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三角形重心

三角形的中线连接一个顶点与对边中点;三条中线交于一点 G,称为重心。它位于每条中线上,且从顶点到重心的距离是整条中线的 2/3。这里的“重心”可理解为均匀薄三角板的平衡点,但几何结论不需要实际称重才能证明。

用坐标证明三线共点

把顶点的位置向量记为 𝐚,𝐛,𝐜。边 BC 的中点为 𝐦=(𝐛+𝐜)/2。从 A 沿中线走全程的 2/3,到达 𝐚+23(𝐦−𝐚)=𝐚+𝐛+𝐜3. 表达式对三个顶点对称,所以从 B 或 C 的中线也得到同一点。三线共点及 2:1 分点比都从计算中出现,而不是另作一个假设。

例如 A=(0,0),B=(6,0),C=(0,3),重心为 G=((0+6+0)/3,(0+0+3)/3)=(2,1)。边 BC 的中点为 (3,1.5);从 A 到该中点走 2/3,恰得 (2,1)。

图中三条中线均经过 G;金色 AM 单独突出 AG:GM=2:1。其余两条虚线分别从 B、C 连向 AC、AB 的中点;每条中线都必须连向对边中点,这一点由上面的向量计算保证。

三角形ABC的三条中线交于G,A到BC中点M的金色中线被G按顶点侧二份、中点侧一份分开
三条中线交于同一点,AG与GM之比为二比一。

重心到顶点通常不等距,到边也通常不等距,因此不要与外心或内心混用。若三角板密度不均匀,物理质心也可能偏离几何重心;均匀这一模型假设不可省。

参考资料