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定理已证明

三条中线交于重心一点

命题陈述

在具有中线 AMAM、BNBN、CPCP 的任意三角形 △ABC\triangle ABC 中,三条中线都经过同一个点 G=(xA+xB+xC3, yA+yB+yC3)G = \left(\dfrac{x_A + x_B + x_C}{3},\, \dfrac{y_A + y_B + y_C}{3}\right),该点将每条中线从顶点起按 2:12:1 之比分割(AG=23AMAG = \dfrac{2}{3} AM)。

为什么成立?

平面上随便画的三条直线几乎不会交于同一点——它们通常会围成一个小三角形。看到沿 AMAM 走 23\dfrac{2}{3} 处的点的公式关于 AA、BB、CC 完全对称,就能一下子明白为什么三条中线必定命中完全相同的那一点。

证明思路

第一步(中点坐标)。把 △ABC\triangle ABC 放在坐标平面上,顶点为 AA、BB、CC。边 BCBC 的中点 MM 是 BB 与 CC 的平均:M=(xB+xC2, yB+yC2)M = \left(\dfrac{x_B+x_C}{2},\, \dfrac{y_B+y_C}{2}\right)。

第二步(沿 AMAM 走三分之二处的点)。从 AA 朝 MM 走线段 AMAM 的 23\dfrac{2}{3},所得点为 A+23(M−A)=13A+23⋅B+C2=A+B+C3A + \dfrac{2}{3}(M - A) = \dfrac{1}{3}A + \dfrac{2}{3}\cdot\dfrac{B+C}{2} = \dfrac{A+B+C}{3},给出坐标 G=(xA+xB+xC3, yA+yB+yC3)G = \left(\dfrac{x_A + x_B + x_C}{3},\, \dfrac{y_A + y_B + y_C}{3}\right)。

第三步(对称性迫使三线共点)。注意最终公式 G=(xA+xB+xC3, yA+yB+yC3)G = \left(\dfrac{x_A + x_B + x_C}{3},\, \dfrac{y_A + y_B + y_C}{3}\right) 关于 AA、BB、CC 完全对称——交换 AA 与 BB 的角色(求中线 BNBN 上 23\dfrac{2}{3} 处的点)或交换 AA 与 CC 的角色(沿 CPCP),都会得到完全相同的点 GG。因此三条中线都经过 GG,且 GG 位于从每个顶点到对边中点 23\dfrac{2}{3} 的位置(AG=23AMAG = \dfrac{2}{3} AM)。

用到此定理的主题

分步证明

该定理暂无分步证明。

参考文献

  1. H. S. M. Coxeter, S. L. Greitzer (1967). Geometry Revisited
  2. Euclid (trans. Thomas L. Heath) (1956). Euclid's Elements (Books I–XIII)