观察
- 把三角形拖成钝角三角形。外心 O 在哪里?拖成直角三角形时呢?
- 无论怎么拖,内心 I 出过三角形吗?
- 看读数 ∠BIC 和它下面的小字。拖动 A 时,两者始终一致吗?
- 比较 R 和 r。你能把三角形拖得让 R 小于 2r 吗?
外心 O 是三边垂直平分线的交点,到三个顶点的距离相等,是外接圆的圆心。
内心 I 是三条角平分线的交点,到三边的距离相等,是内切圆的圆心。
内心处的角只和 ∠A 有关:
∠BIC=180∘−2∠B+∠C=90∘+21∠A
先猜后证
△ABC 中 ∠A=60∘,I 是内心。∠BIC 是多少度?
°
先选定答案,才能看到结论。
✓ 猜对了!✗ 和你想的不一样——这正是值得停一下的地方。
∠BIC=90∘+21×60∘=120∘。
有意思的是,这时外心处的角 ∠BOC=2∠A 也是 120∘。I 和 O 在 BC 的同侧,看 BC 的张角相等——所以当 ∠A=60∘ 时,B、I、O、C 四点共圆。第 6 站的判定在这里又用上了。
结论:外心 O 在三角形的内部 ← 还成立吗?
把 ∠A 换成钝角。
外心跑到了 BC 的另一侧。原因在圆周角:∠A 是钝角,它对着的弧 BC 超过半圆,圆心就落在弦 BC 的外侧。把 A 慢慢往上拖,∠A 经过 90∘ 的那一刻,O 正好在 BC 的中点。
鸡爪定理
延长 AI 交外接圆于 M。J 是 ∠A 内的旁心(∠A 的平分线与 ∠B、∠C 的外角平分线的交点)。那么
MB=MC=MI=MJ
从 M 伸出的四条等长线段像一只鸡爪,因此得名。
证明:MB = MC = MI = MJ
第 1 / 6 步 -
认识图形 M 是 AI 的延长线与外接圆的交点,J 是旁心。四个读数现在相等;拖一下顶点,它们一起变,但始终相等。
-
MB = MC
-
算 ∠MBI
-
算 ∠MIB
-
MB = MI
-
旁心 J
欧拉公式
外心和内心的距离 d=OI 完全由两个半径决定:
d2=R(R−2r)
拖动顶点,比较 OI2 和 R(R−2r)。再点“变成等边三角形”。
为什么?对内心 I 用圆幂定理。I 在外接圆内,过 I 的弦 AM 给出
IA⋅IM=R2−d2.
由鸡爪定理 IM=MB。再作直径 MN,设内切圆切 AB 于 F:直角三角形 AFI 和 NBM 中,∠FAI=∠BNM(都对着弧 BM),所以它们相似,IAIF=MNMB,即 IA⋅MB=IF⋅MN=r⋅2R。
于是 R2−d2=2Rr,也就是 d2=R(R−2r)。
因为 d2≥0,立刻得到 R≥2r:外接圆半径至少是内切圆半径的两倍,只有等边三角形取等号。
练一练
直角三角形的三边长是 6、8、10。求它的内切圆半径。
提示 · 方向内心和三个顶点相连,把三角形分成了三个小三角形,它们的高都是什么?
提示 · 第一步S=21×6×8=24,周长是 24。
完整解答24=21×24×r,r=2。直角三角形还可以直接用 r=2a+b−c=26+8−10=2。
I 是 △ABC 的内心,∠A=70∘。求 ∠BIC 的度数。
提示 · 方法∠IBC+∠ICB=21(∠B+∠C)。
提示 · 第一步∠B+∠C=110∘,一半是 55∘。
完整解答∠BIC=180∘−55∘=125∘,正好是 90∘+21×70∘。
直角三角形的三边长是 6、8、10,外心是 O,内心是 I。求 OI2。
提示 · 方向需要 R 和 r。直角三角形的外心在哪里?
提示 · 方法外心是斜边中点,R=5;r=2(练习 1)。用欧拉公式。
提示 · 第一步OI2=R(R−2r)=5×(5−4)。
完整解答OI2=5。用坐标验算:直角顶点放在原点,I=(2,2),O=(3,4) 或 (4,3),OI2=1+4=5。
△ABC 内接于半径为 6 的圆,∠A=60∘,I 是内心,AI 的延长线交外接圆于 M。求 MI 的长。
提示 · 方法MI=MB。弦 MB 所对的圆周角是 ∠BAM,求出它所对的圆心角。
提示 · 第一步∠BAM=30∘,所以 ∠BOM=60∘。
完整解答△BOM 中 OB=OM=6,顶角 60∘,是等边三角形,MB=6。所以 MI=6。