Высота (треугольник) - Altitude (triangle)

Три высоты треугольника пересекаются в ортоцентре, который для острого треугольника находится внутри треугольника.

В геометрия, высота из треугольник это отрезок через вершина и перпендикуляр к (т. е. формирование прямой угол with) строка, содержащая база (сторона, противоположная вершине). Эта линия, содержащая противоположную сторону, называется расширенная база высоты. Пересечение расширенный база и высота называется ступня высоты. Длина высоты, часто называемая просто «высотой», - это расстояние между расширенным основанием и вершиной. Процесс определения высоты от вершины к стопе известен как падение высоты в этой вершине. Это частный случай ортогональная проекция.

Высота может использоваться при вычислении площадь треугольника: половина произведения длины высоты и длины его 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 равнобедренный треугольник (треугольник с двумя конгруэнтный сторон), высота, имеющая в качестве основания неконгруэнтную сторону, будет иметь середина с той стороны как его подножие. Также высота, имеющая инконгруэнтную сторону в качестве основы, будет биссектриса угла угла при вершине.

Обычно высоту отмечают буквой час (как в рост), часто в нижнем индексе с названием стороны, на которую обращается высота.

В прямоугольный треугольник, высота, приведенная к гипотенузе c делит гипотенузу на два отрезка длины п и q. Если обозначить длину высоты через часc, то имеем 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 тупом треугольнике (один с тупой угол ) основание высоты до тупоугольной вершины попадает внутрь противоположной стороны, но подножие высот к остроугольным вершинам приходится на противоположную сторону. расширенная сторона, вне треугольника. Это показано на соседней диаграмме: в этом тупоугольном треугольнике высота, пониженная перпендикулярно верхней вершине, имеющей острый угол, пересекает расширенную горизонтальную сторону вне треугольника.

Ортоцентр

Три высоты, пересекающиеся в ортоцентре

Три (возможно, расширенные) высоты пересекаются в одной точке, называемой ортоцентр треугольника, обычно обозначаемого ЧАС.[1][2] Ортоцентр лежит внутри треугольника если и только если треугольник острый (то есть не имеет угла больше или равного прямому). Если один угол прямой, то ортоцентр совпадает с вершиной под прямым углом.[2]

Позволять А, B, C обозначим вершины, а также углы треугольника, и пусть а = |до н.э|, б = |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 барицентрические координаты равны нулю для вершины, барицентрические координаты, данные для ортоцентра, показывают, что находится в острый треугольник внутри, на прямоугольной вершине прямоугольный треугольник, и вне тупой треугольник.

в комплексная плоскость, пусть точки А, B и C представляют числа , и, соответственно, и предположим, что центр окружности треугольника ABC находится в начале координат плоскости. Тогда комплексное число

представлен точкой ЧАС, а именно ортоцентр треугольника ABC.[4] Отсюда следующие характеристики ортоцентра ЧАС посредством бесплатные векторы можно установить прямо:

Первое из предыдущих векторных тождеств также известно как проблема Сильвестра, предложено Джеймс Джозеф Сильвестр.[5]

Свойства

Позволять D, E, и F обозначают ноги высот от А, B, и C соответственно. Потом:

  • Произведение длин сегментов, на которые ортоцентр делит высоту, одинаково для всех трех высот:[6][7]
Круг с центром в ЧАС имеющий радиус квадратный корень из этой константы есть треугольник полярный круг.[8]
  • Сумма отношений по трем высотам расстояния ортоцентра от основания к длине высоты равна 1:[9] (Это и следующее свойство являются приложениями более общее свойство любой внутренней точки и трех чевианы через это.)
  • Сумма отношений по трем высотам расстояния ортоцентра от вершины к длине высоты равна 2:[9]
  • Четыре точки на плоскости, одна из которых является ортоцентром треугольника, образованного другими тремя, называются ортоцентрическая система или ортоцентрический четырехугольник.

