방접원: 두 판 사이의 차이
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[[기하학]]에서, '''방접원'''(傍接圓, {{llang|en|excircle}})은 [[삼각형]]의 한 변에 접하고 남은 두 변의 연장선에 접하는 [[원 (기하학)|원]]이다. |
[[기하학]]에서, '''방접원'''(傍接圓, {{llang|en|excircle}})은 주어진 [[삼각형]]의 한 변에 접하고 남은 두 변의 연장선에 접하는 [[원 (기하학)|원]]이다. '''방심'''(傍心, {{llang|en|excenter}})은 방접원의 중심을 일컫는다. |
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== 정의 == |
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삼각형 <math>ABC</math>의 |
[[삼각형]] <math>ABC</math>의 세 변의 직선에 동시에 접하는 [[원 (기하학)|원]]은 정확히 4개 존재한다. 한 원은 세 변의 내부에서 접하며, 이를 [[삼각형]] <math>ABC</math>의 '''[[내접원]]'''이라고 한다. 남은 3개의 원은 각각 꼭짓점 <math>A</math>, <math>B</math>, <math>C</math>의 대변의 내부와 남은 두 변의 연장선에서 접하며, 이들을 각각 꼭짓점 <math>A</math>, <math>B</math>, <math>C</math>와 마주보는 [[삼각형]] <math>ABC</math>의 '''방접원'''이라고 한다. 세 방접원의 중심을 '''방심''' <math>J_A</math>, <math>J_B</math>, <math>J_C</math>라고 한다. 세 방심을 꼭짓점으로 하는 삼각형을 '''방심 삼각형'''(傍心三角形, {{llang|en|excenter triangle}}) <math>J_AJ_BJ_C</math>라고 한다. 방심 삼각형의 [[외접원]]을 '''베번 원'''({{lang|en|Bevan}}圓, {{llang|en|Bevan circle}})이라고 하며, 베번 원의 중심(즉, 방심 삼각형의 [[외심]])을 '''베번 점'''({{lang|en|Bevan}}點, {{llang|en|Bevan point}}) <math>V</math>라고 한다. |
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삼각형 <math>ABC</math>의 세 방심 <math>J_A</math>, <math>J_B</math>, <math>J_C</math>를 꼭짓점으로 하는 삼각형 <math>J_AJ_BJ_C</math>를 원래 삼각형 <math>ABC</math>의 '''방심 삼각형'''(傍心三角形, {{llang|en|excenter triangle}})이라고 한다. 방심 삼각형의 [[외접원]]을 '''베번 원'''({{lang|en|Bevan}}圓, {{llang|en|Bevan circle}})이라고 하고, 이 원의 중심 <math>V</math>를 '''베번 점'''({{lang|en|Bevan}}點, {{llang|en|Bevan point}})이라고 한다. |
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== 성질 == |
== 성질 == |
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방심과 삼각형의 세 |
방심과 삼각형의 세 변 사이의 거리는 같다. 이는 이 방심을 중심으로 하는 방접원의 반지름이다. 방심은 두 외각의 이등분선과 남은 한 내각의 이등분선의 교점이다. |
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[[포이어바흐 정리]]에 따르면, 삼각형의 [[구점원]]은 이 삼각형의 세 방접원과 외접하고 내접원과 내접한다. |
[[포이어바흐 정리]]에 따르면, 삼각형의 [[구점원]]은 이 삼각형의 세 방접원과 외접하고 내접원과 내접한다. |
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=== 반지름 === |
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삼각형 <math>ABC</math>의 내심을 <math>I</math>, 세 방심을 <math>J_A</math>, <math>J_B</math>, <math>J_C</math>라 하자. 그러면 방심 삼각형 <math>J_AJ_BJ_C</math>의 각 꼭짓점에서 대변에 내린 수선의 발은 각각 점 <math>A</math>, <math>B</math>, <math>C</math>가 되며, 세 수선의 교점인 [[수심 (기하학)|수심]]은 점 <math>I</math>가 된다. 즉, 네 점 <math>I</math>, <math>J_A</math>, <math>J_B</math>, <math>J_C</math>는 [[수심계]]를 형성한다. |
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⚫ | 삼각형 <math>ABC</math>의 꼭짓점 <math>A</math>, <math>B</math>, <math>C</math>의 대변의 길이를 <math>a</math>, <math>b</math>, <math>c</math>라고 하고, [[반둘레]]를 <math>s</math>라고 하고, [[넓이]]를 <math>S</math>라고 하자. 또한 [[외접원]]과 [[내접원]]의 반지름을 각각 <math>R</math>와 <math>r</math>라고 하고, 꼭짓점 <math>A</math>, <math>B</math>, <math>C</math>와 마주보는 방접원의 반지름을 <math>r_A</math>, <math>r_B</math>, <math>r_C</math>라고 하자. 그렇다면 다음과 같은 항등식들이 성립한다.<ref name="Coxeter">{{서적 인용 |
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=== 계량적 성질 === |
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⚫ | 삼각형 <math>ABC</math>의 |
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이다.<ref name="Coxeter">{{서적 인용 |
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|성1=Coxeter |
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|이름1=H. S. M. |
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|날짜=1967 |
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|성=Isaacs |
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|이름=I. Martin |
