1. 如何找费马点
若有一个内角大于等于120度,就是这个顶点。
若没有的话,就是到三边张角均为120度的角。
你可以用尺规在一个边AB外做一个正三角形。找出它的重心(AB边中线距顶点2/3处)。以这点为圆心,过A,B两点做圆,同理作BC,CA边的圆,交点即为费马点。
2. 怎样做出费马点
费马问题)在三角形ABC内找一点P,使其到三个顶点的距离和是最小。(P称为费马点)
这是费马给伽利略的学生和助手托里析利(E. TOrricelli 1608~1647)考虑的一个几何难题。
托里析里在对物体运动,流体力学及大气压力有研究,他发明水银柱气压计,由此证明大气是有压力。他对费马的这个问题给出了几何解决方法,先来介绍五十多年前一位英国人霍夫曼(J.E. Hofmann)以及匈牙利数学家笛波·伽累依(Tibor Gallai)先后想出同样的一个解决方法。霍夫曼及伽累依是怎样考虑费马的问题呢?
先假设△ABC没有一个角大于120°。在△ABC内任取一点P,如图,向外作一正△PBP' 与C隔于BP,作正△ABC′ 与C隔于AB,容易看出,∠1=∠2,A'B=AB,P'B=PB,则△APB≌△A'BP',进而PA=P'A'。即PA+PB+PC=P'A'+P'P+PC。A'和C是定点,若要使距离和最小,则需要P'P在A'C上。此时,∠3=180-60=120,则∠4=∠3=120。同理可证其余各角都是120。
这就导出一则画法:向△ABC外作正△ABA',作其外接圆交A'C于P,P就是费马点。
又或者向△ABC外任作两正△,把它的顶点连接相对的三角形顶点,产生的2条连线交点为费马点.
以下是托里析利的方法:以AB,AC为边向外作两个正三角形其外接圆交于A和P。过A的PA的垂线、过B的PB的垂线、过C的PC的垂线交成△XYZ,如图。按作图方法知道∠APB=120,但∠PBX=∠PAX=90,于是∠X=60,同理∠Y=∠Z=60,则△XYZ是等边三角形。假定有一个不与P重合的点P',过P'向这个等边三角形引垂线P'A'、P'B'、P'C',注意到直角三角形斜边大于直角边,又考虑一下维维亚尼定理(正三角内的点到三边距离之和为定值),于是
P'A +P'B +P'C
>P'A'+P'B'+P'C'
=PA +PB +PC
其最小性得证。于是也导出一种画法:以AB、BC为边向外作一个正三角形,再作其外接圆,两个圆就交于费马点。很巧在托里析利 300 年后的匈牙利着名数学家李兹( Frederick Riesz )也给出同样的方法
3. 费马点的尺规作图法
(1)根据定义,首先判断给定三角形的三个内角是否均小于120°.
1.以任意半径画圆0,并作出圆的一条直径AB。
2.以点A(或点B)为圆心,OA(或OB)为半径画出圆A(或圆B)
3.两圆相交于C点,连接AC,BC
4.则∠CBA或∠CAB为30°,∠C为90°,两角相加即为120°
(2)若大于等于120°,则该钝角顶点即为该三角形的费马点
(3)若三角形的三个角均小于120°,则继续做以下步骤
1.以三角形任意一边a向外做等边三角形
2.找出该等边三角形的外心,并作出外接圆
3.连接a边所对的两个顶点(连接AD)
4.该连线与外接圆交点即为该三角形的费马点
【步骤3证明】 如图,E,B,D,C 四点共圆,∠D=60°,所以∠BEC=180°-∠D=120° 弧BD所对的圆周角∠BED=∠BCD=60°,所以∠AEB=120°
4. 费马点的证明过程 要详细
1.费马点一定不在三角形外(证明略)
2.当有一个内角大于或等于120°时
对三角形内任一点P延长BA至C'使得AC=AC',做∠C'AP'=∠CAP,并且使得AP'=AP,
PC'=PC,(说了这么多,其实就是把三角形APC以A为中心做了个旋转)则△APC
≌
△AP'C'∵∠BAC
≥
120°∴∠PAP'
=
180°-∠BAP-∠C'AP'
=
180°-∠BAP-∠CAP
=
180°-∠BAC
≤
60°∴等腰三角形PAP'中,AP
≥
PP'∴PA
+
PB
+
PC
≥
PP'
+PB
+
PC'
>
BC'
=
AB
+
AC∴点A即费马点
当三个内角都小于120°时
在△ABC内做一点P,使得∠APC
=∠BPC
=∠CPA
=
120°,过A、B、C分别作PA、PB、PC的垂线,交于D、E、F三点,如图,再作任一异于P的点P',连结P'A、P'B、P'C,过P'作P'H
⊥
EF于H易证明∠D
=∠E
=∠F
=
60°,即△DEF为正三角形,设边长为d,面积为S则有2S
=
d(PA
+
PB
+
PC)∵P'H
≤
P'A所以2S△EP'F
≤
P'A
·d
①同理有2S△DP'F
≤
P'B·d
②2S△EP'D
≤
P'C·d
③①
+
②
+
③,得
2(S△EP'F
+
S△DP'F
+
S△EP'D)
≤
P'A·d
+
P'B·d
+
P'C·d
∴2S
≤
d(P'A
+
P'B
+
P'C)
又∵2S
=
d(PA
+
PB
+
PC)
∴d(PA
+
PB
+
PC)
≤
d(P'A
+
P'B
+
P'C)即PA
+
PB
+
PC
≤
P'A
+
P'B
+
P'C
当且仅当P与P'重合时,等号成立∴点P即费马点
5. 怎样做出三角形的“费马点”
费马点是指在三角形所在的平面内,到三角形三个顶点的距离的和最小的点.
