三角形的重心是指三角形三条中线的交点。这个概念在平面几何的研究中具有重要的地位。对三角形重心的研究可以追溯到古希腊时期,阿基米德在《论平板的平衡》中对各种形状(包括三角形)物体的重心进行了讨论。1
在数学的研究中,随着时间的推移,重心的概念也被推广到了更高维度的空间中,可以在多维几何体中寻找重心。
重心的概念也被用于数学中的优化问题、物理学、工程学、计算机图形学等领域,用于计算图形的几何属性和物体的受力、稳定性等。
定义
三角形的三条中线交于一点,该交点称作三角形的重心。
可证明三角形的三条中线三线共点:取的中线
,
,令其交点为点
,连接并延长
于
交于点
。
由塞瓦定理2可知
解得,即点
为边
的中点。故三角形三条中线共点,该交点即为重心。
性质
性质定理1
重心到顶点的距离与重心到对边中点的距离之比为。
证明:过点作边
的平行线交
的延长线于点
,则有
又由点是
的重心可知,点
是边
的中点,即
。
故代入比例关系可得
该性质定理得证。
性质定理2
重心与三顶点连线将三角形分为面积相等的三部分。重心到三条边的距离与三条边的长度成反比。
证明:由,
是底边共直线的三角形可得
即。
同理可得,则两式相减可得到
。
同理有,则有
。
令,
,
,
,
,
,则有
即
该性质定理得证。
性质定理3
点是
的重心,则有向量关系
。
证明: 由点是
的重心可知,点
是边
的中点,则有
由性质定理1可知,则有
。
同理有。
因而
该性质定理得证。
在平面直角坐标系中,给出的顶点坐标
,
,
,可依此解得其重心
的坐标
性质定理4
重心到三角形各顶点的距离平方和最小。
证明:设在在平面直角坐标系中,的顶点坐标
,
,
,考虑平面内任一点
到三顶点距离平方和
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