Четыре замечательные точки треугольника

Четыре замечательные точки треугольника: точки пересечения медиан, биссектрис, высот, серединных перпендикуляров. Понятие и суть.

Замечательные точки треугольника: понятие

Замечательные точки треугольника — точки, местоположение которых однозначно определяется треугольником и не зависит от того, в каком порядке берутся стороны и вершины треугольника.

Chetyre zamechatel'nyye tochki treugol'nika

Точки пересечения:

  • медиан — центроид, центр тяжести (масс);
  • биссектрис — инцентр или центр вписанной окружности;
  • высот — ортоцентр;
  • серединных перпендикуляров — центр описанной окружности.

Точки пересечения медиан и биссектрис

Точка пересечения медиан треугольника

В ней находится центр тяжести однородной треугольной пластины, также она является средним арифметическим положений всех точек треугольника.

Теорема. Медианы треугольника пересекаются в его геометрическом центре и делятся в этой точке в отношении 2:1, считая от вершин.

Доказательство

Chetyre zamechatel'nyye tochki treugol'nika

Отрезок А1В1 параллелен АВ, поэтому углы 1, 2, 3 и 4 равны друг другу. Таким образом, треугольники АОВ и А1ОВ1 подобны по двум углам, и их стороны пропорциональны. АВ=2А1В1, значит, АО=2А1О и ВО=2В1О, а точка О разделяет медианы на отрезки с отношением 2:1, считая от вершин. Аналогично она делит медиану СС1.

Точка пересечения биссектрис треугольника

Точка пересечения трех биссектрис расположена на равном расстоянии от всех сторон треугольника и находится в центре вписанного в треугольник круга.

Теорема: Каждая точка биссектрисы неразвернутого угла равноудалена от его сторон.
Следствие: Биссектрисы треугольника пересекаются в одной точке.

Доказательство:

Chetyre zamechatel'nyye tochki treugol'nika

Проведем из точки пересечения биссектрис АА1 и ВВ1 отрезки ОК, ОL и ОМ, перпендикулярные трем сторонам треугольника.
Согласно теореме о равной удаленности точек биссектрисы от сторон угла, ОК = ОМ и ОК = ОL. Соответственно, ОМ = ОL, точка О находится на равном расстоянии от сторон угла АСВ и расположена на биссектрисе. Таким образом, все три биссектрисы пересекутся в одной точке.

Точки пересечения серединных перпендикуляров и высот треугольника

Точка пересечения серединных перпендикуляров треугольника

Линии, проходящие через середины сторон треугольника перпендикулярно к ним, пересекаются в центре круга, описанного вокруг треугольника. В остроугольном треугольнике точка пересечения перпендикуляров расположена внутри него, в тупоугольном — снаружи. Если треугольник прямоугольный, точка находится на гипотенузе.

Теорема: Каждая точка серединного перпендикуляра равноудалена от концов отрезка, к которому он перпендикулярен.
Следствие: Серединные перпендикуляры от сторон треугольника пересекаются в одной точке.

Доказательство:

Изобразим внутри треугольника АВС перпендикуляры m и n, отметим точку их пересечения О.

Chetyre zamechatel'nyye tochki treugol'nika

Согласно теореме о равной удаленности серединных перпендикуляров от концов отрезка, ОВ = ОА и ОВ = ОС. Соответственно, ОА = ОС, и точка О находится на одинаковом расстоянии от точек А и С. Таким образом, серединный перпендикуляр р к отрезку АС тоже будет проходить через точку О, и все три перпендикуляра пересекутся в одной точке.

Точка пересечения высот треугольника

Высоты или их продолжения могут пересекаться как внутри треугольника, если он остроугольный, так и вне его, если он тупоугольный. Если треугольник прямоугольный, тогда ортоцентр совпадает с вершиной прямого угла.

Теорема: Высоты треугольника или их продолжения пересекаются в одной точке.

Доказательство:

Изобразим произвольный треугольник АВС и прямые AA1, BB1 и СС1, содержащие его высоты. Проведем через каждую вершину прямые, параллельные противоположным сторонам треугольника, получив треугольник A2B2C2. Точки А, В и С окажутся серединами его сторон. АВ=A2C=В2C, так как эти отрезки являются противоположными сторонами параллелограммов АВА2С и АВСВ2. Соответственно, С2А=АВ2 и С2В=ВА2.

Chetyre zamechatel'nyye tochki treugol'nika

Из построения следует, что отрезок СС1 перпендикулярен А2В2, АА1⊥В2С2 и ВВ1⊥А2С2. Следовательно, прямые АА1, ВВ1 и СС1 — серединные перпендикуляры сторон треугольника А2В2С2, которые пересекутся в одной точке.