Artykuł z listy Wikipedii
W geometrii , nierówności trójkąta są nierówności obejmujące parametry z trójkątów , które posiadają dla każdego trójkąta, lub dla każdego trójkąta spełniającego określone warunki. Nierówności są uporządkowane według dwóch różnych wartości: mają one postać „mniejsze niż”, „mniejsze lub równe”, „większe niż” lub „większe lub równe”. Parametrami nierówności trójkąta mogą być długości boków, półobwód , miary kątów , wartości funkcji trygonometrycznych tych kątów, pole trójkąta, mediany boków, wysokości , długości wewnętrznych dwusiecznych kątów od każdego kąta do przeciwnej strony, prostopadłe dwusieczne boków, odległość od dowolnego punktu do innego punktu, promień , wysięg , obwód promienia , i/lub inne wielkości.
O ile nie zaznaczono inaczej, ten artykuł dotyczy trójkątów na płaszczyźnie euklidesowej .
Główne parametry i notacja
Parametry najczęściej występujące w nierównościach trójkątnych to:
- długości boków a , b , i c ;
- w semiperimeter s = ( + b + c ) / 2 (na połowie obwodu s );
- że kąt działania , B i C z kątów wierzchołkach przeciwległych odnośnych stronach , b i c (z wierzchołków oznaczone tymi samymi symbolami jak środkami kąta);
- wartości funkcji trygonometrycznych kątów;
- obszar T trójkąta;
- że mediany m o , m b i m c boków (każdy jest długością odcinka linii z punktem środkowym boku do przeciwległego wierzchołka);
- wysokościach H , H b i H C (każdy jest długość segmentu prostopadłej do jednej strony, a sięgających od tego boku (lub ewentualnie przedłużenia tej stronie) na przeciwległym wierzchołku);
- długości wewnętrznych dwusiecznych kąta t a , t b , i t c (każda będąca odcinkiem od wierzchołka do przeciwnej strony i dwusieczną kąta wierzchołka);
- prostopadłe Dwusieczna P , str b i s c boków (każdy jest długością odcinka prostopadłego do jednej strony na środku jej długości, a osiągnięcie jednego z innych stron);
- długości odcinków linii z punktem końcowym w dowolnym punkcie P na płaszczyźnie (na przykład długość odcinka od P do wierzchołka A jest oznaczona jako PA lub AP );
- inradius R (promień okręgu wpisanego w trójkąt, styczny do trzech boków), przy czym exradii r , R b i R c (każdy jest promień styczny excircle na bok z , b lub c , odpowiednio, oraz styczna do przedłużeń pozostałych dwóch boków) i circumradius R (promień okręgu opisanego wokół trójkąta i przechodzącego przez wszystkie trzy wierzchołki).
Długość boków
Podstawowa nierówność trójkąta to
lub równoważnie
Ponadto,
gdzie wartość prawej strony jest najniższą możliwą granicą, podchodzącą
asymptotycznie, gdy pewne klasy trójkątów zbliżają się do
zdegenerowanego przypadku obszaru zerowego. Lewa nierówność, która obowiązuje dla wszystkich dodatnich
a, b, c , to
nierówność Nesbitta .
Mamy
Jeśli kąt C jest rozwarty (większy niż 90°), to
jeśli C jest ostre (mniej niż 90 °), to
Pośredni przypadek równości, gdy C jest kątem prostym, to twierdzenie Pitagorasa .
Ogólnie,
z równością zbliża się w granicy tylko wtedy, gdy kąt wierzchołkowy trójkąta równoramiennego zbliża się do 180°.
Jeżeli środek ciężkości trójkąta znajduje się wewnątrz trójkąta incircle , a następnie
Chociaż wszystkie powyższe nierówności są prawdziwe, ponieważ a , b i c muszą podążać za podstawową nierównością trójkąta, w której najdłuższy bok ma mniej niż połowę obwodu, następujące relacje obowiązują dla wszystkich dodatnich a , b i c :
każde gospodarstwo z równością tylko wtedy, gdy a = b = c . To mówi, że w przypadku nierównobocznym średnia harmoniczna boków jest mniejsza niż ich średnia geometryczna, która z kolei jest mniejsza niż ich średnia arytmetyczna .
Kąty
-
dla półobwodu s , z równością tylko w przypadku równobocznym.
