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三角形外接圆圆心(外心)的定义与性质
三角形外接圆的圆心称为外心,其定义为三角形三条边的垂直平分线的交点。外心到三角形三个顶点的距离相等,因此它是唯一能画出一个包含三角形所有顶点的圆(即外接圆)的点。
外心的位置与三角形类型的关系
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锐角三角形
- 外心位于三角形内部。
- 例如,若三角形ABC的三个角均为锐角,其外心O在△ABC内,且满足OA=OB=OC。
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直角三角形
- 外心位于斜边的中点处。
- 推导:直角三角形的斜边中垂线即为其中线,因除了这些之后心与斜边中点重合。例如,若△ABC中∠C=90°,则外心O为AB的中点。
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钝角三角形
- 外心位于三角形外部。
- 例如,钝角三角形ABC中,若∠A>90°,则外心O在△ABC外,且OA=OB=OC仍成立。
外心的核心性质
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距离特性
- 外心到三角形三个顶点的距离相等(即外接圆的半径R)。
- 公式推导:
- 对于任意三角形,外接圆半径R可通过边长与面积计算:\( R = \fracabc}4S} \)(S为三角形面积)。
- 直角三角形中,\( R = \frac1}2} \times \text斜边长度} \) 。
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几何关系
- 外心与三角形其他“心”的关系:
- 等边三角形的外心与重心、垂心、内心重合。
- 非等边三角形中,外心不同于其他“心”。
- 外心与三角形其他“心”的关系:
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向量表达
- 设外心为点O,则满足向量关系:\( (\vecGA} + \vecGB}) \cdot \vecAB} = (\vecGB} + \vecGC}) \cdot \vecBC} = (\vecGC} + \vecGA}) \cdot \vecCA} = 0 \) 。
外心的作图技巧
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步骤
- 任选三角形的两条边(如AB和AC),分别作其垂直平分线。
- 两条垂直平分线的交点即为外心O。
- 以O为圆心,OA(或OB、OC)为半径画圆,即为外接圆。
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示例
- 对钝角三角形ABC,作边AB的中垂线L?和边AC的中垂线L?,两线交于外部点O,此点即为外心。
应用场景
- 几何证明
- 利用外心到顶点的等距性,可证明三角形相关角或边的关系。例如,外心定理中∠AOC=2∠ABC(O为外心)。
- 工程与设计
- 在机械零件设计中,确定圆形部件的中心位置时,可类比外心作图原理。
三角形的外心是三条边垂直平分线的交点,其位置因三角形类型而异,并具有到顶点等距的核心特性。这一概念在几何证明、工程制图等领域有广泛应用。