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중점 삼각형

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1. 개요

중점 삼각형은 삼각형의 세 변의 중점을 연결하여 만들어지는 삼각형이다. 중점 삼각형은 원래 삼각형의 무게중심을 중심으로 -1/2 비율로 축소된 도형이며, 세 변은 원래 삼각형의 변에 평행하고 길이는 1/2이다. 중점 삼각형의 수심은 원래 삼각형의 외심과 일치하며, 9점원은 중점 삼각형의 외접원이다. 중점 삼각형의 나겔 점은 원래 삼각형의 내심과 일치한다. 반대로, 원래 삼각형은 중점 삼각형의 반보충 삼각형 또는 역보 삼각형이라고 불린다.

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중점 삼각형
개요
정의어떤 삼각형 각 변의 중점을 이어서 만든 삼각형
다른 이름중점삼각형, 페르미델 삼각형
성질
닮음원래 삼각형과 닮음 (닮음비 1:2)
넓이원래 삼각형 넓이의 1/4
둘레원래 삼각형 둘레의 1/2
수심원래 삼각형의 외심과 일치
무게 중심원래 삼각형과 무게 중심 공유
원래 삼각형 각 변의 절반 길이
위치 관계원래 삼각형 내부 중앙에 위치
합동4개의 합동인 중점 삼각형으로 분할 가능
중선원래 삼각형 중선의 절반 길이
평행중점 삼각형 각 변은 원래 삼각형 해당 변과 평행

2. 정의

삼각형 ABC의 세 변 BC, CA, AB의 중점을 각각 D, E, F라고 할 때, 삼각형 DEF를 삼각형 ABC의 '''중점 삼각형'''이라고 한다.

3. 성질

중점 삼각형은 원래 삼각형과 여러 흥미로운 기하학적 관계를 맺고 있다. 중점 삼각형은 무게 중심을 중심으로 하고 -1/2을 비로 하는 중심 닮음 변환에 대한 원래 삼각형의 이다.[14][15]

* '''M''': 의 외심, 의 수심

  • '''N''': 의 내심, 의 나겔 점
  • '''S''': 와 의 무게중심

]]

또한, 중점 삼각형은 닮음 변환에 의해 변환된 의 이미지로 볼 수 있으며, 이때 변환의 중심은 무게중심이고 비율은 -1/2이다.

참조 삼각형의 중점 삼각형은 참조 삼각형의 수심과 꼭짓점 사이의 중점을 꼭짓점으로 하는 삼각형과 합동이다.[2]

3. 1. 기본 성질

삼각형 ABC의 세 변 BC, AC, AB의 중점을 각각 D, E, F라고 할 때, 삼각형 DEF를 삼각형 ABC의 '''중점 삼각형'''이라고 한다.

중점 삼각형의 세 변은 각각 원래 삼각형의 세 변에 평행하며, 길이는 각각 원래 삼각형 세 변의 길이의 1/2이다.[14][15] 이는 중점 연결 정리로부터 쉽게 유도된다. 중점 삼각형과 원래 삼각형은 닮음이며, 닮음비는 1:2이다. 또한, 닮음의 중심은 무게중심 (두 삼각형의 무게중심은 일치한다)이다.[1]

중점 삼각형의 둘레는 삼각형 ABC의 반둘레와 같고, 넓이는 삼각형 ABC 넓이의 1/4이다. 원래 삼각형이 중점 삼각형에 의해 나뉘어진 네 개의 작은 삼각형들은 모두 합동이다.[1]

원래 삼각형에 대한 중점 삼각형처럼, 무게중심을 중심으로 -1/2 배 확대한 도형을 원래 도형의 "Complement"라고 한다. 도형이 점이라면, 그 Complement를 보점이라고 한다.[8]

3. 2. 삼각형의 중심

중점 삼각형의 무게 중심은 원래 삼각형의 무게 중심과 일치한다.[14][15][1] 중점 삼각형의 수심은 원래 삼각형의 외심과 일치하며, 이 사실은 외심, 무게중심, 수심의 공선을 증명하는 도구를 제공한다.[1] 중점 삼각형의 외접원은 원래 삼각형의 구점원과 일치하며, 따라서 구점원의 중심은 중점 삼각형의 외심이다. 중점 삼각형의 나겔 점은 원래 삼각형의 내심과 일치한다.[2]

원래 삼각형에 대한 중점 삼각형처럼, 무게중심을 중심으로 -1/2 배 확대한 도형을, 원래 도형의 "Complement"라고 하며, 도형이 점이라면, 그 Complement를 보점이라고 한다.[8]

다음은 Complement의 예시이다.

