(1)△ABC费马点如图所示:
(2)连接AP,BP,CP并延长交AB于Q点.
∵P是△ABC费马点,
∴∠APC=∠BPC=120°.
∵四边形CDPE是正方形,
∴∠PCD=∠PCE=45°.
∵CP=CP,
∴△ACP≌△BCP.
∴AP=BP.
∴CQ⊥AB.
∵∠APC=120°,
∴∠APQ=60°.
∴PQ=
1、当max(A,B,C)>=120时 max(A,B,C)即为费马点
2、三角形内一点p与各顶点连线之间的夹角都是120,则这个点是费马点
以上是费马点的定义,不知道是不是问这个
作图方法,以ΔABC的任意一边(以BC为例)为边做正三角形ΔDBC及其外接圆,然后连接AD交外界圆于P则P为所求的费马点
怎么证明费马点到三角形顶点距离最短2006年4月9日 (一) 以数学方法证明费马点的存在及其特性:
Ⅰ其实在之前就有一些有名的数学家提出相关的作 法及证明,我把文献上找到的一一列於附件说明,另外我也试著做做看是否有其他的方式可以求出费马点:
1费马点之求法
(1) 做一三内角均小於120°之△ABC
(2) 以 ,为一边,分别向外侧做正三角形△ABD与△ACE
(3) 连接 ,交於P点,则P点即为所求
2费马点的性质:L= + + 为最小值
首先证明由上述作法做的费马点存在-----
ㄅ旋转△BPC,
使 与 重合( = ),
P点落在H处
则∠BPC=∠BHG=120°
ㄆ又∠BHP=60°(证明在ㄇ)
∴∠BHG+∠BHP=180°
故A,P,H,G三点共线
ㄇ∵△BHG △BPC
得 = ,=
∵∠2+∠3=60°且∠1=∠3
∴∠1+∠2=60°=∠PBH
因此△BPH为正△,得 =
知存在一点P使得 + + = + + =
再来证明所求出的点至三顶点距离最小
ㄅ在ABC内另取一点Q异於P,
连接 、 、
ㄆ参考步骤(1)之证法同理可证得 + + = + +
ㄇ
故P点使 + + 为最小值
Ⅱ一般费马点的探讨仅限於三角皆小於120°三角形内部,那麼如果讨论任一角大於或等於120°之三角形,是否能找到一点至三顶点距离和最短
(1) △ABC的∠A>120°,P为△ABC内部任一点
延长 至B',使 =
做∠B'AP'=∠BAP,取 =
故△B'AP' △BAP,得 =
於是 + + = + + ,
(2) 但因∠A>120°,故∠B'AB<60°,
亦得∠PAP'<60°;从而等腰三角形P'AP
中∠AP'P>60°,故 >
则 + + > + + > + ,即 + + > +
亦即:如果有一点P与A重合,则P点即是到A、B、C三点距离之和最小的点
(3) 证得:若已知三角形有一内角大於或等於120°,则费马点即为该内角的顶点
Ⅲ三内角皆小於120°的三角形才存在费马点,但在日常生活中不止三角形需要找到一点到各顶点距离和最小ㄚ!也就是如果改变形状后是否能找到一点P点,使得P点至顶点距离和最小,我们以下就最简单的四边形先做讨论
(1) 已知:四边形ABCD
求作:ABCD内的P点
做法:在四边形ABCD中
∵对角线为直线
∴对角线 为A、C之间的最小距离
同理对角线 为B、D之间的最小距离
发现:、 之交点P为四边形ABCD内之一点使得 + + + 为最小值
即P点至四边形四个顶点距离和最小
(2) 证明
在四边形ABCD内另取一点P'异於P
连接 、 、 、
△P'BD、△AP'C中
+ > 且 + > (任两边和大於第三边)
∴ + + + > + = + + +
故P点使 + + + 为最小值
(二) 运用物理学方法探讨费马点之相关理论———常听人说『数学是科学之
母』,那是否能运用科学方法验证费马点的存在性或一些费马点的性质ㄋ参考老师的意见并思考后做了一系列有关力学的实验:
1实验一:从三力平衡证明费马点的性质- 、 、 所夹的三个角必为120°
(1) 以木条为边组装正三角形,三顶点各装置一滑轮,取三条等长棉线一端各悬挂一等重黏土块W,分别由三滑轮垂下,另一端连在一起代表P点
(2) 让重物自然垂下到达静止状态,量测∠APB、∠APC、∠BPC之角度(数据说明在表一)
(3) 因为三重物重量相等,三条线的张力亦相同,即F1=F2=F3=W在平衡时所构成的力图(参考图A)形成的「封闭三角形(参考图B)」为正三角形,亦即该力图之三力所夹的三个角
皆为120°
(4) 将步骤(2)之实验装置垂直置於一座标平面之上方,纪录P点座标,再和(三)求出之P点一次函数,以电脑程式计算(详细程式参考附件二)是否符合
(5) 重复以上步骤5次,并改变三角形的形状重复操作
2实验二:从实验发现费马点具有最低的位能的特性
(1) 以木条为边组装正三角形ABC置於水平面上,三顶点各装置一滑轮,取三条等长棉线一端各悬挂一等重黏土块W,分别由三滑轮垂下,由实验一已知P点为费马点
(2) 於P点(费马点)悬挂一黏土块W,让重物自然垂直向下移动到达静止状态(装置参考图C),量测此时P点与水平面之垂直距离,分别作三次后取平均值,高度为hP
(3) 将P点任意移
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