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가 성립한다. |
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=== 접점 === |
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삼각형 <math>ABC</math>의 꼭짓점 <math>A</math>, <math>B</math>, <math>C</math>와 마주보는 방접원의 대변과의 접점을 <math>T_A'</math>, <math>T_B'</math>, <math>T_C'</math>이라고 하자. 그렇다면 직선 <math>AT_A'</math>, <math>BT_B'</math>, <math>CT_C'</math>은 모두 삼각형 <math>ABC</math>의 [[둘레]]를 이등분한다. 즉, [[반둘레]]를 <math>s</math>라고 할 때 다음이 성립한다. |
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:<math>BT_C'=CT_B'=s-a</math> |
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:<math>CT_A'=AT_C'=s-b</math> |
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:<math>AT_B'=BT_A'=s-c</math> |
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=== 방심 삼각형과 베번 점 === |
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⚫ | }}</ref>{{rp|28, §3.2}} 즉, 삼각형의 내심과 세 방심은 [[수심계]]를 이룬다. 모든 삼각형의 [[외심]]은 [[내심]]과 베번 점의 [[중점 (기하학)|중점]]이다.<ref name="Honsberger" />{{rp|29, §3.2}} 모든 삼각형의 [[슈피커 중심]]은 수심과 베번 점의 중점이다.<ref name="Honsberger" />{{rp|27, §3.2}} 삼각형 <math>ABC</math>의 한 꼭짓점 <math>A</math>에서 대변에 내린 수선의 중점 <math>(A+H_A)/2</math>, 그 꼭짓점과 마주보는 방접원의 접점 <math>T_A'</math>, 그리고 내심 <math>I</math>는 같은 직선 위에 있다.<ref name="Honsberger" />{{rp|30, §3.3}} |
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삼각형 <math>ABC</math>의 반둘레를 <math>s</math>라고 하고, 외접원의 반지름을 <math>R</math>라고 하자. 그렇다면 방심 삼각형의 넓이는 다음과 같다. |
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:<math>S_{J_AJ_BJ_C}=4sR</math> |
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[[파일:Extouch Triangle and Nagel Point.svg|섬네일|나겔 점과 외촉 삼각형]] |
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삼각형 <math>ABC</math>의 각 꼭짓점 <math>A</math>, <math>B</math>, <math>C</math>를 마주보는 방접원과 대변의 접점을 각각 <math>T_A'</math>, <math>T_B'</math>, <math>T_C'</math>라고 하자. 그렇다면 [[체바 정리]]에 따라 선분 <math>AT_A'</math>, <math>BT_B'</math>, <math>CT_C'</math>는 한 점에서 만난다. 이 점을 삼각형 <math>ABC</math>의 '''나겔 점'''({{llang|en|Nagel point}})) <math>X_8</math>이라고 한다. 나겔 점에 대한 [[체바 삼각형]](즉, 세 방접원의 접점을 꼭짓점으로 하는 삼각형)을 '''외촉 삼각형'''({{llang|en|extouch triangle}}) <math>T_A'T_B'T_C'</math>이라고 한다. 나겔 점의 이름은 [[독일]]의 수학자 크리스티안 하인리히 폰 나겔({{llang|de|Christian Heinrich von Nagel}})에서 왔다. |
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{{증명}} |
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꼭짓점 <math>A</math>, <math>B</math>, <math>C</math>의 대변의 길이를 각각 <math>a</math>, <math>b</math>, <math>c</math>라고 하고, [[반둘레]]를 <math>s</math>라고 하자. 그렇다면 |
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:<math>BT_C'=CT_B'=s-a</math> |
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:<math>AT_C'=CT_A'=s-b</math> |
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:<math>AT_B'=BT_A'=s-c</math> |
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이므로, |
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:<math>\frac{AT_C'}{T_C'B}\cdot\frac{BT_A'}{T_A'C}\cdot\frac{CT_B'}{T_B'A}=1</math> |
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이다. [[체바 정리]]에 의하여, <math>AT_A'</math>, <math>BT_B'</math>, <math>CT_C'</math>는 [[공점선]]이다. |
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== 각주 == |
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== 외부 링크 == |
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[[분류:삼각 기하학]] |
[[분류:삼각 기하학]] |
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[[분류:삼각형의 중심]] |
2020년 6월 2일 (화) 18:58 판
기하학에서, 방접원(傍接圓, 영어: excircle)은 주어진 삼각형의 한 변에 접하고 남은 두 변의 연장선에 접하는 원이다. 방심(傍心, 영어: excenter)은 방접원의 중심을 일컫는다.
