内心

内心の性質について見ていきます。

 

・内心
三角形の3つの内角の二等分線は1点で交わり、この交点を内心とよびます。

内心1

(証明)

内心2

\(\angle B\) と \(\angle C\) の内角の二等分線の交点を\(I\)とする。
\(I\)から各辺に垂線を下ろすと直角三角形の合同(\(\angle B,\angle C\)の箇所)より
\(IR=IP\)、\(IP=IQ\)
よって
\(IR=IQ\)
が成り立つので、\(△ARI≡△AQI\) となり\(AI\)も角の二等分線。
したがって3つの内角の二等分線は一点\(I\)で交わる

(角の二等分線が、角をつくる2辺から等距離にある点の集合であることを利用してもよい。ただしこれも三角形の合同から分かることなので実質的に同じ。)

また
\(IP=IQ=IR \ (=r)\)
とこれら3つの線分は辺の1つと垂直であることから、\(I\)を中心とする半径\(r\)の円は\(P,Q,R\)で辺と接する円になります。この円を内接円とよびます。

内心3

なお一般的には、角の二等分線上には内接円の接点は無いことに注意してください。例えば\(AI\)は二等辺三角形のような特殊な事情が無い限り\(P\)を通りません。

 

 

・内心の性質
内心のよく利用する性質をまとめておきます。

①面積と内接円の半径\(r\)の関係

内心4

\(△ABC\)の面積を\(S\)とすれば、高さ\(r\)の3つの三角形の和を考えて
\(S=\displaystyle\frac{1}{2}r(a+b+c)\)
3辺の長さ\(a,b,c\)が分かっていれば「余弦定理→正弦へ変換」or「ヘロンの公式」で面積が求まるので内接円の半径\(r\)が求まる算段です。

②内心が作る角

内心5

\(\angle A+\angle B+\angle C=180°\) より
\(\displaystyle\frac{1}{2}\angle A+\displaystyle\frac{1}{2}\angle B+\displaystyle\frac{1}{2}\angle C=90°\)

よって\(△IBC\)に着目すると
\(\angle BIC=180°-(\displaystyle\frac{1}{2}\angle B+\displaystyle\frac{1}{2}\angle C)\)
\(=180°-(90°-\displaystyle\frac{1}{2}\angle A)\)
\(=90°+\displaystyle\frac{1}{2}\angle A\)

同様に
\(\angle CIA=90°+\displaystyle\frac{1}{2}\angle B\)
\(\angle AIB=90°+\displaystyle\frac{1}{2}\angle C\)

 

③内心と外接円
例題参照

他にも内接円の接線が辺になっていることから、接線の長さに関する性質もありますがこれは円の所で扱うことにします。

 

(例題)
\(△ABC\)の内心を\(I\)とし、\(AI\)の延長が外接円と交わる点を\(D\)とすると
\(DB=DC=DI\)
であることを示せ。

 

円周角の定理や、三角形の2内角の和=残りの外角 を利用します。

(解答)

内心6

\(AI\)は内角の二等分線で、円周角の定理を用いると図の\(α\)は全て同じ角。
よって\(△DBC\)は二等辺三角形だから
\(DB=DC\)・・・①

また\(BI\)も内角の二等分線だから図の\(β\)は等しい角。よって2内角の和は残りの角の外角になるから図より
\(\angle DBI=\angle DIB=α+β\)
ゆえに\(△DBI\)も二等辺三角形で
\(DB=DI\)・・・②

したがって①②より
\(DB=DC=DI\)

 

 

以上になります。お疲れさまでした。
ここまで見て頂きありがとうございました。
next→傍心 back→垂心

タイトルとURLをコピーしました