Jump to content

Высота (треугольник)

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

В геометрии высота отрезок треугольника вершине — это , проходящий через вершину и перпендикулярный прямой, содержащей сторону, противоположную . Эта линия, содержащая противоположную сторону, называется расширенным основанием высоты. Пересечение расширенного основания и высоты называется подножием высоты . Длина высоты, часто называемая просто «высотой», представляет собой расстояние между расширенным основанием и вершиной. Процесс рисования высоты от вершины до подножия известен как понижение высоты в этой вершине. Это частный случай ортогональной проекции .

Высоты можно использовать при вычислении площади треугольника : половина произведения длины высоты на длину ее основания равна площади треугольника. Таким образом, наибольшая высота перпендикулярна наименьшей стороне треугольника. Высоты также связаны со сторонами треугольника через тригонометрические функции .

В равнобедренном треугольнике (треугольнике с двумя конгруэнтными сторонами) высота, имеющая неравную сторону в качестве основания, будет иметь середину этой стороны в качестве основания. Также высота, имеющая в качестве основания несовпадающую сторону, будет биссектрисой угла при вершине.

Высоту принято обозначать буквой h (как и высота ), к которой часто добавляется название стороны, к которой относится высота.

Высота прямоугольного треугольника от его прямого угла до гипотенузы есть среднее геометрическое длин отрезков, на которые разбита гипотенуза. Используя теорему Пифагора о 3 треугольниках со сторонами ( p + q , r , s ) , ( r , p , h ) и ( s , h , q ) ,

В прямоугольном треугольнике высота, проведенная к гипотенузе c, делит гипотенузу на два отрезка длиной p и q . Если мы обозначим длину высоты через h c , мы получим соотношение

( Теорема о среднем геометрическом ; см. Особые случаи , обратная теорема Пифагора )
В прямоугольном треугольнике высота каждого острого угла совпадает с катетом и пересекает противоположную сторону (основание находится в) вершине прямоугольного угла, которая является ортоцентром.

В остроугольных треугольниках все основания высот лежат на сторонах треугольника (не вытянуты). В тупоугольном треугольнике (с тупым углом ) основание высоты, ведущей к тупоугольной вершине, попадает во внутреннюю часть противоположной стороны, а основания высот, ведущих к остроугольным вершинам, приходятся на противоположную протяженную сторону. , вне треугольника. Это показано на соседней диаграмме: в этом тупоугольном треугольнике высота, опущенная перпендикулярно верхней вершине, имеющей острый угол, пересекает вытянутую горизонтальную сторону снаружи треугольника.

Ортоцентр

[ редактировать ]
Три высоты, пересекающиеся в ортоцентре

Три (возможно, расширенные) высоты пересекаются в одной точке, называемой ортоцентром треугольника, обычно H. обозначаемой [1] [2] Ортоцентр лежит внутри треугольника тогда и только тогда, когда треугольник остроугольный. Если один угол прямой, то ортоцентр совпадает с вершиной под прямым углом. [2]

Пусть A, B, C обозначают вершины, а также углы треугольника, и пусть 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 снаружи, а две из барицентрических координат равны нулю для точки вершины, барицентрические координаты, заданные для ортоцентра, показывают, что ортоцентр находится внутри остроугольного треугольника , в прямоугольной вершине прямоугольного треугольника и снаружи тупоугольного треугольника .

Пусть на комплексной плоскости точки A, B, C обозначают числа z A , z B , z C и предположим, что центр описанной окружности треугольника ABC расположен в начале координат плоскости. Тогда комплексное число

представлена ​​точкой H , а именно высотой треугольника ABC . [4] следующие характеристики ортоцентра H посредством свободных векторов Отсюда непосредственно можно установить :

Первое из предыдущих векторных тождеств также известно как проблема Сильвестра , предложенная Джеймсом Джозефом Сильвестром . [5]

Характеристики

[ редактировать ]

Пусть D, E, F обозначают основания высот из A, B, C соответственно. Затем:

  • Произведение длин отрезков, на которые ортоцентр делит высоту, одинаково для всех трех высот: [6] [7]
Круг с центром в точке H треугольника и радиусом, равным квадратному корню из этой константы, является полярным кругом . [8]
  • Сумма отношений по трем высотам расстояния ортоцентра от вершины к длине высоты равна 2: [9]

Связь с окружностями и кониками

[ редактировать ]

Обозначим окружности треугольника через R. радиус описанной Затем [12] [13]

Кроме того, обозначая r треугольника как радиус вписанной окружности , ra снова , r b , rc как радиусы его окружностей , а R как радиус описанной окружности, справедливы следующие соотношения относительно расстояний ортоцентра от вершины: [14]