(1).三内角皆小于120°的三角形ABC的费马点,分别以
AB,BC,CA,为边,向三角形外侧做正三角形ABC1,ACB1,BCA1,然后连接AA1,BB1,CC1,则三线交于一点P,则点P就是所求的费马点.
(2).若三角形有一内角大于或等于120度,则此角的顶点就是所求.
对于任意三角形△ABC,若三角形内某一点P令PA
+
PB
+
PC三线段有最小值的一点,P为费马点。
作法
*
当三角形的内角都小于120度时
o
向外做三个正三角形△ABC',△BCA',△CAB'
o
连接CC'、BB'、AA'
*
当有一个内角不小于120度时,费马点为此角对应顶点。
费马点的另外一种解法
:
在一块理想的(水平光滑)木板上画上要研究的
符合条件的三角形(任意顶角小于120度)
在三个顶点和费马点处打洞(无限小,壁光滑)
用三根绳子分别系上三个同样质量的物体,穿过
三个顶点的洞再打个结系在一起。(结当然也是理想的啦,无限小)
松手让整个系统自由运动。那么,绳结一定会落在
费马点(能量最低原则保证在桌面上的绳子总长度最短)
然后,由于是三个大小相同的矢量在平面上平衡,(三个物体质量一样)
所以三根绳子之间的夹角均为120度。
若P是三角形ABC内的一点,那么就分别过A点,B点,C点作PA,PB,PC的垂线,使之构成新的三角形,然后你就可以证明只有当PA,PB,PC每两条直线所成角为120度时,PA+PB+PC的和最小
6. 如何作费尔马点
若三角形最大角大于等于120°,则最大角顶点就是费马点;若最大角小于120°,以每边向外作等边三角形,分别作三角形的外接圆,三个圆交于一点,这点就是费马点
7. 费马点等边三角形作法
(1)△ABC费马点如图所示:
8. 如何作费尔马点急啊~~~~~~~
对于三角形ABC,只要其中最大角不超过120度,则费马点在三角形内部.
分别以三边为边长,向外作三个正三角形.
这三个正三角形的外接圆交于一公共点,该点即为费马点.
9. 怎么找费马点
若有一个内角大于等于120度,就是这个顶点。
若没有的话,就是到三边张角均为120度的角。
你可以用尺规在一个边ab外做一个正三角形。找出它的重心(ab边中线距顶点2/3处)。以这点为圆心,过a,b两点做圆,同理作bc,ca边的圆,交点即为费马点。
10. 费马点的解法与证明
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于附件说明,另外我也试着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) 做一三内角均小于120°之△ABC。
(2) 以 , 为一边,分别向外侧做正三角形△ABD与△ACE。
(3) 连接 , 交于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异于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于三角皆小于120°三角形内部,那么如果讨论任一角大于或等于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 = 。
于是 + + = + + ,
(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于或等于120°,则费马点即为该内角的顶点。
Ⅲ.三内角皆小于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'异于P
连接 、 、 、
△P'BD、△AP'C中
+ > 且 + > (任两边和大于第三边)
∴ + + + > + = + + +
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)之实验装置垂直置于一座标平面之上方,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置于水平面上,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) 于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