Как найти центроид четырехугольника

Центр тяжести четырехугольника. Выпуклого

Недавно внук,- он в восьмом классе,- выполнял задание по приблизительному определению центра тяжести четырехугольника, вырезанного из картона. Делать это очень просто: снизу картонки водится гвоздь и когда достигается равновесие (на острие гвоздя), то это и будет нужная точка.

Все это верно, конечно, но мне захотелось вместе с Андрюшей математически точно определить данный центр. И сопоставить с физическим опытом.

Вообще-то задача эта хорошо известна. Нужно начертить два диаметра фигуры, найти для четырех треугольников точки пересечения медиан и пары этих точек соединить. Точка пересечения двух прямых будет центром тяжести.

Но геометрическое решение тут довольно громоздкое. Придется столько дуг окружностей чертить, столько линий, что в результате будем иметь рыболовную сетку. Хотелось бы найти самое простое построение. И аналитику, конечно. Чтобы на компе быстро вычислять центр для самых разных вариантов выпуклых четырехугольников.

Эту математическую задачу мы запустили на лучшем форуме для студентов и школьников. Ответы были самые неожиданные. Одно решение предлагалось даже векторное! Между прочим, очень уж красивое. Может, когда-нибудь им и займемся, но в данный момент цель наша была — найти чисто школьный вариант. То есть цепочку формул, дающую в конце координаты центра.

Да, забыл сказать, что решили математическую модель строить через координаты вершин фигуры. Например, такие:

На форуме очень нам помог лучший в области геометрии специалист с ником Li6-D. Мы с Андрюшей чуточку его решение изменили и получили такую простоту, что сами удивились!
Глядим на рисунок. Имеем четырехугольник ABCD. Чертим две диагонали AC и BD. Точки K и P (с чертой наверху) — это середины диагоналей. Циркулем отмеряем отрезок BM и откладываем его на другом конце той же диагонали (отрезок DL). Точно так же отрезок AM дает на другом конце CT. Определенным образом соединяем пары точек TK и PL, как показано на рисунке и находим пересечением прямых точку S. Она и есть центр тяжести данного четырехугольника! Строить такое циркулем и линейкой — сплошное удовольствие!

Мы сопоставили аналитику с физикой и расхождение оказалось четыре миллиметра. Причина ясна: абсолютно ровно картон не разрезать. Особенно школьнику. Да и нужно понимать, что любая картонка не идеальна по толщине и плотности. Так что верить нужно формулам, а не гвоздику.

На скорую руку мы составили программу расчета на Yabasic. Двумя методами воспользовались. Первый нашли в инете — он самый легкий в плане аналитики. Второй — как раз о котором мы рассказ ведем. Вот текст:

xA=0:yA=0
xB=4:yB=5
xC=7:yC=7
xD=8:yD=0
S1=1/2*abs((xB-xA)*(yC-yA)-(xC-yA)*(yB-yA))
S2=1/2*abs((xC-xA)*(yD-yA)-(xD-yA)*(yC-yA))
xm1=(xA+xB+xC)/3:ym1=(yA+yB+yC)/3
xm2=(xA+xC+xD)/3:ym2=(yA+yC+yD)/3
x1=(S1*xm1+S2*xm2)/(S1+S2):y1=(S1*ym1+S2*ym2)/(S1+S2)
print «1) «;
print x1,y1
y0=(yA-yC)/(xA-xC)*(x0-xA)+yA
A0=sqrt((xA-x0)^2+(yA-y0)^2)
B0=sqrt((xB-x0)^2+(yB-y0)^2)
xL=xD-(x0-xB):yL=yD-(y0-yB)
xT=xC-(x0-xA):yT=yC-(y0-yA)
xK=(xB+xD)/2:yK=(yB+yD)/2
xP=(xA+xC)/2:yP=(yA+yC)/2
y2=(yK-yT)/(xK-xT)*(x1-xK)+yK
print «2) «;
print x2,y2

Оба метода дали точку (4.85185, 2.51852).

24 ноября 2020 г.

PS. Вчера исполнилось три года со дня рождения двух моих маленьких внучат: Никите и Илье.