-
-
-
-
gdzie Złoty stosunek .
-
-
-
Dla promienia promienia R i promienia r mamy
z równością wtedy i tylko wtedy, gdy trójkąt jest równoramienny o kącie wierzchołka większym lub równym 60°; oraz
z równością wtedy i tylko wtedy, gdy trójkąt jest równoramienny o kącie wierzchołka mniejszym lub równym 60°.
Mamy też
i podobnie dla kątów B, C , z równością w pierwszej części, jeśli trójkąt jest równoramienny, a kąt wierzchołkowy wynosi co najmniej 60° i równość w drugiej części wtedy i tylko wtedy, gdy trójkąt jest równoramienny o kącie wierzchołkowym nie większym niż 60° .
Co więcej, dowolne dwie miary kątów A i B po przeciwnych stronach odpowiednio a i b są powiązane zgodnie z
co jest związane z twierdzeniem o trójkącie równoramiennym i jego odwrotnością, które stwierdzają, że A = B wtedy i tylko wtedy, gdy a = b .
Według twierdzenia Euklidesa o kącie zewnętrznym każdy kąt zewnętrzny trójkąta jest większy niż którykolwiek z kątów wewnętrznych na przeciwległych wierzchołkach:
Jeżeli punkt D znajduje się we wnętrzu trójkąta ABC , to
Dla trójkąta ostrego mamy
z odwróconą nierównością dla trójkąta rozwartego.
Ponadto dla trójkątów nierozwartych mamy
z równością wtedy i tylko wtedy, gdy jest to trójkąt prostokątny z przeciwprostokątną AC.
Powierzchnia
Nierówność Weitzenböcka jest w ujęciu obszaru T ,
z równością tylko w przypadku równobocznym. Jest to następstwo z nierównością Hadwiger-Finsler , która jest
Także,
oraz
Z skrajnie prawej górnej granicy na T , korzystając ze średniej arytmetyczno-geometrycznej nierówności , otrzymujemy nierówność izoperymetryczną dla trójkątów :
-
dla półobwodu s . Czasami jest to określane jako obwód p as
z równością dla trójkąta równobocznego . Jest to wzmocnione przez
Nierówność Bonnesena wzmacnia również nierówność izoperimetryczną :
Mamy też
-
z równością tylko w przypadku równobocznym;
dla semiperimeter s ; oraz
Nierówność Ono dla trójkątów ostrych (tych o wszystkich kątach mniejszych niż 90°) wynosi
Obszar trójkąta może być porównana do obszaru incircle :
z równością tylko dla trójkąta równobocznego.
Jeśli trójkąt wewnętrzny jest wpisany w trójkąt odniesienia, tak że wierzchołki trójkąta wewnętrznego dzielą obwód trójkąta odniesienia na odcinki o równej długości, stosunek ich powierzchni jest ograniczony przez
Niech wewnętrzne dwusieczne kątów A , B i C spotkają się z przeciwległymi bokami w punktach D , E i F . Następnie
Linia przechodząca przez medianę trójkąta dzieli obszar w taki sposób, że stosunek mniejszego podobszaru do obszaru pierwotnego trójkąta wynosi co najmniej 4/9.
Mediany i środek ciężkości
Każda z trzech środkowych trójkąta łączy wierzchołek ze środkiem przeciwnej strony, a suma ich długości jest satysfakcjonująca
Ponadto,
z równością tylko w przypadku równobocznym i dla promienia r ,
Jeśli dalej oznaczymy długości środkowych rozciągniętych na ich przecięcia z okręgiem opisanym jako M a ,
M b , i M c , to
Środek ciężkości G to punkt przecięcia środkowych. Niech AG , BG i CG spotkają się z okręgiem opisanym odpowiednio w punktach U , V i W . Wtedy oba
oraz
Ponadto,
Dla trójkąta ostrego mamy
w kategoriach promienia okręgu R , podczas gdy przeciwna nierówność dotyczy trójkąta rozwartego.