Если какая-либо высота, например AD , продлена до пересечения описанной окружности в точке P , так что AD является хордой описанной окружности, то основание D делит отрезок HP пополам : [7]

Через ортоцентр проходят директрисы касающихся всех парабол, снаружи одной стороны треугольника и касательных продолжений других сторон. [15]

Окружная коническая , проходящая через ортоцентр треугольника, представляет собой прямоугольную гиперболу . [16]

Отношение к другим центрам, девятиконечный круг

[ редактировать ]

Ортоцентр H , центроид G , центр описанной окружности O и центр N девятиточечного круга лежат на одной линии, известной как линия Эйлера . [17] Центр девятиточечного круга находится в середине линии Эйлера, между ортоцентром и центром описанной окружности, а расстояние между центроидом и центром описанной окружности составляет половину расстояния между центроидом и ортоцентром: [18]

Ортоцентр находится ближе к центру I, чем к центроиду, а ортоцентр находится дальше, чем центр тяжести от центроида:

С точки зрения сторон a , b , c , внутреннего радиуса r и описанного радиуса R , [19] [20] : с. 449

Ортогональный треугольник

[ редактировать ]
Треугольник abc (соответственно DEF в тексте ) является ортогональным треугольником треугольника △ ABC.

Если треугольник ABC косоугольный ортическим (не содержит прямого угла), педальный треугольник ортоцентра исходного треугольника называется треугольником или треугольником высот . То есть основания высот косоугольного треугольника образуют ортогональный треугольник DEF . Кроме того, инцентр (центр вписанной окружности) прямоугольного треугольника DEF является ортоцентром исходного треугольника ABC . [21]

Трилинейные координаты вершин прямоугольного треугольника имеют вид

Расширенные стороны ортического треугольника встречаются с противоположными расширенными сторонами его опорного треугольника в трех коллинеарных точках . [22] [23] [21]

В любом остроугольном треугольнике вписанный треугольник с наименьшим периметром является ортогональным треугольником. [24] Это решение проблемы Фаньяно , поставленной в 1775 году. [25] Стороны прямоугольного треугольника параллельны касательным к описанной окружности в вершинах исходного треугольника. [26]

Ортический треугольник остроугольного треугольника дает треугольный путь света. [27]

Касательные линии девятиточечной окружности в серединах сторон ABC параллельны сторонам прямоугольного треугольника, образуя треугольник, аналогичный прямоугольному треугольнику. [28]

Ортогональный треугольник тесно связан с касательным треугольником , построенным следующим образом: пусть L A — прямая, касающаяся описанной окружности треугольника ABC в вершине A , и определим L B , L C аналогично. Позволять Тангенциальный треугольник — это A"B"C" , стороны которого являются касательными к треугольнику ABC , описанному в его вершинах; он гомотетичен прямоугольному треугольнику. Центр описанной окружности тангенциального треугольника и центр подобия треугольника Ортогональный и касательный треугольники лежат на прямой Эйлера . [20] : с. 447

Трилинейные координаты вершин касательного треугольника имеют вид Опорный треугольник и его ортогональный треугольник являются ортологическими треугольниками .

Подробнее об ортогональном треугольнике смотрите здесь .

Некоторые дополнительные теоремы о высоте

[ редактировать ]

Высота по сторонам

[ редактировать ]

Для любого треугольника со сторонами a, b, c и полупериметром высота со стороны a (основания) определяется выражением

Это следует из объединения формулы Герона для площади треугольника через стороны с формулой площади где за основание принимается сторона а, а за высоту — высота от вершины А (противоположной стороне а ).

Заменяя a на b или c высот hb и можно использовать для определения hc , это уравнение также соответственно.

Теоремы об радиусе

[ редактировать ]

Рассмотрим произвольный треугольник со сторонами a, b, c и соответствующимивысоты h a , h b , h c . Высоты и вписанной окружности радиус r связаны соотношением [29] : Лемма 1

Теорема о радиусе

[ редактировать ]

Обозначая высоту одной стороны треугольника как h a , двух других сторон как b и c треугольника , а радиус описанной окружности (радиус описанной окружности треугольника) как R , высота определяется выражением [30]

Внутренняя точка

[ редактировать ]

Если p 1 , p 2 , p 3 – расстояния по перпендикуляру от любой точки P до сторон, а h 1 , h 2 , h 3 – высоты до соответствующих сторон, то [31]

Теорема о площади

[ редактировать ]

Обозначая высоты любого треугольника со сторон a, b, c соответственно как ha , hb и , hc обозначая полусумму обратных высот как у нас есть [32]

Общая точка на высоте

[ редактировать ]

Если E — любая точка на высоте AD любого треугольника ABC , то [33] : 77–78 

Неравенство треугольника

[ редактировать ]

Поскольку площадь треугольника равна , неравенство треугольника подразумевает [34]

.

