .垂心三、内心1、O 是ABC ∆的内心的充要条件是=⎫⎛•=⎫⎛•=⎫⎛•图1 图⑷引进单位向量,使条件变得更简洁。