Oznaczając jako IA, IB, IC, odstępy między incenter od wierzchołków zachodzi:
Trzy mediany dowolnego trójkąta mogą tworzyć boki innego trójkąta:
Ponadto,
Wysokości
Wysokości H itp każdy wierzchołek podłączyć do strony przeciwnej i są prostopadłe do tej strony. Spełniają oba
oraz
Ponadto, jeśli wtedy
Mamy też
Dla wewnętrznych dwusiecznych kąta t a , t b , t c od wierzchołków A, B, C oraz środka opisanego R i środka r , mamy
Odwrotności wysokości dowolnego trójkąta mogą same tworzyć trójkąt:
Wewnętrzne dwusieczne kąta i incenter
Dwusieczne kąta wewnętrznego to odcinki wewnątrz trójkąta sięgające od jednego wierzchołka do przeciwnej strony i dzielące kąt wierzchołka na dwa równe kąty. Dwusieczne kąta t a itd. spełniają
pod względem boków i
pod względem wysokości i median, podobnie dla t b i t c . Dalej,
pod względem median, oraz
pod względem wysokości, promień r i promień promienia R .
Niech T a , T b , i T c będą długościami dwusiecznych kąta rozciągniętych na okrąg opisany. Następnie
z równością tylko w przypadku równobocznym, oraz
dla promienia promienia R i promienia r , ponownie z równością tylko w przypadku równobocznym. Ponadto,.
Dla środka I (przecięcie wewnętrznych dwusiecznych kąta),
Dla punktów środkowych L, M, N boków,
Dla incenter I , środek ciężkości G , okręgu opisanego O , dziewięć środkowy punkt N , a orthocenter H , mamy tylko dla trójkątów nierówności odległość
oraz
i mamy nierówność kątową
Ponadto,
gdzie v jest najdłuższą medianą.
Trzy trójkąty z wierzchołkiem w środku , OIH , GIH i OGI , są rozwarte:
-
> > 90° , > 90°.
Ponieważ te trójkąty mają wskazane kąty rozwarte, mamy
i faktycznie drugi z nich jest równoważny wynikowi silniejszemu od pierwszego, pokazanego przez Eulera :
Większy z dwóch kątów trójkąta ma krótszą dwusieczną kąta wewnętrznego:
Dwusieczne prostopadłe boków
Nierówności te dotyczą długości p a itd. trójkąta-wewnętrznych części prostopadłych dwusiecznych boków trójkąta. Oznaczanie boków tak, że mamy
oraz
Segmenty z dowolnego punktu
Punkt wewnętrzny
Rozważ dowolny punkt P we wnętrzu trójkąta z wierzchołkami trójkąta oznaczonymi A , B i C oraz długościami odcinków linii oznaczonymi PA itd. Mamy
i mocniej niż druga z tych nierówności jest: Jeśli jest najkrótszym bokiem trójkąta, to
Mamy też nierówność Ptolemeusza
dla punktu wewnętrznego P i podobnie dla cyklicznych permutacji wierzchołków.
Jeśli narysujemy prostopadłe z punktu wewnętrznego P do boków trójkąta przecinających boki w punktach D , E i F , otrzymamy
Co więcej, nierówność Erdősa-Mordella stwierdza, że:
z równością w przypadku równobocznym. Mocniej nierówność barrowa stwierdza się, że jeżeli we wnętrzu Dwusieczna kątów w wewnętrzny punkt P (mianowicie z ∠ APB , ∠ BPC oraz ∠ CPA ) przecinają boków trójkąta w U , V i W , a następnie
Również silniejsza niż nierówność Erdősa-Mordella jest następująca: Niech D, E, F będą prostopadłymi rzutami P na odpowiednio BC, CA, AB , a H, K, L będą prostopadłymi rzutami P na styczne do trójkąta circumcircle na A, B, C odpowiednio. Następnie
Przy rzutach ortogonalnych H, K, L z P na styczne do okręgu opisanego w trójkącie odpowiednio w punktach A, B, C mamy
gdzie R jest promieniem okręgu.
Ponownie przy odległościach PD, PE, PF punktu wewnętrznego P od boków mamy te trzy nierówności:
Dla punktu wewnętrznego P z odległościami PA, PB, PC od wierzchołków oraz z obszarem trójkąta T ,
oraz
Dla punktu wewnętrznego P , środka ciężkości G , punktów środkowych L, M, N boków i półobwodu s ,
Ponadto dla liczb dodatnich k 1 , k 2 , k 3 i t z t mniejszym lub równym 1:
natomiast dla t > 1 mamy
Punkt wewnętrzny lub zewnętrzny
Istnieją różne nierówności dla dowolnego punktu wewnętrznego lub zewnętrznego na płaszczyźnie pod względem promienia r okręgu wpisanego w trójkąt. Na przykład,
Inne obejmują:
dla k = 0, 1, ..., 6;
oraz
dla k = 0, 1, ..., 9.
