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如何证明外心交于一点如何证明外心外心向量表示的证明

要证明三角形的外心(即三角形外接圆的圆心),需先明确外心的定义:它是三角形三边垂直平分线的交点,且到三个顶点的距离相等。下面内容是两种典型的证明技巧:


技巧一:垂直平分线交点的唯一性证明

  • 构造垂直平分线
    任取三角形的两边(如AB和AC),分别作它们的中垂线。根据垂直平分线的性质,所有在AB中垂线上的点到A、B的距离相等;同理,AC中垂线上的点到A、C的距离相等。

  • 确定交点O的存在性
    设AB的中垂线为l,AC的中垂线为m。由于三角形非退化(三点不共线),l和m必相交于一点O。根据垂直平分线性质,此时O到A、B、C的距离均相等(OA=OB=OC)。

  • 验证第三边中垂线过O点
    再作BC的中垂线n,需证明O也在n上。

    • 由于OA=OB,O在AB的中垂线上;
    • 同理,OA=OC,O在AC的中垂线上;
    • 由OB=OC,O也在BC的中垂线n上。
      因此,三边中垂线共点于O,即O为外心。

技巧二:全等三角形法

  • 选取中点构造全等三角形
    取AB中点F和AC中点E,分别作中垂线OF和OE,交于点O。

    • 在△AFO与△BFO中,AF=BF,FO=FO,∠AFO=∠BFO=90°,故△AFO≌△BFO(SAS),得OA=OB。
    • 同理,在△AEO与△CEO中,AE=CE,EO=EO,∠AEO=∠CEO=90°,故△AEO≌△CEO(SAS),得OA=OC。
  • 得出外心性质
    由OA=OB且OA=OC,得OA=OB=OC。因此,O到三个顶点的距离相等,且位于三边的垂直平分线上,故O为外心。


补充说明

  • 外心位置与三角形类型的关系:
    • 锐角三角形外心在内部;
    • 直角三角形外心在斜边中点;
    • 钝角三角形外心在外部。
  • 外接圆半径公式:
    若三角形边长为a、b、c,面积为S,则外接圆半径R=abc/(4S)。

怎么样?经过上面的分析技巧,可严谨证明三角形外心的存在性和唯一性,并明确其几何意义。如需进一步计算外心坐标或探讨与其他“四心”(如重心、垂心)的关系,可结合向量或解析几何技巧。