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数学A

三角形さんかくけい性質せいしつ (五心ごしん)

最終確認日:

このしょうまなぶこと

中学ちゅうがくでは 「三角形さんかくけい内角ないかく」 「二等辺三角形にとうへんさんかくけいせいしつていでしたが、 高校こうこうでは 5 つの中心ちゅうしん (五心ごしん) とそれをめぐる強力きょうりょく定理ていりまなびます。

  • 重心じゅうしん (ちゅうせん交点こうてん) と中線定理ちゅうせんていり
  • 外心がいしん (外接円がいせつえん中心ちゅうしん)
  • 内心ないしん (内接円ないせつえん中心ちゅうしん) と角の二等分線の定理かくのにとうぶんせんのていり
  • 垂心すいしん (たかさの交点こうてん)
  • 傍心ぼうしんと 5 こころ関係かんけい
  • メネラウスの定理めねらうすのていりチェバの定理ちぇばのていり

ポイント: 五心ごしんは 「3 ほんせんが 1 てんまじわる」 というきょうつう不思議ふしぎせいしつちます。 それぞれどのせんあつまるかをさえましょう。

1. 重心じゅうしん

定義ていぎ性質せいしつ

三角形さんかくけいの各頂点ちょうてんと対たいへん中点ちゅうてんむすせん中線ちゅうせんびます。 3 ほんちゅうせんは 1 てんまじわり、 この交点こうてん重心じゅうしん GG です。

重心じゅうしんかくちゅうせん頂点ちょうてんからかぞえて 2:1ないぶんします。

ちゅうせん定理ていり

三角形さんかくけい ABCABC で、 へんBCBC中点ちゅうてんMM とすると

AB2+AC2=2(AM2+BM2)AB^2 + AC^2 = 2(AM^2 + BM^2)

(ちゅうせんAMAM と半へん BMBMながさをもちいて、 のこりの 2 へん平方和へいほうわあらわこうしき)。

例題れいだい 1

BC=10BC = 10AB=8AB = 8AC=6AC = 6 のとき、 BCBC中点ちゅうてんMM までの距離きょりAMAMもとめよ。

BM=5BM = 5ちゅうせん定理ていりより 64+36=2(AM2+25)64 + 36 = 2(AM^2 + 25)100=2AM2+50100 = 2 AM^2 + 50AM2=25AM^2 = 25AM=5AM = 5

2. 外心がいしん

定義ていぎ

三角形さんかくけいかくへん垂直二等分線すいちょくにとうぶんせん は 1 てんまじわり、 これが 外心がいしん OO です。

外心がいしんは 3 つの頂点ちょうてんから等距離とうきょりにあるので、 OO中心ちゅうしんとする 外接円がいせつえんけます。 OA=OB=OC=ROA = OB = OC = R (外接がいせつえん半径はんけい)。

鋭角えいかく直角ちょっかく鈍角どんかく三角形さんかくけいとの関係かんけい

三角形さんかくけい外心がいしん
鋭角三角形えいかくさんかっけい内部ないぶ
直角三角形ちょっかくさんかっけい斜辺しゃへん中点ちゅうてん
鈍角三角形どんかくさんかっけい外部がいぶ

直角ちょっかく三角形さんかくけい外心がいしん斜辺しゃへん中点ちゅうてんるのは、 円周角の定理えんしゅうかくのていりけいからもせつめいできます (直径ちょっけい円周えんしゅうかく = 90°)。

3. 内心ないしん

定義ていぎ

三角形さんかくけいかく内角ないかく二等分線にとうぶんせん は 1 てんまじわり、 これが 内心ないしん II です。

II から 3 へんまでの距離きょりはすべてひとしく、 これが 内接円ないせつえん半径はんけいrr

かく等分とうぶんせん定理ていり

三角形さんかくけい ABCABC で、 A\angle A等分とうぶんせんへんBCBCDDまじわると

BDDC=ABAC\frac{BD}{DC} = \frac{AB}{AC}

つまり 「対辺たいへんを 2 つのりんせつへん内分ないぶんする」。

例題れいだい 2

AB=9AB = 9AC=6AC = 6BC=10BC = 10ABC\triangle ABC で、 A\angle A等分とうぶんせんBCBC交点こうてんDD について BDBDもとめよ。

BD:DC=9:6=3:2BD : DC = 9 : 6 = 3 : 2BC=10BC = 10 を 3:2 に内分ないぶんするので BD=1035=6BD = 10 \cdot \dfrac{3}{5} = 6

