任何三角形重心、外心与垂心共线,称为欧拉线,那欧拉线长度是多少呢,今天来求一下。
如下图,若△ABC为锐角三角形,HO为欧拉线,连接AH交BC于E,则AE⊥BC,作OD⊥BC于D,则D为BC中点。作OF⊥AE于F,连接OA、OB、OC,则有AO=BO=CO=R,DO=EF=RcosA(圆心角与圆周角2倍关系),HA=2DO=2EF(可以看以前发的关于欧拉线的文章,不再赘述),其中R为△ABC外接圆半径。
OF2=AO2-AF2=AO2-(AE-EF)2
=R2-(AB·sinB-RcosA)2
=R2-(2RsinCsinB+Rcos(B+C))2
=R2-(RsinCsinB+RcosBcocC)2
=R2-R2cos2(B-C)
=R2sin2(B-C)
HF=AE-AH-EF=AE-3DO
=2RsinCsinB-3RcosA
HO2=OF2+HF2
=R2sin2(B-C)+R2(2sinCsinB-3cosA)2
=R2(1-8cosAcosBcosC)
所以HO=R√(1-8cosAcosBcosC)
若△ABC为钝角三角形,如下图,∠A>90°,HO是欧拉线,连接AH交BC于E,则有AE⊥BC,其余辅助线同上,与锐角三角形不同的是,∠COD=180°-∠A,同样DO=EF,ED=FO,DO=-RcosA。
HF=HA+AE+EF=AE+3OD
=AB·sinB-3RcosA
=2RsinCsinB-3RcosA
BE=AB·cosB=2RsinCcosB
ED=BE-BD=BC/2-2RsinCcosB
=RsinA-2RsinCcosB
HO2=HF2+ED2(因为ED=FO)
=R2(2sinCsinB-3cosA)+R2(sinA-2sinCcosB)
=R2(1+8cos2A-8cosAsinBsinC)
=R2(1+8cosA(cosA-sinBsinC))
=R2(1-8cosA(-cos(B+C)-sinBsinC))
=R2(1-8cosAcosBcosC)
所以HO=R√(1-8cosAcosBcosC)
若△ABC为直角三角形,如∠B=90°,B点即为H点,AC中点即为O点,HO=R。
以上公式仍然适用,cosB=cos90°=0,代入公式得HO=R。
又如△ABC为正三角形,三心合一,所以有HO=0,公式仍成立。
HO=R√(1-8cosAcosBcosC)
=R√(1-8cos60°cos60°cos60°)
=R√(1-1)=0。
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