Дан треугольник ABC и точка P внутри него такая, что площади треугольников PBC, PAC и PAB известны — как по этим площадям восстановить относительные расстояния от P до вершин и какие дополнительные данные нужны для уникальности решения
Обозначим площади малых треугольников SA=[PBC]S_A=[PBC]SA=[PBC], SB=[PCA]S_B=[PCA]SB=[PCA], SC=[PAB]S_C=[PAB]SC=[PAB] и полную площадь треугольника S=SA+SB+SCS=S_A+S_B+S_CS=SA+SB+SC. 1) Положение P в барицентрических координатах: λA=SAS,λB=SBS,λC=SCS.\displaystyle \lambda_A=\frac{S_A}{S},\quad \lambda_B=\frac{S_B}{S},\quad \lambda_C=\frac{S_C}{S}.λA=SSA,λB=SSB,λC=SSC.
Если заданы координаты вершин A⃗,B⃗,C⃗\vec A,\vec B,\vec CA,B,C, то P⃗=λAA⃗+λBB⃗+λCC⃗,\displaystyle \vec P=\lambda_A\vec A+\lambda_B\vec B+\lambda_C\vec C,P=λAA+λBB+λCC,
откуда PA=∥P⃗−A⃗∥, PB=∥P⃗−B⃗∥, PC=∥P⃗−C⃗∥.\displaystyle PA=\|\vec P-\vec A\|,\; PB=\|\vec P-\vec B\|,\; PC=\|\vec P-\vec C\|.PA=∥P−A∥,PB=∥P−B∥,PC=∥P−C∥. 2) Расстояния до сторон (не до вершин) восстанавливаются частично: если известна длина стороны BCBCBC, то расстояние от PPP до BCBCBCha=2SA∣BC∣\displaystyle h_a=\frac{2S_A}{|BC|}ha=∣BC∣2SA (аналогично для других сторон). 3) Необходимые дополнительные данные для уникальности: - чтобы однозначно восстановить метрические расстояния PA,PB,PCPA,PB,PCPA,PB,PC, нужно знать метрическую структуру треугольника ABC — например координаты вершин A⃗,B⃗,C⃗\vec A,\vec B,\vec CA,B,C или хотя бы длины сторон (треугольник по сторонам однозначно задаётся с точностью до движения). - если известна только сумма площадей (т. е. сама площадь ABC) без информации о форме (сторонах/углах), то три заданные площади определяют только барицентрические координаты P внутри некоторого треугольника заданной площади, но не однозначные расстояния до вершин — решений бесконечно много. Кратко: площади дают барицентрики λA:λB:λC=SA:SB:SC\lambda_A:\lambda_B:\lambda_C=S_A:S_B:S_CλA:λB:λC=SA:SB:SC. Для перехода от барицентрик к реальным расстояниям до вершин необходимы дополнительные метрические данные о треугольнике ABC (координаты или длины сторон).
SA=[PBC]S_A=[PBC]SA =[PBC], SB=[PCA]S_B=[PCA]SB =[PCA], SC=[PAB]S_C=[PAB]SC =[PAB] и полную площадь треугольника
S=SA+SB+SCS=S_A+S_B+S_CS=SA +SB +SC .
1) Положение P в барицентрических координатах:
λA=SAS,λB=SBS,λC=SCS.\displaystyle \lambda_A=\frac{S_A}{S},\quad \lambda_B=\frac{S_B}{S},\quad \lambda_C=\frac{S_C}{S}.λA =SSA ,λB =SSB ,λC =SSC . Если заданы координаты вершин A⃗,B⃗,C⃗\vec A,\vec B,\vec CA,B,C, то
P⃗=λAA⃗+λBB⃗+λCC⃗,\displaystyle \vec P=\lambda_A\vec A+\lambda_B\vec B+\lambda_C\vec C,P=λA A+λB B+λC C, откуда
PA=∥P⃗−A⃗∥, PB=∥P⃗−B⃗∥, PC=∥P⃗−C⃗∥.\displaystyle PA=\|\vec P-\vec A\|,\; PB=\|\vec P-\vec B\|,\; PC=\|\vec P-\vec C\|.PA=∥P−A∥,PB=∥P−B∥,PC=∥P−C∥.
2) Расстояния до сторон (не до вершин) восстанавливаются частично:
если известна длина стороны BCBCBC, то расстояние от PPP до BCBCBC ha=2SA∣BC∣\displaystyle h_a=\frac{2S_A}{|BC|}ha =∣BC∣2SA (аналогично для других сторон).
3) Необходимые дополнительные данные для уникальности:
- чтобы однозначно восстановить метрические расстояния PA,PB,PCPA,PB,PCPA,PB,PC, нужно знать метрическую структуру треугольника ABC — например координаты вершин A⃗,B⃗,C⃗\vec A,\vec B,\vec CA,B,C или хотя бы длины сторон (треугольник по сторонам однозначно задаётся с точностью до движения).
- если известна только сумма площадей (т. е. сама площадь ABC) без информации о форме (сторонах/углах), то три заданные площади определяют только барицентрические координаты P внутри некоторого треугольника заданной площади, но не однозначные расстояния до вершин — решений бесконечно много.
Кратко: площади дают барицентрики λA:λB:λC=SA:SB:SC\lambda_A:\lambda_B:\lambda_C=S_A:S_B:S_CλA :λB :λC =SA :SB :SC . Для перехода от барицентрик к реальным расстояниям до вершин необходимы дополнительные метрические данные о треугольнике ABC (координаты или длины сторон).