Love Soft

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Боковая панель

Навигация

Загрузки всякие

Связь

Содержание

Четырехугольник

Мнемоника

для запоминания условий, для того чтобы можно было вписать или описать окружность в четырехугольнике, у меня в опорном конспекте (и отложилось, фактически само по себе, в голове): две картинки: дорожный знак «кирпич», на котором написано 180. И вторая картинка, это инопланетянин в квадратном шлеме с плюсами вместо ушей. Ну и чем более абсурдный образ, тем лучше. Я никогда не перепутаю эти условия потому что, например, знак «кирпич» — окружность снаружи, а надпись 180 – означает суму противоположных углов.

Окружность вписанная в четырехугольник

Если в четырехугольник можно вписать окружность, то суммы его противоположных сторон равны.

Наоборот: если суммы противоположных сторон четырехугольника равны, то в него можно вписать окружность.

Центр вписанной окружности лежит на пересечении биссектрис углов четырехугольника.

Почему нельзя вписать окружность?

в отличие от треугольника, далеко не во всякий четырехугольник можно поместить окружность так, чтобы она касалась всех его сторон.

Треугольник всегда является описанным – потому что во всякий треугольник можно вписать окружность. Чем же четырехугольник-то хуже? И вот оказывается, что чем-то, да хуже.

Представь себе, например, длинный прямоугольник. Как вот в него, спрашивается, можно вписать окружность? Конечно, никак. И это лишь один из примеров четырехугольника, в которой НЕЛЬЗЯ вписать окружность.

Задача

Окружность, описанная около четырехугольника

Если около выпуклого четырехугольника описана окружность, то сумма его противоположных углов равна ∠ϕ+∠γ=180∘.

И наоборот: Если сумма двух противоположных углов выпуклого четырехугольника равна ∠ϕ+∠γ=180∘, то около него можно описать окружность.

Центр описанной окружности выпуклого n-угольника лежит в точке пересечения серединных перпендикуляров к его сторонам.

Около выпуклого четырехугольника описана окружность ⇔ ∠α=∠β.

Площадь вписанного четырехугольника вычисляется по формуле

где a, b, c, d – его стороны, p — полупериметр

Задача 1

Около трапеции описана окружность. Периметр трапеции равен 22, средняя линия равна 5. Найдите боковую сторону трапеции.

Задача 2

Стороны AB, BC, CD, AD четырехугольника ABCD стягивают дуги описанной окружности, градусные меры которых равны соответственно 95 ∘ ,49 ∘ ,71 ∘ ,145 ∘ . Найдите угол B этого четырехугольника. Ответ дайте в градусах.

Угол B четырехугольника равен вписанному углу ABC. Этот угол опирается на дугу ADC, равную 145 ∘ +71 ∘ =216 ∘ . Так как вписанный угол равен половине дуги, на которую он опирается, то ∠B=∠ABC=108 ∘ .

Задача 3

Точки A, B, C, D, расположенные на окружности, делят эту окружность на четыре дуги AB,BC,CD,DA, градусные величины которых относятся соответственно как 4:2:3:6. Найдите угол A четырехугольника ABCD. Ответ дайте в градусах.

Так как дуги AB,BC,CD,DA относятся как 4:2:3:6, то можно принять дугу AB за 4x, дугу BC за 2x, дугу CD за 3x и дугу DA за 6x. Так как все эти дуги в совокупности дают целую окружность, градусная мера которой равна 360∘, то 4x+2x+3x+6x=360∘, откуда x=24∘. Угол A равен вписанному углу BAD, опирающемуся на дугу BCD, равную 2x+3x=5x=120∘. Так как вписанный угол равен половине этой дуги, то ∠A=60∘.

Центр тяжести

Центр тяжести системы материальных точек — обозначим через $m_k$ — массы точек, $x_k, y_k, z_k$ — координаты точек.

К каждой из точек приложен вектор величины $m_k$, все векторы параллельны и направлены в одну сторону.

Центр этих векторов есть точка с координатами $$M_x = sum m_k x_k, M_y = sum m_k y_k, M_z = sum m_k z_k$$

Если все точки имеют одинаковую массу, то $M = sum m_k$ — масса всей системы, тогда

$$M_x = M sum x_k, M_y = M sum y_k, M_z = M sum z_k$$

В математике и физике барицентр или геометрический центр области — это среднее арифметическое положений всех точек фигуры.

Неформально — это точка равновесия фигуры, вырезанной из картона в предположении, что картон имеет постоянную плотность и гравитационное поле постоянно по величине и направлению.

