定理辞典📖 定理辞典

三角形の五心

三角形の重心と中線の 2:1

33 本の中線は 11 点で交わり、その点は各中線を頂点側から 2:12:1 に分ける。

主張

頂点と「向かい合う辺の中点」を結ぶ線を中線というよ。三角形の 33 本の中線は必ず 11 点で交わり、その点を重心といって GG で表す。GG はどの中線も、頂点側:中点側 =2:1=2:1 に分ける。たとえば辺 BCBC の中点を MM とすると AG:GM=2:1AG:GM=2:1 だね。

AG:GM=2:1AG:GM=2:1
ABCMaG21
33 本の中線が交わる重心 GG。中線 AMaAM_a は頂点側 22(赤):中点側 11(緑)に分かれる。

成り立つ条件

結ぶ相手が「辺の中点」であること(中線)。垂線や二等分線ではなく中点を使う点が、外心・内心との大きな違い。2:12:1 は頂点側が 22、中点側が 11 の向き(逆にしない)。

証明(なぜ成り立つ?)

22 本の中線の交点を作り、中点連結定理から相似をつくって 2:12:1 を示す。33 本目も同じ「2:12:1 の点」を通ることを確かめる。

  1. 1

    BCBC の中点を MaM_a、辺 CACA の中点を MbM_b とし、中線 AMaAM_aBMbBM_b の交点を GG とする。

  2. 2

    MaM_aMbM_b は中点どうしだから、中点連結定理より MaMbABM_aM_b\parallel AB かつ MaMb=12ABM_aM_b=\frac12 AB

    MaMbAB,MaMb=12ABM_aM_b\parallel AB,\quad M_aM_b=\tfrac12 AB
  3. 3

    MaMbABM_aM_b\parallel AB なので錯角が等しく、GAB\triangle GABGMaMb\triangle GM_aM_b22 角が等しくて相似。相似比は AB:MaMb=2:1AB:M_aM_b=2:1 だね。

    GABGMaMb\triangle GAB\sim\triangle GM_aM_b
  4. 4

    相似比から AG:GMa=BG:GMb=2:1AG:GM_a=BG:GM_b=2:1。どの 22 本の中線で交点を作っても「中線を頂点側から 2:12:1 に分ける点」になるので、33 本目も同じ GG を通る。だから 33 本は 11 点で交わる。

    AG:GMa=2:1AG:GM_a=2:1

逆に、11 本の中線上で頂点側から 2:12:1 に分ける点をとると、それは必ず重心になり、残り 22 本の中線もその点を通る。「中線を 2:12:1 に分ける点」と「33 本の中線の交点」は同じ点だね。

補足・つまずきポイント

重心はどんな三角形でも必ず内部にある(内心と同じ)。厚紙の三角形なら GG を指 11 本で支えられる「バランスの中心」で、座標では 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)33 頂点の平均で求まる。中線は三角形の面積を 22 等分することもあわせて覚えよう。「2:12:1」は中線上の比であって、中線どうしの長さの比ではない点に注意。証明には中点連結定理(中点を結ぶと底辺に平行で半分)を使う。

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