Barycentriske koordinater

Geometri > Koordinatgeometri >
Geometri > Plangeometri > Trekanter > Egenskaber for trekanter >

Barycentriske koordinater er tripler af tal (t_1,t_2,t_3) svarende til masser placeret på hjørnerne af en referencetrekant DeltaA_1A_2A_3. Disse masser bestemmer derefter et punkt P, som er de tre massers geometriske centroid og identificeres med koordinaterne (t_1,t_2,t_3). Trekantens hjørner er givet ved (1,0,0), (0,1,0), og (0,0,1). Barycentriske koordinater blev opdaget af Möbius i 1827 (Coxeter 1969, s. 217; Fauvel et al. 1993).

Barycentric

For at finde de barycentriske koordinater for et vilkårligt punkt P skal man finde t_2 og t_3 fra punktet Q i skæringspunktet mellem linjen A_1P og siden A_2A_3, og bestem derefter t_1 som den masse i A_1, der vil balancere en masse t_2+t_3 i Q, således at P er centrum (venstre figur). Endvidere er arealerne af trekanterne DeltaA_1A_1A_2P, DeltaA_1A_3P og DeltaA_2A_3P proportionale med de barycentriske koordinater t_3, t_2 og t_1 af P (højre figur; Coxeter 1969, p. 217).

Barycentriske koordinater er homogene, så

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

for mu!=0.

Barycentriske koordinater normaliseret således at de bliver de faktiske arealer af undertrekanterne kaldes homogene barycentriske koordinater. Barycentriske koordinater normaliseret således, at

 t_1+t_2+t_3=1,
(2)

så at koordinaterne giver arealerne af undertrekanterne normaliseret med arealet af den oprindelige trekant kaldes areal-koordinater (Coxeter 1969, s. 218). Barycentriske og areal-koordinater kan give særligt elegante beviser for geometriske sætninger som Rouths sætning, Cevas sætning og Menelaos’ sætning (Coxeter 1969, s. 219-221).

(Ikke nødvendigvis homogene) barycentriske koordinater for en række almindelige centre er opsummeret i følgende tabel. I tabellen er a, b og c sidelængderne i trekanten, og s er dens semiperimeter.

trekantens centrum barycentriske koordinater
omkredscentrum 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))
excenter J_A (-a,b,c)
excenter J_B (a,-b,c)
excenter J_C (a,b,-c)
Gergonne punkt Ge ((s-b)(s-c), (s-c)(s-a), (s-a)(s-b))
incenter I (a,b,c)
Nagelpunkt Na (s-a,s-b,s-c)
orthocenter 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))
symmedianpunkt K (a^2,b^2,c^2)
trekantcentrum G (1,1,1)

I barycentriske koordinater har en linje en lineær homogen ligning. Især har linjen, der forbinder punkterne (r_1,r_2,r_3) og (s_1,s_2,s_3), ligning

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

(Loney 1962, pp. 39 og 57; Coxeter 1969, s. 219; Bottema 1982). Hvis toppene P_i i en trekant DeltaP_1P_2P_3 har barycentriske koordinater (x_i,y_i,z_i), så er trekantens areal

 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).

Skriv en kommentar