중점 삼각형원래 삼각형
꼭짓점중점
무게중심무게중심
내심슈피커 점
외심9점 원의 중심
수심외심
제르곤 점미텐푸크트
나겔 점내심
드 롱샹 점수심
제3 브로카르 점브로카르 중점
오일러 선오일러 선
외접원9점 원
내접원슈피커 원
슈타이너 외접 타원슈타이너 내접 타원


3. 3. 기타 성질

중점 삼각형은 원래 삼각형의 외심의 족삼각형이다.[1] 원래 삼각형과 그 중점 삼각형은 직교 삼각형이다. 삼각형의 내심은 항상 중점 삼각형 안에 존재한다.[3] 어떤 점이 삼각형 내부의 내접 타원의 중심이 될 필요충분조건은 그 점이 중점 삼각형 내부에 있는 것이다.[4] 중점 삼각형은 다른 세 개의 내부 삼각형 중 어떤 것도 더 작은 넓이를 갖지 않는 유일한 내접 삼각형이다.[5]

중점 삼각형의 수심은 원래 삼각형의 외심과 일치하고, 중점 삼각형의 나겔 점은 원래 삼각형의 내심이다.[2]

4. 좌표

삼각형 \triangle ABC의 변의 길이를 a = |BC|, b = |CA|, c = |AB|라고 할 때, 중점 삼각형 \triangle EFD의 꼭짓점에 대한 삼선좌표는 다음과 같다.

삼선좌표
E0 : \frac{1}{b} : \frac{1}{c}
F\frac{1}{a} : 0 : \frac{1}{c}
D\frac{1}{a} : \frac{1}{b} : 0



바리 중심 좌표계에서 중점 삼각형은 다음과 같이 표현된다.[9]

\begin{bmatrix}

0 & 1 & 1 \\

1 & 0 & 1 \\

1 & 1 & 0 \\

\end{bmatrix}

5. 반보충 삼각형 (역보 삼각형)

삼각형 EFD가 삼각형 ABC의 중점 삼각형이라면, 삼각형 ABC는 삼각형 EFD의 '''반보충 삼각형''' 또는 '''역보 삼각형'''이다. 반보충 삼각형은 원래 삼각형의 각 꼭짓점을 지나면서 대변에 평행한 세 직선으로 이루어진다. 즉, C를 지나면서 AB에 평행한 직선, B를 지나면서 AC에 평행한 직선, A를 지나면서 BC에 평행한 직선으로 구성된다.

반보충 삼각형의 꼭짓점은 원래 삼각형의 반보충점(무게중심에 대해 -2배 닮음 변환된 점)이다. 이는 중점 삼각형의 꼭짓점이 A, B, C의 보충점인 것과 대응된다.

삼각형 ABC에 대한 반보충 삼각형 E'F'D'의 꼭짓점에 대한 삼선좌표는 다음과 같다.

E'F'D'
-\frac{1}{a}:\frac{1}{b}:\frac{1}{c}\frac{1}{a}:-\frac{1}{b}:\frac{1}{c}\frac{1}{a}:\frac{1}{b}:-\frac{1}{c}



바리 중심 좌표계에서 반보충 삼각형은 다음과 같이 표현된다.

\begin{bmatrix}


  • 1 & 1 & 1 \\

1 & -1 & 1 \\

1 & 1 & -1 \\

\end{bmatrix}[6][10][11][12][13]

참조

[1] 서적 The Secrets of Triangles Prometheus Books 2012
[2] 서적 College Geometry Dover Publications 2007
[3] 논문 The distance from the incenter to the Euler line http://forumgeom.fau[...] 2011
[4] 서적 A Distorted View of Geometry Mathematical Association of America 1979
[5] 논문 On an Erdos inscribed triangle inequality http://forumgeom.fau[...] 2005
[6] 서적 初等幾何学 第1巻 平面之部 山海堂書店
[7] 서적 英和数学新字典 開新堂
[8] 웹사이트 Complement https://mathworld.wo[...] 2024-03-30
[9] 웹사이트 Medial Triangle https://mathworld.wo[...] 2024-07-13
[10] 웹사이트 Anticomplementary Triangle https://mathworld.wo[...] 2024-07-13
[11] 웹사이트 三角形の心 http://taurus.ics.na[...] 2024-07-13
[12] 서적 重心座標による幾何学 現代数学社 2014
[13] 웹사이트 Anticomplement https://mathworld.wo[...] 2024-03-30
[14] 서적 Advanced Euclidean Geometry Dover Publications 1960
[15] 서적 Geometry for College Students Brooks/Cole 2001



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