Центр масс (и центр тяжести в постоянном гравитационном поле) является средним арифметическим всех точек с учётом локальной плотности или удельного веса. Если физический объект имеет постоянную плотность, то его центр масс совпадает с барицентром фигуры той же формы.

Геометрический барицентр выпуклого объекта всегда лежит внутри объекта. Невыпуклый объект может иметь барицентр, лежащий вне фигуры. Барицентр кольца или миски, например, лежат вне фигуры.

Барицентр объекта лежит на пересечении всех его гиперплоскостей симметрии. Барицентры многих фигур (правильный многоугольник, правильный многогранник, цилиндр, прямоугольник, ромб, окружность, сфера, эллипс, эллипсоид, суперэллипс, суперэллипсоид, и т.д.) можно найти исходя исключительно из этого принципа.

В частности, барицентром параллелограмма является пересечение диагоналей. Вообще говоря, это неверно для других четырёхугольников.

Распределительное свойство центров тяжести

Если разделить систему материальных точек S на дне части S’ и S«, то ее центр тяжести есть в то же время центр тяжести двух масс М’ и М» систем S’ и S«, помещенных соответственно в центрах тяжести этих двух систем.

Центр тяжести четырехугольника

Центр тяжести площади четырехугольника определяется пересечением двух прямых, которые мы получаем, используя распределительное свойство центров тяжести.

Сначала делим четырехугольник диагональю на два треугольника. Центр тяжести четырехугольника лежит на прямой, соединяющей центры тяжести этих треугольников. Это первая искомая прямая.

Вторая искомая прямая получается аналогичным образом — разбивая четырехугольник на треугольники второй диагональю.

Центроид (барицентр или центр масс) произвольного четырёхугольника лежит в точке пересечения средних линий четырёхугольника и отрезка, соединяющего середины диагоналей, и делит все три отрезка пополам.

Четыре отрезка, каждый из которых соединяет вершину четырёхугольника с центроидом треугольника, образованного оставшимися тремя вершинами, пересекаются в центроиде четырёхугольника и делятся им в отношении 3:1, считая от вершины.

Метод отвеса

Барицентр однородной плоской фигуры, такой как на рисунке ниже, можно найти экспериментально с использованием отвеса и булавки. Пластина удерживается булавкой, вставленной ближе к периметру так, чтобы пластина могла свободно вращаться. Отмечаем на пластине прямую, которую образует отвес, прикреплённый к булавке. Проделываем то же самое с другим положением булавки. Пересечение двух прямых даст барицентр.

Метод балансировки

Барицентр выпуклой двумерной фигуры можно найти путём балансировки на меньшей фигуре, например на вершине узкого цилиндра. Барицентр будет находиться где-то внутри области контакта этих фигур. В принципе, последовательным уменьшением диаметра цилиндра можно получить местоположение барицентра с любой точностью. На практике потоки воздуха делают это невозможным, однако используя наложение областей балансировки и усреднение, можно получить нужную точность.

С помощью геометрического разложения

Барицентр плоской фигуры можно вычислить, разделив её на конечное число более простых фигур.

Рассмотрим пример. Фигуру на рисунке легко разделить на квадрат и треугольник с положительным знаком площади и круглое отверстие с отрицательным знаком площади.

Квадрат — пересечение диагоналей $(5, 5)$. Площадь 100.

Прямоугольный треугольник — отложить по трети катета от вершины прямого угла $(10+10/3,10/3) = (13.33; 3.33)$. Площадь 50.

Окружность — центр $(2.5; 12.5)$. Площадь $6.25pi = 19.63$

Та же формула применима для любого трёхмерного объекта, только вместо площадей берут объёмы частей тела.

Центр тяжести объекта в форме буквы L

Делим на два прямоугольника, находим центры каждого из них как пересечение диагоналей, соединяем. Барицентр фигуры должен лежать на этом отрезке AB.

Делим фигуру на два прямоугольника другим способом. Находим барицентры этих двух прямоугольников. Проводим отрезок, соединяющий центры. Барицентр фигуры должен лежать на этом отрезке CD.

Барицентр должен лежать как на отрезке AB, так и на отрезке CD, очевидно, что он является точкой пересечения этих двух отрезков — точкой O. Точка O не обязана лежать внутри фигуры.