Ponadto dla promienia okręgu R ,
Niech ABC będzie trójkątem, G będzie jego środkiem ciężkości, a D , E i F będą środkami odpowiednio BC , CA i AB . Dla dowolnego punktu P na płaszczyźnie ABC :
Inradius, exradii i circumradius
Inradius i circumradius
Euler nierówność dla circumradius R i inradius r członkowskich, które
z równością tylko w przypadku równobocznym .
Mocniejsza wersja to
W stosunku,
gdzie prawa strona może być dodatnia lub ujemna.
Dwa inne udoskonalenia nierówności Eulera to:
oraz
Kolejna symetryczna nierówność to
Ponadto,
w zakresie półobwodu s ;
pod względem powierzchni T ;
-
oraz
-
w zakresie półobwodu s ; oraz
także pod względem półobwodu. Tutaj wyrażenie, gdzie d jest odległością między środkiem a środkiem okręgu opisanego. W tej ostatniej podwójnej nierówności pierwsza część jest równa wtedy i tylko wtedy, gdy trójkąt jest równoramienny o kącie wierzchołkowym równym co najmniej 60, a ostatnia część zachowuje równość wtedy i tylko wtedy, gdy trójkąt jest równoramienny o kącie wierzchołka równym najwyżej 60°. Zatem oba są równościami wtedy i tylko wtedy, gdy trójkąt jest równoboczny.
Mamy też dla każdej strony a
gdzie jeśli circumcenter jest na lub poza incircle i jeśli circumcenter jest wewnątrz incircle. Obwód jest wewnątrz okręgu wtedy i tylko wtedy, gdy
Dalej,
Nierówność Blundona stwierdza, że
Mamy również, dla wszystkich ostrych trójkątów,
Dla środka Incircle I , niech AI , BI i CI rozciągają się poza I , aby przecinać okrąg opisany odpowiednio w D , E i F . Następnie
Jeśli chodzi o kąty wierzchołków, które mamy
Oznacz jako tanradii trójkąta. Następnie
z równością tylko w przypadku równobocznym, oraz
z równością tylko w przypadku równobocznym.
Circumradius i inne długości
Dla promienia okręgu R mamy
oraz
Mamy też
pod względem wysokości,
pod względem median, oraz
pod względem powierzchni.
Co więcej, dla okręgu opisanego O , niech proste AO , BO i CO przecinają przeciwległe boki BC , CA i AB odpowiednio w U , V i W . Następnie
Dla trójkąta ostrego odległość między środkiem opisanym O a ortocentrum H jest spełniony
z przeciwną nierównością dla trójkąta rozwartego.
Promień okręgu jest co najmniej dwukrotną odległością między pierwszym i drugim punktem Brocarda B 1 i B 2 :
Inradius, exradii i inne długości
Dla promienia r mamy
pod względem wysokości, oraz
pod względem promieni ekskoli. Dodatkowo posiadamy
oraz
Eksradii i mediany są powiązane przez
Ponadto dla trójkąta ostrego odległość między środkiem okręgu I a ortocentrum H jest spełniony
z odwrotną nierównością dla trójkąta rozwartego.
Spełnia również ostry trójkąt
w kategoriach promienia okręgu R , ponownie z odwrotną nierównością dla trójkąta rozwartego.
Jeżeli wewnętrzne dwusieczne kątów A , B , C spotykają się z przeciwległymi bokami w punktach U , V , W to
Jeśli wewnętrzne dwusiecznych przez incenter że rozciąga się zaspokoić okrąg na X , Y i Z , a następnie
dla promienia okręgu R , oraz
Jeśli okrąg jest styczny do boków w punktach D , E , F , to
dla półobwodu s .