정의
삼각형 의 세 변의 직선에 동시에 접하는 원은 정확히 4개 존재한다. 한 원은 세 변의 내부에서 접하며, 이를 삼각형 의 내접원이라고 한다. 남은 3개의 원은 각각 꼭짓점 , , 의 대변의 내부와 남은 두 변의 연장선에서 접하며, 이들을 각각 꼭짓점 , , 와 마주보는 삼각형 의 방접원이라고 한다. 세 방접원의 중심을 방심 , , 라고 한다. 세 방심을 꼭짓점으로 하는 삼각형을 방심 삼각형(傍心三角形, 영어: excenter triangle) 라고 한다. 방심 삼각형의 외접원을 베번 원(Bevan圓, 영어: Bevan circle)이라고 하며, 베번 원의 중심(즉, 방심 삼각형의 외심)을 베번 점(Bevan點, 영어: Bevan point) 라고 한다.
성질
방심과 삼각형의 세 변 사이의 거리는 같다. 이는 이 방심을 중심으로 하는 방접원의 반지름이다. 방심은 두 외각의 이등분선과 남은 한 내각의 이등분선의 교점이다.
포이어바흐 정리에 따르면, 삼각형의 구점원은 이 삼각형의 세 방접원과 외접하고 내접원과 내접한다.
반지름
삼각형 의 꼭짓점 , , 의 대변의 길이를 , , 라고 하고, 반둘레를 라고 하고, 넓이를 라고 하자. 또한 외접원과 내접원의 반지름을 각각 와 라고 하고, 꼭짓점 , , 와 마주보는 방접원의 반지름을 , , 라고 하자. 그렇다면 다음과 같은 항등식들이 성립한다.[1]:13, §1.4, Exercise 5[2]:80, §2F, Theorem 2.34
접점
삼각형 의 꼭짓점 , , 와 마주보는 방접원의 대변과의 접점을 , , 이라고 하자. 그렇다면 직선 , , 은 모두 삼각형 의 둘레를 이등분한다. 즉, 반둘레를 라고 할 때 다음이 성립한다.
방심 삼각형과 베번 점
삼각형의 내심은 방심 삼각형의 수심이다.[3]:28, §3.2 즉, 삼각형의 내심과 세 방심은 수심계를 이룬다. 모든 삼각형의 외심은 내심과 베번 점의 중점이다.[3]:29, §3.2 모든 삼각형의 슈피커 중심은 수심과 베번 점의 중점이다.[3]:27, §3.2 삼각형 의 한 꼭짓점 에서 대변에 내린 수선의 중점 , 그 꼭짓점과 마주보는 방접원의 접점 , 그리고 내심 는 같은 직선 위에 있다.[3]:30, §3.3
방심 삼각형의 수심 삼각형, 또는 수심 삼각형의 방심 삼각형은 원래 삼각형이다. 즉, 수심 삼각형과 방심 삼각형을 취하는 연산은 서로 역연산이다.
삼각형 의 반둘레를 라고 하고, 외접원의 반지름을 라고 하자. 그렇다면 방심 삼각형의 넓이는 다음과 같다.
나겔 점과 외촉 삼각형
삼각형 의 각 꼭짓점 , , 를 마주보는 방접원과 대변의 접점을 각각 , , 라고 하자. 그렇다면 체바 정리에 따라 선분 , , 는 한 점에서 만난다. 이 점을 삼각형 의 나겔 점(영어: Nagel point)) 이라고 한다. 나겔 점에 대한 체바 삼각형(즉, 세 방접원의 접점을 꼭짓점으로 하는 삼각형)을 외촉 삼각형(영어: extouch triangle) 이라고 한다. 나겔 점의 이름은 독일의 수학자 크리스티안 하인리히 폰 나겔(독일어: Christian Heinrich von Nagel)에서 왔다.
각주
- ↑ Coxeter, H. S. M.; Greitzer, S. L. (1967). 《Geometry Revisited》 (영어). Buehler, George H. 삽화. Washington, D.C.: Mathematical Association of America. ISBN 0-88385-619-0.
- ↑ Isaacs, I. Martin (2001). 《Geometry for College Students》. The Brooks/Cole Series in Advanced Mathematics (영어). Brooks/Cole. ISBN 0-534-35179-4.
- ↑ 가 나 다 라 Honsberger, Ross (1995). 《Episodes in Nineteenth and Twentieth Century Euclidean Geometry》. New Mathematical Library (영어) 37. Washington: The Mathematical Association of America. ISBN 0-88385-639-5.
외부 링크
- “Nagel point”. 《Encyclopedia of Mathematics》 (영어). Springer-Verlag. 2001. ISBN 978-1-55608-010-4.
- Weisstein, Eric Wolfgang. “Excircles”. 《Wolfram MathWorld》 (영어). Wolfram Research.
- Weisstein, Eric Wolfgang. “Excenter”. 《Wolfram MathWorld》 (영어). Wolfram Research.
- Weisstein, Eric Wolfgang. “Exradius”. 《Wolfram MathWorld》 (영어). Wolfram Research.
- Weisstein, Eric Wolfgang. “Excentral triangle”. 《Wolfram MathWorld》 (영어). Wolfram Research.
- Weisstein, Eric Wolfgang. “Nagel point”. 《Wolfram MathWorld》 (영어). Wolfram Research.
- Weisstein, Eric Wolfgang. “Extouch triangle”. 《Wolfram MathWorld》 (영어). Wolfram Research.