4. 垂心すいしん

定義ていぎ

三角形さんかくけいかく頂点ちょうてんから対たいへんろした 垂線すいせん (= たかさ) は 1 てんまじわり、 これが 垂心すいしん HH です。

五心ごしん位置いち関係かんけい

鋭角三角形えいかくさんかっけいでは 重心じゅうしん外心がいしん内心ないしん垂心すいしん の 4 つが三角形さんかくけい内部ないぶにあります。 直角三角形ちょっかくさんかっけいでは垂心すいしん = 直角ちょっかく頂点ちょうてんで、 外心がいしん斜辺しゃへん中点ちゅうてん鈍角三角形どんかくさんかっけいでは垂心すいしん外心がいしん三角形さんかくけいそとます。 重心じゅうしん内心ないしんつね内部ないぶ傍心ぼうしん (3 つ) は三角形さんかくけい外部がいぶ (かくへん外側そとがわ) に位置いちします。

オイラー線

正三角形せいさんかくけいのぞにん三角形さんかくけい重心じゅうしんGG外心がいしんOO垂心すいしんHH一直線いっちょくせんじょうならび、 OG:GH=1:2OG : GH = 1 : 2 となります。 この直線ちょくせんオイラー線おいらーせんびます。 鋭角えいかく直角ちょっかく鈍角どんかくのどの三角形さんかくけいでも成立せいりつします。 (正三角形せいさんかくけいでは 5 こころが 1 てん一致いっちするためせんとして定義ていぎされません)

5. 傍心ぼうしん

定義ていぎ

三角形さんかくけい ABCABC の 1 つの内角ないかく (二等分線にとうぶんせん) との 2 つの外角がいかく (二等分線にとうぶんせん) は 1 てんまじわります。 このてんを、 その内角ないかくがある頂点ちょうてんの 「対たいへん側」 にある 傍心ぼうしんびます。 三角形さんかくけいには 3 つの傍心ぼうしんがあります。

かく傍心ぼうしん三角形さんかくけいの 1 へん 2 へん延長えんちょうせっする 傍接円ぼうせつえん中心ちゅうしんです。

6. メネラウス・チェバの定理ていり

メネラウスの定理ていり

三角形さんかくけい ABCABC と、 その 3 へんまたはその延長えんちょうじょうとおる 1 ほん直線ちょくせんかくへん (または延長えんちょう) と点P,Q,RP, Q, Rまじわるとき、

BPPCCQQAARRB=1\frac{BP}{PC} \cdot \frac{CQ}{QA} \cdot \frac{AR}{RB} = 1

符号ふごうけて 「一周いっしゅうしてかける = 1」 とおぼえます。

チェバの定理ていり

三角形さんかくけい ABCABC の 3 頂点ちょうてんからいた 3 ほん直線ちょくせん (チェバせん) が 1 てんまじわるためのひつようじゅうぶん条件じょうけんは、 各線かくせんが対たいへんまじわる点P,Q,RP, Q, R について

BPPCCQQAARRB=1\frac{BP}{PC} \cdot \frac{CQ}{QA} \cdot \frac{AR}{RB} = 1

(せきが +1)。 重心じゅうしん内心ないしんなどの 「3 ほんが 1 てんまじわる」 はチェバでせつめいできます。

例題れいだい 3 (メネラウス)

ABC\triangle ABC直線ちょくせんへんBCBC を 1:2 に、 へんCACA を 3:1 にるとき、 へんABAB (の延長えんちょう) をなにたいなにるか。

BPPCCQQAARRB=1\dfrac{BP}{PC} \cdot \dfrac{CQ}{QA} \cdot \dfrac{AR}{RB} = 11231ARRB=1\dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{3}{1} \cdot \dfrac{AR}{RB} = 1ARRB=23\dfrac{AR}{RB} = \dfrac{2}{3}

7. しょうまつまとめ

中心ちゅうしん定義ていぎあつまるせん
重心じゅうしん GGちゅうせん交点こうてんちゅうせん (2:1 内分ないぶん)
外心がいしん OO外接がいせつえん中心ちゅうしんかくへん垂直すいちょく等分とうぶんせん
内心ないしん II内接ないせつえん中心ちゅうしん内角ないかく等分とうぶんせん
垂心すいしん HHたかさの交点こうてんかく頂点ちょうてんからの垂線すいせん
傍心ぼうしん傍接円ぼうせつえん中心ちゅうしん1 内角ないかく + 2 外角がいかく等分とうぶんせん

しょうでは: えんかんする強力きょうりょく定理ていりぐん (せっげん定理ていりぽうべきの定理ていりトレミーの定理とれみーのていり) をまなびます。

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