圓的中心就是到圓周上各個(gè)地方距離都相等的那個(gè)點(diǎn)——圓心,正方形的中心就是兩條對(duì)角線的交點(diǎn),那么,三角形的中心是什么?
有人或許會(huì)說,三角形的中心。當(dāng)然就是到三角形三個(gè)頂點(diǎn)距離都相等的點(diǎn)咯,可是,這樣的點(diǎn)是否存在呢?幸運(yùn)的是,這樣的點(diǎn)是存在的,任意畫一個(gè)三角形,這個(gè)三角形所在平面上有且僅有一個(gè)點(diǎn),它到三角形三個(gè)頂點(diǎn)的距離都相等,三角形各邊的垂直平分線,都會(huì)通過這個(gè)神奇的點(diǎn)。
當(dāng)然,也有人會(huì)說,三角形的中心,當(dāng)然是到三角形三邊距離都相等的點(diǎn)啊!有趣的是,給定一個(gè)三角形后,這樣的點(diǎn)也是能唯一確定出來的,它就是三角形內(nèi)三條角平分線的公共交點(diǎn)。
令人吃驚的是,三角形的三條中線也是交于一點(diǎn)的,這個(gè)點(diǎn)有一個(gè)足以讓它成為“中心”的特征:如果在這個(gè)點(diǎn)的位置上用一個(gè)手指把三角形紙板頂起來,三角形紙板正好不會(huì)掉下來,更不可思議的是,三角形三邊上的高也交于一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)在幾何上也有不少漂亮的性質(zhì),這樣一來,對(duì)于“三角形的中心是什么”這個(gè)問題,我們就有了四個(gè)候選答案,對(duì)于一個(gè)一般的三角形來說,這四個(gè)點(diǎn)通常都是四個(gè)位置不同的點(diǎn),它們不重合。
這下似乎麻煩了——公說公有理,婆說婆有理,我們究竟應(yīng)該把哪個(gè)點(diǎn)當(dāng)作三角形的中心呢?數(shù)學(xué)家們的回答是,它們都是三角形的中心,只不過有著不同的名字,三角形各邊的垂直平分線恰好交于一點(diǎn),我們把這個(gè)點(diǎn)叫做三角形的“外心”:三角形的三條內(nèi)角平分線也恰好交于一點(diǎn),我們把這個(gè)點(diǎn)叫做三角形的“內(nèi)心”;三角形各邊上的中線也交于一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)就是三角形的“重心”:而三角形三條高的交點(diǎn)。則被稱為三角形的“垂心”。
早在古希臘時(shí)代,人們就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,任意一個(gè)三角形的三邊的垂直平分線都交于一點(diǎn),三條內(nèi)角平分線、三條中線、三條高也是如此,這四個(gè)公共交點(diǎn)各有各的性質(zhì),排名不相上下,都可以稱得上是三角形的中心,不過,人類對(duì)三角形中心的探索并未就此止步。
1836年,德國(guó)數(shù)學(xué)家奈格爾發(fā)現(xiàn)。過三角形每個(gè)頂點(diǎn)作一條平分這個(gè)三角形周長(zhǎng)的線,則這三條“周長(zhǎng)平分線”共點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)就叫做奈格爾點(diǎn)。
1873年,法國(guó)數(shù)學(xué)家勒莫恩發(fā)現(xiàn),把三角形每條中線都沿對(duì)應(yīng)的角平分線翻折一下,所得到的三條“新線”競(jìng)也交于一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)便叫做勒莫恩點(diǎn),
同一時(shí)期的法國(guó)數(shù)學(xué)家布羅卡還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更有趣的點(diǎn):在任意給定的△ABC中,恰好存在一點(diǎn)P,使得∠PAB=∠PBC=∠PCA,這個(gè)點(diǎn)就叫做布羅卡點(diǎn)。
從某種意義上說,這些點(diǎn)也都可以稱得上是三角形的心,這不僅是因?yàn)樗鼈冇歇?dú)特的性質(zhì),還因?yàn)橛幸粋€(gè)重要的原因:給定一個(gè)三角形之后,這些點(diǎn)都是唯一確定的,不管三角形怎么移動(dòng),怎么旋轉(zhuǎn),怎么翻轉(zhuǎn),怎么縮放,只要三角形形狀保持不變,這些點(diǎn)的相對(duì)位置也都不會(huì)改變。
如果再把圓、相似、三角函數(shù)、圓錐曲線之類的概念也考慮進(jìn)來,三角形中具有各種奇怪性質(zhì)的“心”就更多了,那么,人們究竟已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多少個(gè)三角形的心呢?
美國(guó)伊凡斯維爾大學(xué)的數(shù)學(xué)教授克拉克,金伯利對(duì)這個(gè)問題非常感興趣,1994年,他開始收集歷史上被數(shù)學(xué)家們研究過的三角形的心,并建立了“三角形中心百科全書”的網(wǎng)站,這個(gè)網(wǎng)站記錄了幾乎所有目前已知的三角形的心,并詳細(xì)介紹了每個(gè)心的幾何性質(zhì),以及各個(gè)心之間的關(guān)系,在這部“百科全書”里,每個(gè)三角形的心都有一個(gè)編號(hào),編號(hào)為n的心就用符號(hào)X(n)來表示,其中,X(1)到X(8)分別為內(nèi)心、重心、外心、垂心、九點(diǎn)圓圓心、勒莫恩點(diǎn)、葛爾剛點(diǎn)和奈格爾點(diǎn),它們都是三角形中最最奇妙的中心,個(gè)個(gè)都身懷絕技,讓數(shù)學(xué)家們?nèi)绨V如醉,
這個(gè)網(wǎng)站的地址是http://faculty.evansville.edu/ck6/encyclopedia/ETC.html,目前,這個(gè)網(wǎng)站已經(jīng)收集到了3612個(gè)三角形的心,而且三角形的心的數(shù)目還在不斷增加。
中學(xué)生數(shù)理化·八年級(jí)數(shù)學(xué)人教版2011年8期