Punkt Fermata

punkt o minimalnej sumie odległości od wierzchołków trójkąta

Punkt Fermata (punkt Torricellego) – punkt w trójkącie, którego suma odległości od wierzchołków trójkąta jest najmniejsza z możliwych. Pierwszy raz problem konstrukcji takiego punktu został rozwiązany przez Fermata w prywatnym liście.

Konstrukcja punktu Fermata

Konstrukcja

edytuj

W przypadku, gdy wszystkie kąty trójkąta mają miary mniejsze niż   punkt Fermata jest punktem przecięcia odcinków łączących wierzchołki trójkąta z tymi wierzchołkami trójkątów równobocznych zbudowanych na przeciwległych bokach, które nie są wierzchołkami wyjściowego trójkąta.

Gdy jeden z kątów ma miarę co najmniej   łatwo zauważyć (z nierówności trójkąta), że wierzchołek przy kącie rozwartym ma mniejszą sumę odległości od wierzchołków, niż punkt otrzymany w powyższej konstrukcji. Wierzchołek ten ma wtedy najmniejszą możliwą z takich sum.

Dowód

edytuj
 

Dla dowolnego punktu   wewnątrz   gdy obrócimy   wokół punktu   zgodnie z ruchem wskazówek zegara o kąt   to otrzymamy   (według oznaczeń na rysunku obok), gdzie   jest punktem wewnątrz   spełniającym

    oraz  

więc   jest równoboczny, czyli  

Stąd   Zatem wartość sumy   najmniejsza, gdy punkty         są współliniowe.

Prowadząc analogiczne rozumowanie, obracając   i   wokół odpowiednich punktów, otrzymujemy, że punkt   o minimalnej wartości sumy   leży na pozostałych dwóch odcinkach łączących wierzchołki trójkąta wyjściowego z odpowiednimi wierzchołkami trójkątów równobocznych. Jest to jednocześnie dowód na współpękowość tych trzech odcinków.

Właściwości

edytuj
 
  • Punkt Fermata jest jednocześnie punktem przecięcia okręgów opisanych na trójkątach równobocznych zbudowanych na bokach danego trójkąta.
  • Z punktu Fermata każdy bok widać pod tym samym kątem  
  • Odcinki zaznaczone na górnym rysunku na czerwono mają równe długości.

Dowód

edytuj

Oznaczenia jak na najniższym rysunku. Gdy obrócimy   wokół punktu   zgodnie z ruchem wskazówek zegara o kąt   to otrzymamy   Stąd   Analogicznie  

Z przystawania tych trójkątów wynika też, że   oraz   Stąd

 

Podobnie  

Zatem   czyli sumy przeciwległych kątów w tych czworokątach wynoszą   Stąd na czworokątach   oraz   można opisać okręgi. Podobnie pokazujemy, że przez punkt Fermata przechodzi okrąg opisany na  

Zobacz też

edytuj

Linki zewnętrzne

edytuj