定理辞典📖 定理辞典

三角形の五心

三角形の内心(内接円の中心)

33 つの角の二等分線は 11 点で交わり、その点から 33 辺までの距離は等しい。

主張

三角形の 33 つの内角の二等分線は、必ず 11 点で交わるよ。その点を内心といい、ふつう II で表す。II から 33 辺までの距離(垂線の長さ)はすべて等しく、その長さ rr を半径として II を中心にかいた円は、33 辺すべてにぴったり接する。これが内接円だね。

S=rs(s=a+b+c2)S=rs\quad\left(s=\tfrac{a+b+c}{2}\right)
ABCI
33 角の二等分線が交わる内心 IIII から 33 辺への距離(同じ色)はすべて等しく、内接円が 33 辺に接する。

成り立つ条件

二等分するのは「内角」であること。「角の二等分線上の点は、その角をつくる 22 辺から等距離」という基本性質が、そのまま内心の根拠になる。

証明(なぜ成り立つ?)

「角の二等分線上の点は、その角の 22 辺から等距離」という性質を使い、交点が 33 辺すべてから等距離になることを示す。

  1. 1

    A\angle A の二等分線と B\angle B の二等分線の交点を II とする。まずこの 22 本の交わりに注目しよう。

  2. 2

    IIA\angle A の二等分線上だから、辺 ABAB と辺 ACAC から等距離。B\angle B の二等分線上でもあるから、辺 BABA と辺 BCBC からも等距離。

    d(I,AB)=d(I,AC),d(I,AB)=d(I,BC)d(I,AB)=d(I,AC),\quad d(I,AB)=d(I,BC)
  3. 3

    22 つを合わせると 33ABABBCBCCACA までの距離がすべて等しい。すると IIC\angle C22 辺からも等距離なので、C\angle C の二等分線も同じ II を通り、33 本は 11 点に集まる。

  4. 4

    33 辺までの距離が等しいから、その長さ rr を半径に II を中心とする円をかくと、33 辺すべてに接する。これが内接円、中心 II が内心だね。

    d(I,AB)=d(I,BC)=d(I,CA)=rd(I,AB)=d(I,BC)=d(I,CA)=r

逆に、三角形の内部にあって 33 辺から等距離の点はただ 11 つで、それが内心(内接円の中心)。「33 辺から等距離の点」と「33 角の二等分線の交点」は同じ点だね。

補足・つまずきポイント

内心 II は「33 辺から等距離の点」、外心は「33 頂点から等距離の点」。混同しやすいので「内=辺に接する内接円/外=頂点を通る外接円」で覚えよう。内心はどんな三角形でも必ず内部にある(外心とちがって外に出ない)。面積 SS と周の半分 s=a+b+c2s=\frac{a+b+c}{2} を結ぶ S=rsS=rs(上の式)は、II と各頂点を結んで三角形を 33 つに分け、どれも高さが rr になることから出る。面積と周から内接円の半径 rr を逆算できる、入試で便利な式だよ。

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