Wpisane postacie
Wpisany sześciokąt
Jeśli sześciobok styczny jest tworzony przez narysowanie trzech odcinków stycznych do okręgu trójkąta i równoległych do boku tak, że sześciobok jest wpisany w trójkąt, a pozostałe trzy boki pokrywają się z częściami boków trójkąta, to
Wpisany trójkąt
Jeżeli trzy punkty D, E, F na odpowiednich bokach AB, BC i CA trójkąta odniesienia ABC są wierzchołkami trójkąta wpisanego, który w ten sposób dzieli trójkąt odniesienia na cztery trójkąty, to pole trójkąta wpisanego jest większe niż pole co najmniej jednego z pozostałych trójkątów wewnętrznych, chyba że wierzchołki trójkąta wpisanego znajdują się w środkach boków trójkąta odniesienia (w takim przypadku trójkąt wpisany jest trójkątem środkowym, a wszystkie cztery trójkąty wewnętrzne mają równe pola ):
Wpisane kwadraty
Ostry trójkąt ma trzy wpisane kwadraty , każdy z jednym bokiem pokrywającym się z częścią boku trójkąta i z pozostałymi dwoma wierzchołkami kwadratu na pozostałych dwóch bokach trójkąta. (Trójkąt prostokątny ma tylko dwa różne wpisane kwadraty.) Jeśli jeden z tych kwadratów ma długość boku x a , a drugi ma długość boku x b przy x a < x b , wtedy
Co więcej, dla dowolnego kwadratu wpisanego w dowolny trójkąt, który mamy
Linia Eulera
Trójkąt w Euler linia przechodzi przez jego orthocenter , jej circumcenter i jego ciężkości , ale nie przechodzą przez jego incenter chyba że trójkąt jest równoramienny . Dla wszystkich trójkątów nierównoramiennych odległość d od środka do linii Eulera spełnia następujące nierówności pod względem najdłuższej mediany v trójkąta , jego najdłuższego boku u i półobwodu s :
Dla wszystkich tych wskaźników górna granica 1/3 jest najściślejsza z możliwych.
Trójkąt prostokątny
W trójkątach prostokątnych odnogi a i b oraz przeciwprostokątna c są zgodne z poniższym, z równością tylko w przypadku równoramiennym:
Pod względem promienia przeciwprostokątna jest posłuszna
a pod względem wysokości od przeciwprostokątnej nogi są posłuszne
Trójkąt równoramienny
Jeśli dwa równe boki trójkąta równoramiennego mają długość a , a drugi bok ma długość c , to wewnętrzna dwusieczna kąta t od jednego z dwóch równokątnych wierzchołków spełnia
Trójkąt równoboczny
Dla dowolnego punktu P w płaszczyźnie z trójkąta równobocznego ABC , odległości od P z wierzchołków, PA , PB i PC , są takie, że jeśli P jest na trójkącie w circumcircle oni przestrzegać podstawowe nierówności trójkąta, a zatem mogą sami uformuj boki trójkąta:
Jednak gdy P znajduje się na okręgu opisanym, suma odległości od P do najbliższych dwóch wierzchołków jest dokładnie równa odległości do najdalszego wierzchołka.
Trójkąt jest równoboczny wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdego punktu P na płaszczyźnie, z odległościami PD , PE i PF do boków trójkąta i odległościami PA , PB i PC do jego wierzchołków,
Dwa trójkąty
Nierówność Pedoe'a dla dwóch trójkątów, jednego o bokach a , b , c i powierzchni T , a drugiego o bokach d , e , f i powierzchni S , stwierdza, że
z równością wtedy i tylko wtedy, gdy oba trójkąty są podobne .
Twierdzenie zawias lub otwartym usta twierdzenie, że jeśli dwie strony tego samego trójkąta jest przystający do dwóch boków innego trójkąta, a kąt zawarty pierwszy jest większy niż kąt zawarty w drugim, a następnie do trzeciego boku pierwszego trójkąta jest dłuższy niż trzeci bok drugiego trójkąta. Oznacza to, że w trójkąty ABC i DEF z bokami a , b , c i d , e , f , odpowiednio (z w przeciwną A itp), jeżeli = d i b = e i k C > k M , a następnie
Odwrotność również obowiązuje: jeśli c > f , to C > F .
Kąty w dowolnych dwóch trójkątach ABC i DEF są powiązane pod względem funkcji cotangens zgodnie z
Trójkąty nieeuklidesowe
W trójkącie na powierzchni kuli , a także w geometrii eliptycznej ,
Ta nierówność jest odwrócona dla trójkątów hiperbolicznych .
Zobacz też
Bibliografia