空间几何-三角形
# 三角形
# 三角形的重心(质心)
三角形重心定理:三角形的三条中线交于一点,这点位于各中线的三分之二处
# 质量均匀分布的三角形面板重心
沿平行于 BC 边方向将三角形分成许多个小矩形条,那么每个矩形条的重心都在其中点处,如下图,
我们要如何得到,重心位于 AD 的三等分点呢?
可惜的是,我暂时也不知道。 但是可以换个思路,
我们再沿平行于 AB 方向将三角形分成许多个小矩形条,同样得到,重心位于中线 CE 上。
这样我们就得到了,三角形面板的重心既在中线 AD 上,又在中线 CE 上,也就是中线的交点了。
所以质量均匀分布的三角形重心位于中线的交点
# 三个质量相等的小球(质点)构成的三角形重心
同理
假设三个小球的质量均为 m
首先,我们找到小球 B 和小球 C 的重心 D,位于 BC 的中点,
将小球 B 和小球 C 等效为一个质量为 2m 的小球 D
然后,我们再找小球 D 和小球 A 的重心,
根据杠杆原理,重心位于 AD 的三等分点上,即 O 点满足 AO = 2DO
所以 O 点就是三角形三条中线的交点。
# 质量均匀分布的三角形线框
的重心
这个问题,我们是不是可以依样画葫芦呢,答案是不行的
比如,我们沿边方向将三角形 BC 分成很多小份,我们看其中一份,如下
因为倾斜角度不一样,所以,线段 DF 和线段 EG 长度并不相等的
也就得到了线段 DF 和线段 EG 的重心并不在他们的中点
所以,上述方法就行不通了,同时也说明三角形线框的重心并不在其中线的交点上
换个思路,首先我们把三条线框做个等效,AB、BC、AC 分别等效为位于各自中点的小球 D、小球 E、小球 F,
但是注意等效后的小球质量是不一样的,根据线框质量均匀分布,假设质量分别为
然后,我们先求小球 D 和小球 F 的重心,并等效于小球 G
所以 EG 为三角形 DEF 中角 E 的角平分线,这是角平分线定理
然后得到小球 G 和小球 E 的重心应该在该角平分线上,也就是三角形线框的重心在该角平分线上
同理,可以证明重心也在的角 F 平分线上,最终得到,三角形 DEF 线框重心在角平分线的交点上,也就是的内心
。
# 坐标系中三角形的重心点
通过一个三角形重心公式来看多边形重心公式,若一个三角形有三个点,分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),那么三角形的重心公式为:
也就是每个点的横权值相加除以 3,每个纵权值相加除以 3。
# 扩展:如何计算任意多边形的重心
现在我们在坐标系中有一个五边形,其中 S1 为三角形 △ABC 的面积,同理有 S2,S3。
求出三个三角形的重心,再根据三角形的面积去均分权重,它的重心公式为:
相同的道理,可以画一画六边形,七边形,是一样的道理。
所以给出 n 边形重心公式:
三角形的面积公式