定理辞典📖 定理辞典

三角形の五心

三角形の外心(外接円の中心)

33 辺の垂直二等分線は 11 点で交わり、その点から 33 頂点までの距離は等しい。

主張

三角形の 33 辺それぞれの垂直二等分線は、必ず 11 点で交わるよ。その点を外心といい、ふつう OO で表す。OO から 33 つの頂点までの距離は等しく(OA=OB=OCOA=OB=OC)、OO を中心にこの長さ RR を半径とした円は 33 頂点すべてを通る。これが外接円だね。

OA=OB=OC=ROA=OB=OC=R
ABCO
33 辺の垂直二等分線が交わる外心 OOOA=OB=OCOA=OB=OC(同じ色)で、OO を中心とする外接円が 33 頂点を通る。

成り立つ条件

垂直二等分線=辺の中点を通り、その辺と直角に交わる線であること。「垂直二等分線上の点は、その線分の両端から等距離」という作図の基本性質が、そのまま外心の根拠になる。

証明(なぜ成り立つ?)

「垂直二等分線上の点は線分の両端から等距離」という性質を 22 本ぶん使い、33 頂点からの距離がそろうことを示す。

  1. 1

    ABAB の垂直二等分線と、辺 BCBC の垂直二等分線の交点を OO とする。まずこの 22 本の交わりに注目しよう。

  2. 2

    OOABAB の垂直二等分線上にあるから OA=OBOA=OB。同じく BCBC の垂直二等分線上にあるから OB=OCOB=OC

    OA=OB,OB=OCOA=OB,\quad OB=OC
  3. 3

    22 つを合わせると OA=OCOA=OC も成り立つ。すると OO は辺 CACA の両端からも等距離なので、CACA の垂直二等分線も同じ OO を通る。こうして 33 本は 11 点に集まるんだ。

    OA=OB=OCOA=OB=OC
  4. 4

    33 頂点までの距離が等しいから、OO を中心に半径 OAOA の円をかくと BBCC も通る。この円が外接円、中心 OO が外心だね。

逆に、三角形の 33 頂点から等距離にある点はただ 11 つで、それが外心(外接円の中心)。「33 頂点から等距離の点」と「33 辺の垂直二等分線の交点」は同じ点を指している、と読めるよ。

補足・つまずきポイント

外心 OO は「33 頂点から等距離の点」。内心(=33 辺から等距離)と取りちがえやすいので、「外=頂点を通る外接円/内=辺に接する内接円」で区別しよう。外心の位置は三角形の形で変わり、鋭角三角形では内部、直角三角形では斜辺のちょうど中点、鈍角三角形では外部に来る。とくに「直角三角形の外心=斜辺の中点」は頻出で、直径に対する円周角(9090^\circ=タレスの定理)と表裏の関係。外心・内心・重心・垂心・傍心の 55 つをまとめて三角形の五心と呼ぶ。

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