Дан треугольник ABC и точка P на плоскости; изучите взаимосвязь между площадью педальной треугольника (треугольник оснований перпендикуляров из P на стороны) и исходным треугольником, найдите условия на P, при которых площадь педальной треугольника максимальна/минимальна
Ответ: пусть SSS — площадь треугольника ABCABCABC, SpS_pSp — площадь педальной треугольника для точки PPP, OOO — центр описанной окружности, RRR — её радиус, d=OPd=OPd=OP. Тогда выполняется классическая формула Sp=∣R2−d2∣4R2 S.
S_p=\frac{|R^2-d^2|}{4R^2}\,S. Sp=4R2∣R2−d2∣S.
(Ориентированная версия без абсолютной величины даёт знак в зависимости от расположения точек; формулу можно доказать координатно, векторно или через степень точки относительно описанной окружности.) Следствия и условия экстремума: - Если PPP лежит на описанной окружности (d=Rd=Rd=R), то Sp=0S_p=0Sp=0 (точки оснований перпендикуляров лежат на одной прямой — линия Симсона). - Если PPP внутри окружности (d<Rd<Rd<R), то 0<Sp≤14S,
0< S_p\le\frac{1}{4}S, 0<Sp≤41S,
максимум достигается при P=OP=OP=O и равен S/4S/4S/4 (педальная треугольник тогда — медианный/серединный), минимум — равен 000 на границе d=Rd=Rd=R. - Если PPP вне окружности (d>Rd>Rd>R), то Sp=d2−R24R2SS_p=\dfrac{d^2-R^2}{4R^2}SSp=4R2d2−R2S, и при d→∞d\to\inftyd→∞ площадь растёт неограниченно; значит глобального верхнего предела площади педальной треугольника на всей плоскости нет. - Частный случай: для P=HP=HP=H (ортроцентр при остроугольном треугольнике) педальная треугольник — ортичный, и его площадь выражается через углы: Sp=ScosAcosBcosCS_p=S\cos A\cos B\cos CSp=ScosAcosBcosC. Итого: поведение площади определяется только расстоянием d=OPd=OPd=OP; внутри описанной окружности максимум S/4S/4S/4 в OOO, минимум 000 на окружности; на всей плоскости минимум 000, верхней границы нет.
Sp=∣R2−d2∣4R2 S. S_p=\frac{|R^2-d^2|}{4R^2}\,S.
Sp =4R2∣R2−d2∣ S. (Ориентированная версия без абсолютной величины даёт знак в зависимости от расположения точек; формулу можно доказать координатно, векторно или через степень точки относительно описанной окружности.)
Следствия и условия экстремума:
- Если PPP лежит на описанной окружности (d=Rd=Rd=R), то Sp=0S_p=0Sp =0 (точки оснований перпендикуляров лежат на одной прямой — линия Симсона).
- Если PPP внутри окружности (d<Rd<Rd<R), то
0<Sp≤14S, 0< S_p\le\frac{1}{4}S,
0<Sp ≤41 S, максимум достигается при P=OP=OP=O и равен S/4S/4S/4 (педальная треугольник тогда — медианный/серединный), минимум — равен 000 на границе d=Rd=Rd=R.
- Если PPP вне окружности (d>Rd>Rd>R), то Sp=d2−R24R2SS_p=\dfrac{d^2-R^2}{4R^2}SSp =4R2d2−R2 S, и при d→∞d\to\inftyd→∞ площадь растёт неограниченно; значит глобального верхнего предела площади педальной треугольника на всей плоскости нет.
- Частный случай: для P=HP=HP=H (ортроцентр при остроугольном треугольнике) педальная треугольник — ортичный, и его площадь выражается через углы: Sp=ScosAcosBcosCS_p=S\cos A\cos B\cos CSp =ScosAcosBcosC.
Итого: поведение площади определяется только расстоянием d=OPd=OPd=OP; внутри описанной окружности максимум S/4S/4S/4 в OOO, минимум 000 на окружности; на всей плоскости минимум 000, верхней границы нет.