Особые случаи

[ редактировать ]

Равносторонний треугольник

[ редактировать ]

Из любой точки P внутри равностороннего треугольника сумма перпендикуляров к трем сторонам равна высоте треугольника. Это теорема Вивиани .

Прямоугольный треугольник

[ редактировать ]
Сравнение обратной теоремы Пифагора с теоремой Пифагора

В прямоугольном треугольнике с катетами a и b и гипотенузой c каждый катет также является высотой: и . Третью высоту можно найти по соотношению [35] [36]

Это также известно как обратная теорема Пифагора .

Обратите внимание, в частности:

Теорема о том, что три высоты треугольника совпадают (в ортоцентре), прямо не сформулирована в сохранившихся греческих математических текстах, но используется в Книге лемм (предложение 5), приписываемой Архимеду (3 век до н. э.), со ссылкой на « комментарий к трактату о прямоугольных треугольниках», произведение не сохранилось. О нем упоминал и Папп ( Математический сборник , VII, 62; ок. 340). [37] Теорема была сформулирована и явно доказана ан-Насави в его (11 веке) комментарии к Книге лемм и приписана аль-Кухи ( 10 век ). [38]

Это доказательство на арабский язык было переведено как часть латинского издания Книги лемм (начало 17 века) , но не было широко известно в Европе, поэтому теорема была доказана еще несколько раз в 17–19 веках. Самуэль Маруа доказал это в своей «Геометрии» (1619 г.), а Исаак Ньютон доказал это в неоконченном трактате «Геометрия кривых линий» ( ок. 1680 г.). [37] Позже Уильям Чаппл доказал это в 1749 году. [39]

Особенно элегантное доказательство принадлежит Франсуа-Жозефу Сервуа (1804 г.) и независимо Карлу Фридриху Гауссу (1810 г.): проведите линию, параллельную каждой стороне треугольника, через противоположную точку и сформируйте новый треугольник из пересечений этих трех линий. . Тогда исходный треугольник является медиальным треугольником нового треугольника, а высоты исходного треугольника являются серединными перпендикулярами нового треугольника и, следовательно, совпадают (в центре описанной окружности нового треугольника). [40]