Барицентр

это цетр масс двух и более тел, которые вращаются друг около друга.

Чем массивнее одно из двух тел, тем ближе к нему барицентр. Для системы Луна-Земля барицентр расположен примерно на расстоянии 4 671 км от центра Земли, радиус планеты 6 378 км.

Барицентрическая система отсчета

International Celestial Reference System (ICRS, Международная небесная система координат или Международная система астрономических координат) — с 1998 года стандартная небесная система координат.

Началом отсчёта является барицентр Солнечной системы. Координаты в этой системе максимально приближены к экваториальным эпохи J2000.0 (расхождение составляет доли секунды дуги)

Оси системы зафиксированы в пространстве относительно квазаров, которые считаются наиболее удалёнными объектами наблюдаемой Вселенной. Их предполагаемое собственное движение настолько мало, что им можно пренебречь. Внедрение системы обусловлено необходимостью повышения точности астрономических измерений до 0,05″.

Полученная система координат независима от вращения Земли.

Барицентрические координаты

Пусть дан треугольник ABC. Тогда любую точку P в плоскости треугольника можно представить как центр некоторых масс α, β, γ, помещенных в его вершины A, B, C.

Тройка чисел (α, β, γ) называется барицентрическими координатами точки P относительно треугольника.

Барицентрические координаты точки определены с точностью до ненулевого множителя: все тройки (kα, kβ, kγ) при любом k ≠ 0 задают одну и ту же точку P. Любые три числа с ненулевой суммой являются барицентрическими координатами некоторой точки. Иногда барицентрическими координатами называют ту из пропорциональных троек, у которой сумма чисел равна единице. Соответствие между такими тройками и точками плоскости взаимно-однозначно.

Если точка P лежит внутри треугольника ABC, то ее барицентрические координаты пропорциональны площадям треугольников PAB, PBC и PCA. Для точек вне треугольника это тоже верно, только нужно брать ориентированные площади.

Случай двух тел

Два тела взаимодействуют только друг с другом. Тела вращаются поэллиптической орбите пример двойные звезды.

«Барицентр» – Как Правильно Пишется?

«Барицентр» – как правильно пишется?

Центроид треугольника — точка пересечения его медиан

В математике и физике барице́нтр, или геометри́ческий центр, двумерной области — это среднее арифметическое положений всех точек фигуры. Определение распространяется на любой объект в n-мерном пространстве — барицентр является средним положением всех точек фигуры. Неформально — это точка равновесия фигуры, вырезанной из картона в предположении, что картон имеет постоянную плотность и гравитационное поле постоянно по величине и направлению.

В физике термин «барицентр» может означать центр масс или центр тяжести в зависимости от контекста. Центр масс (и центр тяжести в постоянном гравитационном поле) является средним арифметическим всех точек с учётом локальной плотности или удельного веса. Если физический объект имеет постоянную плотность, то его центр масс совпадает с барицентром фигуры той же формы.

Свойства [ править | править код ]

Геометрический барицентр выпуклого объекта всегда лежит внутри объекта. Невыпуклый объект может иметь барицентр, лежащий вне фигуры. Барицентр кольца или миски, например, лежат вне фигуры.

Если барицентр известен, он является фиксированной точкой группы изометрии симметрий фигуры. Барицентр объекта лежит на пересечении всех его гиперплоскостей симметрии. Барицентры многих фигур (правильного многоугольника, правильного многогранника, цилиндра, прямоугольника, ромба, окружности, сферы, эллипса, эллипсоида, суперэллипса, суперэллипсоида и т. д.) можно найти исходя исключительно из этого принципа.

В частности, барицентром треугольника является точка пересечения его медиан (см. рисунок). Барицентром параллелограмма является точка пересечения его диагоналей, но это неверно для других четырёхугольников.

Барицентр объекта с трансляционной симметрией не определён (или лежит вне пространства фигуры), поскольку сдвиг не имеет фиксированной точки.

Центроид треугольника [ править | править код ]

• Барицентр треугольника называется центроидом и лежит на пересечении трёх медиан, также лежит на прямой Эйлера (проходящей и через другие ключевые точки, включая ортоцентр и центр описанной окружности)

• Если в вершины треугольника поместить равные массы, то центр масс (барицентр) полученной системы будет совпадать с центроидом. Более того, центр масс треугольника с равномерно распределённой массой также находится в центроиде.

