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重心坐标


重心坐标是数字的三元组 (t_1,t_2,t_3),对应于放置在参考三角形顶点处的质量 DeltaA_1A_2A_3。这些质量然后确定一个点 P,它是这三个质量的几何质心,并用坐标 (t_1,t_2,t_3) 标识。三角形的顶点由 (1,0,0)(0,1,0)(0,0,1) 给出。重心坐标由 Möbius 于 1827 年发现(Coxeter 1969, p. 217; Fauvel et al. 1993)。

Barycentric

要找到任意点 P 的重心坐标,从直线 A_1P 与边 A_2A_3 的交点 Q 处找到 t_2t_3,然后确定 t_1 作为 A_1 处的质量,这将平衡 Q 处质量 t_2+t_3,从而使 P 成为质心(左图)。此外,三角形 DeltaA_1A_2PDeltaA_1A_3PDeltaA_2A_3P 的面积与 P 的重心坐标 t_3t_2t_1 成比例(右图;Coxeter 1969, p. 217)。

重心坐标是齐次的,所以

 (t_1,t_2,t_3)=(mut_1,mut_2,mut_3)
(1)

对于 mu!=0

归一化使得它们成为子三角形实际面积的重心坐标称为齐次重心坐标。归一化使得

 t_1+t_2+t_3=1,
(2)

使得坐标给出由原始三角形面积归一化的子三角形面积的重心坐标称为面积坐标(Coxeter 1969, p. 218)。重心坐标和面积坐标可以为几何定理提供特别简洁的证明,例如劳斯定理塞瓦定理梅涅劳斯定理(Coxeter 1969, pp. 219-221)。

下表总结了一些常见中心的(不一定是齐次的)重心坐标。在表中,abc 是三角形的边长,s 是其半周长

三角形中心重心坐标
外心 O(a^2(b^2+c^2-a^2), b^2(c^2+a^2-b^2), c^2(a^2+b^2-c^2))
旁心 J_A(-a,b,c)
旁心 J_B(a,-b,c)
旁心 J_C(a,b,-c)
格尔贡点 Ge((s-b)(s-c), (s-c)(s-a), (s-a)(s-b))
内心 I(a,b,c)
纳格尔点 Na(s-a,s-b,s-c)
垂心 H((a^2+b^2-c^2)(c^2+a^2-b^2), (b^2+c^2-a^2)(a^2+b^2-c^2), (c^2+a^2-b^2)(b^2+c^2-a^2))
外心对称点 K(a^2,b^2,c^2)
三角形质心 G(1,1,1)

在重心坐标中,直线具有线性齐次方程。特别地,连接点 (r_1,r_2,r_3)(s_1,s_2,s_3) 的直线具有方程

 |r_1 r_2 r_3; s_1 s_2 s_3; t_1 t_2 t_3|=0
(3)

(Loney 1962, pp. 39 和 57; Coxeter 1969, p. 219; Bottema 1982)。如果三角形 DeltaP_1P_2P_3 的顶点 P_i 具有重心坐标 (x_i,y_i,z_i),则三角形的面积为

 DeltaP_1P_2P_3=|x_1 y_1 z_1; x_2 y_2 z_2; x_3 y_3 z_3|DeltaABC
(4)

(Bottema 1982, Yiu 2000)。


参见

面积坐标, 精确三线坐标, 齐次重心坐标, 三线坐标

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参考文献

Bogomolny, A. "重心坐标." http://www.cut-the-knot.org/triangle/barycenter.shtml.Bottema, O. "关于重心坐标中三角形的面积." Crux. Math. 8, 228-231, 1982.Coxeter, H. S. M. "重心坐标." §13.7 in 几何学导论,第 2 版。 New York: Wiley, pp. 216-221, 1969.Fauvel, J.; Flood, R.; and Wilson, R. J. (Eds.). Möbius 和他的带:十九世纪德国的数学和天文学。 Oxford, England: Oxford University Press, 1993.Joy, K. "重心坐标." 1996. http://graphics.idav.ucdavis.edu/education/GraphicsNotes/Barycentric-Coordinates/Barycentric-Coordinates.html.Loney, S. L. 坐标几何要素,2 卷合订本。第二部分:三线坐标。 London: Macmillan, 1962.Sommerville, D. M. Y. 解析圆锥曲线,第 3 版。 London: G. Bell and Sons, 1961.Yiu, P. "平面欧几里得几何中齐次重心坐标的应用." Internat. J. Math. Ed. Sci. Tech. 31, 569-578, 2000. http://www.math.fau.edu/yiu/barycentric.pdf.

在 Wolfram|Alpha 中引用

重心坐标

请引用为

Weisstein, Eric W. "重心坐标." 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/BarycentricCoordinates.html

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