Теорема Эйлера о треугольнике

Формула Эйлера — теорема планиметрии, связывает расстояние между центрами вписанной и описанной окружностей и их радиусами.

Теорема названа в честь Леонарда Эйлера.

Формулировка

Расстояние между центрами вписанной и описанной окружностей треугольника может быть определено по формуле

где  — радиус описанной,  — радиус вписанной окружности.

Замечания

  • Приведённую формулу можно переписать следующим образом
    .
или
  • Из теоремы следует так называемое неравенство Эйлера
    .
    • Существует более сильная форма этого неравенства[1]:с. 198, а именно:
где  — стороны треугольника.
  • Для сферического треугольника отношение радиуса описанной окружности к радиусу вписанной может быть меньше 2. Более того, для любого числа между 1 и 2 существует правильный сферический треугольник с отношением радиуса описанной к радиусу вписанной окружности, равным этому числу.

Доказательство

Пусть  — центр описанной окружности треугольника , а  — центр вписанной окружности. Если луч пересекает описанную окружность в точке , то является средней точкой дуги . Проведём луч и обозначим его точку пересечения с описанной окружностью как . Тогда будет диаметром описанной окружности. Из точки опустим перпендикуляр на Тогда Запишем формулу Эйлера немного в другом виде

Можно заметить, что слева стоит степень точки относительно описанной окружности (если быть точным, то минус степень точки). То есть, достаточно доказать равенство . По лемме о трезубце значит, достаточно доказать, что . Теперь заметим, что и то есть, требуемое равенство можно переписать в виде Перепишем его ещё немного: . Это равенство следует из подобия треугольников и . В самом деле, углы и у этих треугольников прямые, а углы и равны, потому что оба опираются на дугу (более того, отношение равно синусу угла ).

История

Эта теорема названа в честь Леонарда Эйлера, который опубликовал её в 1765 году. Однако тот же результат был опубликован ранее Уильямом Чапплом в 1746 году.[2]

Вариации и обобщения

Для центра вневписанной окружности

Для вневписанных окружностей уравнение выглядит похоже:

где  — радиус одной из вневписанных окружностей, а  — расстояние от центра описанной окружности до центра этой вневписанной окружности[3][4][5].

Для многоугольников

Во вписанно-описанном четырёхугольнике ABCD с центрами вписанной и вписанной окружностей соответственно I и О.
  • Для радиусов и соответственно описанной и вписанной окружностей данного вписанно-описанного четырёхугольника (см. рис.) и расстояния между центрами этих окружностей выполняется соотношение:
    ,
или эквивалентно,

См. также

Примечания

  1. Svrtan, Dragutin & Veljan, Darko (2012), Non-Euclidean versions of some classical triangle inequalities, Forum Geometricorum Т. 12: 197–209, <http://forumgeom.fau.edu/FG2012volume12/FG201217index.html>.
  2. Chapple, William (1746), An essay on the properties of triangles inscribed in and circumscribed about two given circles, Miscellanea Curiosa Mathematica Т. 4: 117–124, <https://archive.org/details/miscellaneacuri01unkngoog/page/n142>. The formula for the distance is near the bottom of p.123.
  3. Roger Nelson. Euler's triangle inequality via proof without words // Mathematics Magazine. — February 2008. Вып. 81(1). С. 58—61.
  4. R. A. Johnson. Modern Geometry. — Boston: Houghton Mifflin, 1929. — С. 187.
  5. Lev Emelyanov, Tatiana Emelyanova. Euler’s formula and Poncelet’s porism // Forum Geometricorum. — 2001. Вып. 1. С. 137–140..
  6. Nicolas Fuss// https://en.wikipedia.org/wiki/Nicolas_Fuss
  7. Авксентьев, Е. А. Инвариантные меры и теоремы о замыкании типа Понселе

Ссылки

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.