內心 I 切三角形三邊於 P,Q,R,
設三邊長 ¯BC=a , ¯CA=b , ¯AB=c,
內心到三頂點距離 ¯IA=x , ¯IB=y , ¯IC=z,
內切圓半徑 =¯CQ=¯CR=r ,求證:
¯IAׯIBׯIC=xyz=2cr2

【代數證明】
直角三角形內切圓半徑 r=a+b−c2 ⇒a+b=2r+c 得 a−2r=c−b 和 b−2r=c−a
又面積可用兩股求得,也可用內切圓半徑求得,故
△ABC=12ab=12r(a+b+c)
⇒ab=r(a+b+c)
=r(2r+c+c)
⇒ab=2r2+2cr

【幾何證明】
作 ∠ABC 和 ∠ACB 的外角平分線交於 F 點,即 ¯BC 側的旁心與旁切圓,設切 ↔AB,¯BC 於 S 和 T 點,則 I 和 F 皆到 ↔AB,↔BC 等距離,得 A, I, F 三點共線。
在 △AIC 和 △ABF 中,
¯AI 平分 ∠BAC,⇒∠CAI=∠FAB
∠AIC=180∘−∠IAC−∠ICA
=180∘−(12∠BAC+12∠BCA)
=180∘−12(180∘−∠ABC)
=90∘+12∠ABC
∵¯BI,¯BF 分別平分 ∠PBQ,∠SBT
∴∠IBF=∠IBQ+∠FBQ
=12(∠PBQ+∠SBT)=90∘
⇒∠ABF=∠IBF+∠ABI
=90∘+12∠ABC=∠AIC
得 △AIC∼△ABF,¯AB:¯BF=¯AI:¯IC
又 ∠BFA=∠ICA=45∘,故 △BIF 是等腰直角三角形,¯BI=¯BF
⇒¯AB:¯BI=¯AI:¯IC ,得:
¯AIׯBI=¯ABׯIC
⇒¯IAׯIBׯIC=¯ABׯIC2
又 ¯IC=√2r,¯AB=c,故
⇒¯IAׯIBׯIC=2cr2
得證。
【思考】
內心到三頂點各自的距離是中三課內有時會出現的題目,只是單純的檢驗學生運用畢氏定理的計算能力,但是這三個線段乘積意外的和原來的斜邊有關,愈是特殊比例像是三邊為 5,12,13 的三角形,其乘積為 104=13×8,就愈看得出之間的關係,這麼一來就誘發學習者求知的欲望。代數證明稍微長了點但裡面的代換也很有趣,最絕妙的是幾何證明,利用了少見的內心與旁心創造出的相似三角形,同時也討論到內心的角度題 ∠AIC=90∘+12∠ABC,其實中三在這塊的著墨不多有點可惜。
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