什么是外接圆

外接圆即为一个三角形外面切一个圆,使得这个圆恰好与三角形三边相切。这个圆就是这个三角形的外接圆。为什么可以画出三角形的外接圆呢?这个问题可以从多个方面来解释。

第一,我们可以利用勾股定理来证明。勾股定理是指在一个直角三角形中,直角边的平方等于其他两边平方的和。设这个三角形三个角的大小分别为A、B、C,对应的边长为a、b、c,则根据勾股定理有:

a2 = b2 + c2 - 2bc*cos A

b2 = a2 + c2 - 2ac*cos B

c2 = a2 + b2 - 2ab*cos C

三式相加化简得:

a2 + b2 + c2 = 2(ab+bc+ac)

化简后得到的式子正是三角形面积公式,即面积S等于三边半周p的一半,即S = √p(p-a)(p-b)(p-c),其中p=(a+b+c)/2。

由此可以看出三角形的三条边和面积之间有很紧密的关系,如果我们能找到一个圆恰好与三条边都相切,那么这个圆的半径就等于三角形面积除以半周长,即r=S/p,这就是三角形的外接圆。

第二,我们可以从向量的角度来考虑。设三角形的三个顶点为A、B、C,则向量AB和向量AC可以表示为:

AB = B - A,AC = C - A

我们可以用向量叉乘来求向量AB和AC构成的平行四边形的面积,即:

S = 1/2|AB × AC|

其中|AB × AC|表示向量AB和AC叉乘后得到的向量的模长。

我们可以得到三角形的面积公式为:

S = 1/2|AB × AC| = 1/2|B - A × C - A|

由于三角形三个顶点在同一个圆上,所以向量AB和向量AC的向量积与向量BC的向量积方向相反,所以三角形的面积可以表示为:

S = 1/2|AB × AC| = 1/2|BC × BA|

同样利用向量叉乘可以求得圆心C、B、A构成的三角形面积的两倍:

2S? = |AC × AB| = |(C - O) × (B - O)| = |BO × CO|

其中O为圆心。

利用向量叉乘的性质可以得到:

|BO × CO| = BO × CO × sin∠BOC = 2R*S?

其中R为外接圆半径,S?为三角形面积。

所以有:2S? = 2R*S?,即R=S/p。

我们可以借助欧几里得的平面几何学,通过构造垂直平分线来证明。垂直平分线是指一个直线同时垂直于一条边且平分这条边的长度。设三角形的三个顶点为A、B、C,外接圆圆心为O,垂直平分线分别过AB、BC、AC的交点分别为D、E、F,垂直平分线交点O与三角形顶点A、B、C的连线分别为OF、OD、OE。

根据垂直平分线的定义,我们可以得到:

BD = DC = a/2,AE = EC = b/2,CF = FA = c/2

因为OD垂直AB且平分线段AB,所以AD = DB = a/2,同理可得BE = EC = b/2、CF = FA = c/2。

由于OF的垂直平分线段BC,所以OB = OC,同理可得OC = OA,即O为三角形内心。

由于圆心O到垂直平分线的距离等于边长的一半,所以OF = R,同理可得OD = OE = R,即O为三角形外接圆心。

从三角形的勾股定理、向量的角度以及欧几里得几何的角度可以得出三角形的外接圆。外接圆具有很多的性质,比如三角形外接圆的直径等于三角形的斜边长,外接圆的直径也是利用勾股定理可以得到的。通过外接圆可以方便地计算出三角形的各种性质,因此对于几何学来说,外接圆是一个重要的概念。