内切圆- 维基百科,自由的百科全书
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它亦是多邊形內部最大的圓形。
内切圓的圓心被稱為該多邊形的内心。
三角形的角平分線會相交於內切圓 ...
內切圓
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在數學中,若一個二維平面上的多邊形的每條邊都能與其內部的一個圓形相切,該圓就是多邊形的內切圓,這時稱這個多邊形為圓外切多邊形。
它亦是多邊形內部最大的圓形。
內切圓的圓心被稱為該多邊形的內心。
三角形的角平分線會相交於內切圓的圓心
一個多邊形至多有一個內切圓,也就是說對於一個多邊形,它的內切圓,如果存在的話,是唯一的。
並非所有的多邊形都有內切圓。
三角形和正多邊形一定有內切圓。
擁有內切圓的四邊形被稱為圓外切四邊形。
目次
1三角形的內切圓
1.1性質
2四邊形的內切圓
3正多邊形的內切圓
4參考文獻
5參見
三角形的內切圓編輯
任何三角形
A
B
C
{\displaystyleABC}
都有內切圓。
這個內切圓的圓心稱為內心,一般標記為I,是三角形內角平分線的交點[1]。
在三線坐標,內心是1:1:1。
性質編輯
內切圓的半徑為
2
△
a
+
b
+
c
{\displaystyle{\frac{2\triangle}{a+b+c}}}
,當中
△
{\displaystyle\triangle}
表示三角形的面積。
以內切圓和三角形的三個切點為頂點的三角形
T
A
T
B
T
C
{\displaystyleT_{A}T_{B}T_{C}}
是
A
B
C
{\displaystyleABC}
的內接三角形之一。
A
B
C
{\displaystyleABC}
的內切圓就是
T
A
T
B
T
C
{\displaystyleT_{A}T_{B}T_{C}}
的外接圓。
而
A
T
A
{\displaystyleAT_{A}}
、
B
T
B
{\displaystyleBT_{B}}
和
C
T
C
{\displaystyleCT_{C}}
三線交於一點,它們的交點就是熱爾崗點(Gergonnepoint)。
內切圓與九點圓相切,切點稱作費爾巴哈點(見九點圓)。
若以三角形的內切圓為反演圓進行反演,則三角形的三條邊和外接圓會分別變為半徑相等的四個圓(半徑都等於內切圓半徑的一半)。
[2]三角形的外接圓半徑R、內切圓半徑r以及內外心間距OI之間有如下關係:
R
2
−
O
I
2
=
2
R
r
{\displaystyleR^{2}-OI^{2}=2Rr}
[3]直角三角形兩股和等於斜邊長加上該三角形內切圓直徑
a
+
b
=
c
+
2
r
{\displaystylea+b=c+2r}
由此性質再加上勾股定理
a
2
+
b
2
=
c
2
{\displaystylea^{2}+b^{2}=c^{2}}
,可推得:
△
=
r
(
r
+
c
)
{\displaystyle\triangle=r(r+c)}
在直角座標系中,若頂點的座標分別為
(
x
1
,
y
1
)
{\displaystyle(x_{1},y_{1})}
、
(
x
2
,
y
2
)
{\displaystyle(x_{2},y_{2})}
、
(
x
3
,
y
3
)
{\displaystyle(x_{3},y_{3})}
,則內心的座標為:
(
a
x
1
+
b
x
2
+
c
x
3
a
+
b
+
c
,
a
y
1
+
b
y
2
+
c
y
3
a
+
b
+
c
)
{\displaystyle({\frac{ax_{1}+bx_{2}+cx_{3}}{a+b+c}},{\frac{ay_{1}+by_{2}+cy_{3}}{a+b+c}})}
[4]四邊形的內切圓編輯
不是所有的四邊形都有內切圓,擁有內切圓的四邊形稱為圓外切四邊形。
凸四邊形ABCD有內切圓若且唯若兩對對邊之和相等:
A
B
+
C
D
=
A
D
+
B
C
{\displaystyleAB+CD=AD+BC}
。
圓外切四邊形的面積和內切圓半徑的關係為:
S
A
B
C
D
=
r
s
{\displaystyleS_{ABCD}=rs}
,其中s為半周長。
同時擁有內切圓和外接圓的四邊形稱為雙心四邊形。
這樣的四邊形有無限多個。
若一個四邊形為雙心四邊形,那麼其內切圓在兩對對邊的切點的連線相互垂直。
而只要在一個圓上選取兩條相互垂直的弦,並過相應的頂點做切線,就能得到一個雙心四邊形。
正多邊形的內切圓編輯
正多邊形必然有內切圓,而且其內切圓的圓心和外接圓的圓心重合,都在正多邊形的中心。
邊長為a的正多邊形的內切圓半徑為:
r
n
=
a
2
cot
(
π
n
)
{\displaystyler_{n}={\frac{a}{2}}\cot\left({\frac{\pi}{n}}\right)}
其內切圓的面積為:
s
n
=
π
r
n
2
=
π
a
2
4
cot
2
(
π
n
)
{\displaystyles_{n}=\pir_{n}^{2}={\frac{\pia^{2}}{4}}\cot^{2}\left({\frac{\pi}{n}}\right)}
內切圓面積
s
n
{\displaystyles_{n}}
與正多邊形的面積
S
n
{\displaystyleS_{n}}
之比為:
φ
n
=
s
n
S
n
=
π
a
2
4
cot
2
(
π
n
)
n
a
2
[
a
2
cot
(
π
n
)
]
=
π
n
cot
(
π
n
)
{\displaystyle\varphi_{n}={\frac{s_{n}}{S_{n}}}={\dfrac{{\frac{\pia^{2}}{4}}\cot^{2}\left({\frac{\pi}{n}}\right)}{{\frac{na}{2}}\left[{\frac{a}{2}}\cot\left({\frac{\pi}{n}}\right)\right]}}={\frac{\pi}{n}}\cot\left({\frac{\pi}{n}}\right)}
故此,當正多邊形的邊數
n
{\displaystylen}
趨向無窮時,
lim
n
→
∞
φ
n
=
lim
n
→
∞
π
n
cot
(
π
n
)
=
lim
n
→
∞
cos
2
(
π
n
)
=
1
{\displaystyle\lim_{n\to\infty}\varphi_{n}=\lim_{n\to\infty}{\frac{\pi}{n}}\cot\left({\frac{\pi}{n}}\right)=\lim_{n\to\infty}\cos^{2}\left({\frac{\pi}{n}}\right)=1}
參考文獻編輯
^R.A.詹森,《近代歐氏幾何學》,單墫譯,第158頁,上海教育出版社,ISBN7-5320-6392-5
^《近代歐氏幾何學》,第163頁
^《近代歐氏幾何學》,第162頁
^平面向量教学与三角形内心.[2013-12-05].(原始內容存檔於2020-08-07).
參見編輯
數學主題
旁切圓
外接圓
九點圓
內切球
雞爪定理——三角形內心、旁心、頂點的位置關係
取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=内切圆&oldid=69069099」
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