Связь с кругами и кониками

Обозначим по окружности треугольника на р. потом[12][13]

Кроме того, обозначая р как радиус треугольника окружать, ра, рб, и рc как радиусы его вне окружности, и р опять же, как радиус его описанной окружности, следующие соотношения выполняются относительно расстояний ортоцентра от вершин:[14]

Если какая-то высота, например, ОБЪЯВЛЕНИЕ, продолжается до пересечения описанной окружности в точке п, так что AP хорда описанной окружности, то ступня D сегмент пополам HP:[7]

В директрисы из всех параболы , которые касаются снаружи одной стороны треугольника и касаются продолжений других сторон, проходят через ортоцентр.[15]

А циркумконический проходящий через ортоцентр треугольника является прямоугольная гипербола.[16]

Отношение к другим центрам, девятиконечный круг

Ортоцентр ЧАС, то центроид г, то центр окружности О, а центр N из круг из девяти точек все лежат на одной линии, известной как Линия Эйлера.[17] Центр девятиконечной окружности находится в точке середина линии Эйлера между ортоцентром и центром описанной окружности, а расстояние между центром тяжести и центром описанной окружности составляет половину расстояния между центроидом и ортоцентром:[18]

Ортоцентр находится ближе к стимулятор я чем он к центроиду, а ортоцентр дальше, чем центр тяжести от центроида:

По сторонам а, б, в, inradius р и по окружности р,[19]

[20]:п. 449

Ортический треугольник

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

Если треугольник ABC является косой (не содержит прямого угла) педальный треугольник ортоцентра исходного треугольника называется ортический треугольник или высотный треугольник. То есть основания высот наклонного треугольника образуют ортический треугольник, DEF. Кроме того, центр (центр вписанной окружности) ортического треугольника DEF является ортоцентром исходного треугольника ABC.[21]

Трилинейные координаты для вершин ортогонального треугольника задаются

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

В расширенные стороны ортогонального треугольника встречаются с противоположными вытянутыми сторонами исходного треугольника в трех точках. коллинеарные точки.[22][23][21]

В любой острый треугольник, вписанный треугольник с наименьшим периметром - это ортический треугольник.[24] Это решение Проблема Фаньяно, поставлена ​​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 ортического треугольника, образуя треугольник, похожий на ортический треугольник.[28]

Ортический треугольник тесно связан с тангенциальный треугольник, построенный следующим образом: пусть LА - касательная к описанной окружности треугольника ABC в вершине А, и определим LB и LC аналогично. Позволять А " = LB ∩ LC, B " = LC ∩ LА, C " = LC ∩ LА. Тангенциальный треугольник A "B" C ", стороны которого являются касательными к треугольнику ABCописанная окружность в вершинах; это гомотетичный к ортическому треугольнику. Центр описанной окружности тангенциального треугольника и центр подобия ортического и касательного треугольников, находятся на Линия Эйлера.[20]:п. 447

Трилинейные координаты вершин тангенциального треугольника задаются выражением

  • А " = −а : б : c
  • B " = а : −б : c
  • C " = а : б : −c.

Для получения дополнительной информации об ортическом треугольнике см. Вот.

Некоторые дополнительные теоремы о высоте

Высота по сторонам

Для любого треугольника со сторонами а, б, в и полупериметр s = (а + б + c) / 2, высота сбоку а дан кем-то

Это следует из объединения Формула Герона для площади треугольника через стороны с формулой площади (1/2) × основание × высота, где основание принимается как сторона а а высота - это высота от А.

Теоремы Инрадиуса

Рассмотрим произвольный треугольник со сторонами а, б, в и с соответствующими высотами часа, часб, и часc. Высота и окружать радиус р связаны[29]:Лемма 1

Теорема о круге радиуса

Обозначая высоту с одной стороны треугольника как часа, две другие стороны как б и c, а треугольник по окружности (радиус описанной окружности треугольника) как р, высота определяется как[30]

Внутренняя точка

Если п1, п2, и п3 перпендикулярные расстояния от любой точки п в стороны, и час1, час2, и час3 - высоты сторон, то[31]

Теорема площади

Обозначая высоты любого треугольника со сторон а, б, и c соответственно как , , и , и обозначая полусумму обратных величин высот как у нас есть[32]

Общая точка на высоте

Если E любая точка на высоте ОБЪЯВЛЕНИЕ любого треугольника ABC, тогда[33]:77–78

Треугольники особого случая

Равносторонний треугольник

Для любой точки п в пределах равносторонний треугольник, сумма перпендикуляров к трем сторонам равна высоте треугольника. Это Теорема Вивиани.

