三角形的费马点(即托里拆利点)


费马问题

托里拆利点

Q:给定三角形 \(\triangle ABC\),用尺规作图作出三角形内一点 \(D\) 使得 \(AD+BD+CD\) 取到最小值。

A:

若三角形三个角均小于 \(120^{\circ}\)

则将 \(\triangle ACD\) 绕点 \(A\) 逆时针旋转 \(60^{\circ}\) 得到 \(\triangle AC'D'\)

再连结 \(DD'\)\(BC'\)

发现 \(AD+BD+CD=DD'+BD+C'D'\geqslant BC'\)(证明留给读者)

所以当 \(B,D,D',C'\) 四点共线时 \(AD+BD+CD\) 取最小值。

显然

\[\begin{cases}\angle ADC=\angle AD'C'=120^{\circ} \\ \angle ADB=120^{\circ} \\ \angle BDC=120^{\circ}\end{cases} \]

尺规作图轻松解决(分别以三边中一边,向三角形外作正三角形,如图相连,交点即为 \(D\))。

若三角形有个角不小于 \(120^{\circ}\)

\(D\) 与那个不小于 \(120^{\circ}\) 的角的顶点重合(证明略)。


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