混線内接円

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混線内接円[1](こんせんないせつえん、: mixtilinear incircle)とは、ある三角形の二辺に接し、かつその外接円に内接する円のことである。三角形の頂点 を含む二辺に接する混線内接円は 混線内接円と呼ぶ。すべての三角形は、各頂点に一意に対応する三つの混線内接円を持つ。

三角形 混線内接円

三角形 傍接円は一意に存在する。 を中心とし を半径とする反転と、角 の二等分線に関する鏡映合成することで定義される変換 とする。反転と鏡映は全単射であり接点が不変に保たれるので、 も同様である。このとき、 による 傍接円のは、辺 と辺 に内接し、かつ三角形 の外接円に接するので、すなわち 混線内接円である。したがって、 混線内接円は一意に存在し、同様の議論により に対しても同じことが示される[2]

作図

六角形 とその三組の対辺の交点

混線内接円は次の手順を踏むことにより作図できる[3]

  1. 角の二等分線を交わらせることで内心 を描く。
  2. を通り直線 に垂直な直線を描き、直線 との交点をそれぞれ点 とする。これらは混線内接円が接する点になる。
  3. からそれぞれ の垂線を描き、その交点を とする。 を中心とし を半径とする円が混線内接円である。

この作図は次の事実により保証されている。

補題(ニクソンの定理)

この内心は、混線内接円が二辺と接する点の中点である[4][5]

証明

を三角形 の外接円とし、 混線内接円 の接点とする。 と異なる点 を、それぞれ の、 の交点とする。 を中心として のあいだに相似変換を施すことにより、 がそれぞれ の弧 の中点であることがわかる。円周角の定理により、 がそれぞれ共線な点の三つ組であることがわかる。パスカルの定理 に接する六角形 に適用することにより、 が共線であることがわかる。角 が等しいことから、 が線分 の中点であることが従う[2]

他の性質

半径

次の公式は内接円の半径 と三角形 混線内接円の半径 を結びつける[6]

このことから即座に次の式が従う:

ただし 半周長であり、またこの式は点 と円 に対してケイシーの定理を適用することにより得ることもできる[7]

外接円の点との関係

  • を含む弧 の中点は直線 上にある[8][9]
  • 四角形 は調和四角形である。すなわち、 は三角形 類似中線である[2]

外接円との接点に関連する円

  • 共円四辺形である[8]

螺旋相似

  • をそれぞれ に写す螺旋相似英語版の中心である[2]

三つの混線内接円のあいだに成り立つ関係

頂点と接点を結ぶ直線

各頂点と、それに対応する混線内接円が外接円と接する点を結ぶ三直線は、内接円と外接円の外相似点で交わる。Encyclopedia of Triangle CentersではX56として紹介されている[10]三線座標では であり、重心座標では である。

この点は、三角形の垂心とフォイエルバッハ点、ジェルゴンヌ点シフラー点を通る直線上にある。また、ナーゲル点等角共役である。混線内接円が外接円と接する点の成す三角形は第三混線三角形(3rd mixtilinear triangle)と呼ばれる[11]

根心

三つの混線内接円の根心 は、に内分する。ここで は内心、 は内半径、 は外心、 は外半径である[9]

ミッテンプンクト等角共役X57と内心の中点である。また、重心ジョンソン中点オランダ語版共線である。Encyclopedia of Triangle CentersではX999に該当し三線座標は以下の式で与えられる[12]

混線傍接円

関連

参考文献

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