Прямоугольный треугольник

Высота прямоугольного треугольника от его прямого угла до гипотенузы - это среднее геометрическое длин отрезков, на которые разбита гипотенуза. С помощью Теорема Пифагора на 3 треугольниках сторон (п + q, р, s ), (р, п, час ) и (s, час, q ),

В прямоугольном треугольнике три высоты часа, часб, и часc (первые две из которых равны длине ног б и а соответственно) связаны согласно[34][35]

История

Теорема о том, что три высоты треугольника встречаются в одной точке, ортоцентре, была впервые доказана в публикации 1749 г. Уильям Чаппл.[36]

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Умный 1998, п. 156
  2. ^ а б Береле и Гольдман 2001, п. 118
  3. ^ Энциклопедия треугольных центров Кларка Кимберлинга «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2012-04-19. Получено 2012-04-19.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  4. ^ Андрееску, Титу; Андрица, Дорин, «Комплексные числа от А до ... Я». Биркхойзер, Бостон, 2006 г., 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 г., ISBN  0-486-61348-8, стр.142
  6. ^ Джонсон 2007, п. 163, статья 255
  7. ^ а б ""Ортоцентр треугольника"". Архивировано из оригинал на 2012-07-05. Получено 2012-05-04.
  8. ^ Джонсон 2007, п. 176, статья 278
  9. ^ а б Панапой, Ронначай, "Некоторые свойства ортоцентра треугольника", Университет Джорджии.
  10. ^ Умный 1998, п. 182
  11. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Изотомическое сопряжение» из MathWorld - веб-ресурса Wolfram. http://mathworld.wolfram.com/IsotomicConjugate.html
  12. ^ Вайсштейн, Эрик В. "Ортоцентр". Материал из MathWorld - веб-ресурса Wolfram.
  13. ^ Альтшиллер-Суд 2007, п. 102
  14. ^ Белл, Эми, "Теорема Хансена о прямоугольном треугольнике, ее обратное и обобщение", Форум Geometricorum 6, 2006, 335–342.
  15. ^ Вайстейн, Эрик В. «Киперт Парабола». Материал из MathWorld - веб-ресурса Wolfram. http://mathworld.wolfram.com/KiepertParabola.html
  16. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Джерабек Гипербола». Материал из MathWorld - веб-ресурса Wolfram. http://mathworld.wolfram.com/JerabekHyperbola.html
  17. ^ Береле и Гольдман 2001, п. 123
  18. ^ Береле и Гольдман 2001, стр. 124-126
  19. ^ Мари-Николь Гра, «Расстояния между центром описанной окружности треугольника вне касания и классическими центрами», Форум Geometricorum 14 (2014), 51-61. http://forumgeom.fau.edu/FG2014volume14/FG201405index.html
  20. ^ а б Смит, Джефф и Леверша, Джерри, «Эйлер и геометрия треугольника», Математический вестник 91, ноябрь 2007 г., стр. 436–452.
  21. ^ а б 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, п. 199, статья 315
  23. ^ Альтшиллер-Суд 2007, п. 165
  24. ^ Джонсон 2007, п. 168, статья 264
  25. ^ Береле и Гольдман 2001, стр. 120-122
  26. ^ Джонсон 2007, п. 172, Раздел 270c
  27. ^ Брайант В. и Брэдли Х. «Треугольные световые пути». Математический вестник 82, июль 1998 г., 298-299.
  28. ^ Кей, Дэвид К. (1993), Геометрия колледжа / Подход открытия, HarperCollins, стр. 6, ISBN  0-06-500006-4
  29. ^ Дорин Андрица и Дан Штефан Маринеску. «Новые интерполяционные неравенства к R ≥ 2r Эйлера». Форум Geometricorum, Том 17 (2017), стр. 149–156. http://forumgeom.fau.edu/FG2017volume17/FG201719.pdf
  30. ^ Джонсон 2007, п. 71, раздел 101а
  31. ^ Джонсон 2007, п. 74, Раздел 103c
  32. ^ Митчелл, Дуглас У., "Формула типа Герона для обратной площади треугольника", Математический вестник 89, ноябрь 2005 г., стр. 494.
  33. ^ Альфред С. Посаментьер и Чарльз Т. Салкинд, Сложные задачи геометрии, Dover Publishing Co., второе исправленное издание, 1996 г.
  34. ^ Воулс, Роджер, "Целочисленные решения ," Математический вестник 83, июль 1999 г., стр. 269–271.
  35. ^ Ричиник, Дженнифер, "Перевернутая теорема Пифагора", Математический вестник 92, июль 2008 г., 313–317.
  36. ^ Богомольный Александр, «Возможно первое доказательство совпадения высот», Разрезать узел, получено 2019-11-17

использованная литература

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

внешние ссылки