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Смарт 1998 , с. 156
  2. ^ Jump up to: а б Berele & Goldman 2001 , p. 118
  3. ^ Энциклопедия центров треугольников Кларка Кимберлинга «Энциклопедия центров треугольников» . Архивировано из оригинала 19 апреля 2012 г. Проверено 19 апреля 2012 г.
  4. ^ Андрееску, Титу; Андрика, Дорин , «Комплексные числа от А до...Я». Биркхойзер, Бостон, 2006 г., ISBN   978-0-8176-4326-3 , стр. 90, предложение 3
  5. ^ Дорри, Генрих, «100 великих задач элементарной математики. Их история и решение». Dover Publications, Inc., Нью-Йорк, 1965 г., ISBN   0-486-61348-8 , стр. 142
  6. ^ Джонсон 2007 , с. 163, статья 255
  7. ^ Jump up to: а б " "Ортоцентр треугольника" " . Архивировано из оригинала 5 июля 2012 г. Проверено 4 мая 2012 г.
  8. ^ Джонсон 2007 , с. 176, статья 278
  9. ^ Jump up to: а б Панапои, Ронначай, «Некоторые свойства ортоцентра треугольника» , Университет Джорджии .
  10. ^ Смарт 1998 , с. 182
  11. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Изотомное сопряжение» Из MathWorld - веб-ресурса Wolfram. http://mathworld.wolfram.com/IsotomicConjugate.html
  12. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Ортоцентр». Из MathWorld — веб-ресурса Wolfram.
  13. ^ Альтшиллер-Суд 2007 , с. 102
  14. ^ Белл, Эми, «Теорема Хансена о прямоугольном треугольнике, ее обращение и обобщение», Forum Geometricorum 6, 2006, 335–342.
  15. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Парабола Киперта». Из MathWorld — веб-ресурса Wolfram. http://mathworld.wolfram.com/KiepertParabola.html
  16. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Джерабек Гипербола». Из MathWorld — веб-ресурса Wolfram. http://mathworld.wolfram.com/JerabekHyperbola.html
  17. ^ Berele & Goldman 2001 , p. 123
  18. ^ Berele & Goldman 2001 , pp. 124-126
  19. ^ Мари-Николь Гра, «Расстояния между центром описанной окружности треугольника касания и классическими центрами», Forum Geometricorum 14 (2014), 51-61. http://forumgeom.fau.edu/FG2014volume14/FG201405index.html
  20. ^ Jump up to: а б Смит, Джефф, и Леверша, Джерри, «Эйлер и геометрия треугольника», Mathematical Gazette 91, ноябрь 2007 г., 436–452.
  21. ^ Jump up to: а б Уильям Х. Баркер, Роджер Хоу (2007). «§ VI.2: Классические совпадения» . Непрерывная симметрия: от Евклида до Клейна . Американское математическое общество. п. 292. ИСБН  978-0-8218-3900-3 . См. также: Следствие 5.5, с. 318.
  22. ^ Джонсон 2007 , с. 199, статья 315
  23. ^ Альтшиллер-Суд 2007 , с. 165
  24. ^ Джонсон 2007 , с. 168, статья 264
  25. ^ Berele & Goldman 2001 , pp. 120-122
  26. ^ Джонсон 2007 , с. 172, раздел 270с
  27. ^ Брайант В. и Брэдли Х., «Треугольные световые маршруты», Mathematical Gazette 82, июль 1998 г., 298–299.
  28. ^ Кей, Дэвид К. (1993), Геометрия колледжа / Подход к открытиям , HarperCollins, стр. 6, ISBN  0-06-500006-4
  29. ^ Дорин Андрика и Дэн Штефан Маринеску. «Новые интерполяционные неравенства для Эйлера R ≥ 2r». Forum Geometricorum , Том 17 (2017), стр. 149–156. http://forumgeom.fau.edu/FG2017volume17/FG201719.pdf
  30. ^ Джонсон 2007 , с. 71, статья 101а
  31. ^ Джонсон 2007 , с. 74, раздел 103в
  32. ^ Митчелл, Дуглас В., «Формула типа Герона для обратной площади треугольника», Mathematical Gazette 89, ноябрь 2005 г., 494.
  33. ^ Альфред С. Посаментье и Чарльз Т. Салкинд, «Сложные проблемы геометрии» , Dover Publishing Co., второе исправленное издание, 1996 г.
  34. ^ Митчелл, Дуглас В., «Формула типа Герона для обратной площади треугольника», Mathematical Gazette 89 (ноябрь 2005 г.), 494.
  35. ^ Воулс, Роджер, "Целочисленные решения », « Математический вестник» 83, июль 1999 г., стр. 269–271.
  36. ^ Ричиник, Дженнифер, «Перевернутая теорема Пифагора», Mathematical Gazette 92, июль 2008 г., 313–317.
  37. ^ Jump up to: а б Ньютон, Исаак (1971). «3.1 «Геометрия кривых линий» » . В Уайтсайде, Дерек Томас (ред.). Математические статьи Исаака Ньютона . Том. 4. Издательство Кембриджского университета. стр. 454–455. Обратите внимание на сноски Уайтсайда 90–92, стр. 454–456.
  38. ^ Хаджа, Моваффак; Мартини, Хорст (2013). «Совпадение высот треугольника» (PDF) . Математический семестр . 60 (2): 249–260. дои : 10.1007/s00591-013-0123-z .
    Хогендейк, Ян П. (2008). «Две красивые геометрические теоремы Абу Сала Кухи в голландском переводе 17 века» . Тарикх-е Эльм: Иранский журнал истории науки . 6 :1–36.
  39. ^ Дэвис, Томас Стивенс (1850). «XXIV. Геометрия и геометры» (PDF) . Философский журнал . 3. 37 (249): 198–212. дои : 10.1080/14786445008646583 . Сноска на стр. 207–208 . Цитата: Богомольный, Александр (2010). «Возможно, первое доказательство совпадения высот» . Разрезать узел . Проверено 17 ноября 2019 г.
  40. ^ Сервуа, Франсуа-Жозеф (1804 г.). решения различных практических задач по геометрии ( Малоизвестные на французском языке). Дьяволи, Мец и Курсье. п. 15.
    Гаусс, Карл Фридрих (1810). «Дополнения». Геометрия позиции . Карно, Лазар (на немецком языке). Перевод Шумахера. переиздано в Гаусс, Карл Фридрих (1873). «Дополнения» . Фабрики . Том 4. Геттингенская академия наук. п. 396.
    Видеть Маккей, Джон Стерджен (1883). «Треугольник и шесть вписанных в него окружностей §5. Ортоцентр» . Труды Эдинбургского математического общества . 1 :60–96. дои : 10.1017/S0013091500036762 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1ff247a807d2ac65aece4d2616942287__1717871820
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1f/87/1ff247a807d2ac65aece4d2616942287.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Altitude (triangle) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)