全面剖析三角形“四心”向量形式的充要条件及其应用(原创)

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1、全面剖析三角形“四心”向量形式的充要条件及其应用河南马守林2009.09.301•三角形的“四心”定理的平面几何证明i«l外心定理«AB.6C

2、)fMttA0.MH0A>CB>0C.在高考中,往往将“向量作为载体”对三角形的“四心”进行考杏。这就需要我们在熟悉三和形的“四心”定理及向塑的代数运算的基础上读懂向量的儿何意义。下面从六个方面加以阐述:1.三角形的“四心”定理的平面儿何证明;2.三介形“四心”定理向量形式的充要条件及其证明;3.与三角形的“四心”有关的一些常见的其它向量关系式;4•欧拉线的4种证法;5.与三角形的“四心”有关

3、的高考连接题及其应用;6.练习题.①三和形三边的中垂线交于一点,这一点为三介形外接圆称外心。证明:设AB、BC的中垂线交于点0,则有OA=OB=OC,故0也在AC的屮垂线上,因为0到三顶点的距离相等,故点0是M13C外接圆的恻心.因而称为外心.②三角形三边上的高交于一点,这一点叫三角形的垂心。勺证明:AD、BE、CF为AABC三条高,过点A、B、C分别务口上服仁;躺谕赋.作对边的平行线,相交成AA,B,C‘,AD为B‘C'的中垂线;同理AB.证明垂心定理V:AD.BE.CF*AABC=*

4、理,它BE、CF也分别为A'C‘、A'的中垂线,由外心定们交于一点,命题得证.③三角形三边中线交于一点,这一点叫三角形的重心。证明:(同•法)设中线BE,CF交于点G,连结EF,则EF//BC,口EF:BC=FG:GC=EG:GB=1:2.同理中线AD,BE交于G:连结DE,贝lj:DE//AB,KEG/:GrB=DGz:G/A=DE:AB=l:2^G,G重合.点.0④三角形三内角平分线交于一点,这一点为三角形内切圆的心,称内心。证明:设ZA、ZC的平分线相交丁-I,过T作ID丄BC,IE丄AC,IF丄AB,则有TE=TF=TD.2.

5、三角形的“四心”定理的平面向量表达式因此I也在ZC的平分线上,即三角形三内角平分线交于一及其证明P3①0是的重心o0人+0乙+0人=0(其中Q,b,C是PPf三边)证明:充分性两+亟+西=6=>0是4RPR的重心若莎+西+西=6,贝9西+西二一西,以遊,西为邻边作平行四边形oPR'p?,设o/V与片£交于点耳,则片为片乙的中点,有丙+西二亦,得亦二—西,即O,P3,P3,P四点共线,故Pf为A片鬥乙的中线,同理,P,P2。亦为A片鬥鬥的中线,所以,0为的重心。必要性:0是KPPR的重心=>两+西+西=6如图,延长片0交P2

6、P.TP,则P为巴人的中点,由重心的性质得

7、^o

8、=2

9、op

10、.・・・0P}=-20P=-2x-(OP2+OP^=-(OP2+OP^:.OP^OP2+OP,=QPi②点0是P,P2P,的垂心oOPOP严OP^OP严OP「OP证明:0是A片為鬥的垂心o西丄R耳,西丄两西•丽=0o西•(西-两)=0o西•西二西两同理0片丄巴出O0P「0P=0P・0P2故当且仅当两•西=西•西=西•两.③点。是KPPR的外心o

11、op

12、=

13、oX

14、=

15、o^

16、.”证明:0是'ABC的外心oOA^OB1=10C

17、(或OA2=dB2=OC2)(点/

18、o到三边距离相等);‘0(刃+而)・AB=(OB+OC)•BC=(OC+OA)•CA=0(O为三边B垂直平分线的交点)''、°丿④0是、PP£的内心Oa-OPx+b-OP2+c•0£=0。(其中a,b,c是纠朋三边)图2证明:充分性:°两+b死+c•西=6n0是厶片為鬥的内心a-OP}+b-OP2+c•OP?=a•OP、+b-(OPX+片马)+c・(O/J+P}P,=(a+b+c)・O片+b•片鬥+c•片呂=6所以而=be単+半,而竺,型分别是花,岳方向上的单位向量,所a+b+ccbNP'Pf、的内心。必要性:0是4P}P2P3的内

19、心=>(vOP^lyOP2+c-OP3=^若点0为'RPR的内心,延长片0交巳农于戶,由三角形内角平分线的性质定理,有POPPPPh+c——>——>一竺=竺=竺=£±£,于是a.0P+(h+c).0P=0OPP2PP.Pa1再rli竺=£,有op二丄西+丄0冃(定比分点)代入前式中便得PP、bb+cb+ca•0P}+b•0P2+c•OP?=6.必要性证法二:设o是AABC内任一点,以o为坐标原点,0A所在直线为X轴,建立直角朋标系。并设A(p,O),B(qcosa,qsina),C(rcosP,-rsinp).^中ZAOB=a,ZAO

20、C=p显然0B,OC不共线,由平面向量基木定理,可设OA=xOB+yOC(x,ywR),则psinBrsin(a+P)qrsin(a+P)OA=prsinpOB+pqsinaOC•・•ZAOB=a,ZAOC=p,ZBOC

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