• Сумма квадратов сторон треугольника равна утроенной сумме квадратов расстояний от центроида до вершин треугольника:

• сторон треугольника совпадает с центром вписанной окружности дополнительного треугольника (треугольника с вершинами, расположенными в серединах сторон данного треугольника). Эту точку называют центром Шпикера. Если стороны треугольника сделать из тонкой проволоки одинакового сечения, то центр масс (барицентр) полученной системы будет совпадать с инцентром дополнительного треугольника, или с центром Шпикера.
• О других свойствах центроида треугольника смотрите ниже.

Минимаксные свойства центроида треугольника [ править | править код ]

• или точка пресечения медиан треугольника является единственной точкой треугольника такой, что проведенные через неё три чевианы разделяют своими концами стороны треугольника на шесть отрезков. При этом произведение длин трёх из этих шести отрезков, не имеющих общих концов, максимально
• или точка пересечения трёх медиан является точкой, для которой сумма квадратов расстояний до вершин треугольника принимает наименьшее значение (теорема Лейбница).

Центроид четырёх точек (вершин четырёхугольника) [ править | править код ]

Центроид (барицентр или центр масс) вершин произвольного четырёхугольника лежит в точке пересечения 3-х отрезков: 1-й отрезок соединяет середины диагоналей, два другие – середины противополежащих сторон. Точка пересечения делит все три отрезка пополам.

Четыре отрезка, каждый из которых соединяет вершину четырёхугольника с центроидом треугольника, образованного оставшимися тремя вершинами, пересекаются в одной точке (центроиде вершин четырёхугольника) и делятся ею в отношении 3:1, считая от вершины.

Центр масс вершин четырёхугольника не обязан совпадать с центром масс самого четырёхугольника как плоской фигуры.

Определение местоположения барицентра [ править | править код ]

Определение местоположения барицентра однородной плоской фигуры методом отвеса [ править | править код ]

Барицентр однородной плоской фигуры, такой как фигура (a) на рисунке, можно найти экспериментально с использованием отвеса и булавки путём нахождения центра масс тонкой пластины однородной плотности, имеющей ту же форму. Пластина удерживается булавкой, вставленной ближе к периметру так, чтобы пластина могла свободно вращаться. Отмечаем на пластине прямую, которую образует отвес, прикреплённый к булавке (b). Проделываем то же самое с другим положением булавки. Пересечение двух прямых даст барицентр (c).

Этот метод можно распространить (в теории) на вогнутые фигуры, когда барицентр лежит вне их, а также тела (постоянной плотности), но положение линии отвеса придётся отмечать каким-то иным способом.

Определение местоположения барицентра выпуклой двумерной фигуры методом балансировки [ править | править код ]

Барицентр выпуклой двумерной фигуры можно найти путём балансировки на меньшей фигуре, например, на вершине узкого цилиндра. Барицентр будет находиться где-то внутри области контакта этих фигур. В принципе, последовательным уменьшением диаметра цилиндра можно получить местоположение барицентра с любой точностью. На практике потоки воздуха делают это невозможным, однако используя наложение областей балансировки и усреднение, можно получить нужную точность.

Определение местоположения барицентра для конечного множества точек [ править | править код ]

Барицентр конечного множества из точек в находится по формуле

Полученная точка такая, что сумма квадратов расстояний между ней и точками множества является минимальной.

Определение местоположения барицентра с помощью геометрического разложения [ править | править код ]

(b) Разложение фигуры на простые элементы

(c) Барицентры элементов объекта

Барицентр плоской фигуры можно вычислить, разделив её на конечное число более простых фигур , найдя положение барицентров и площадей каждой части, а затем вычислив

Дыры в фигуре , наложения частей, или части, выступающие за фигуру, можно рассматривать как фигуры с отрицательной площадью . А именно, знак площади нужно выбирать так, чтобы сумма знаков для всех частей, включающих точку , была равна 1, если принадлежит , и 0 в противном случае.

Например, фигуру (a) на рисунке легко разделить на квадрат и треугольник с положительным знаком, круглое отверстие с отрицательным (b).

Барицентр каждой части легко найти в любом списке барицентров простых фигур (c). Затем вычисляется барицентр фигуры, как средневзвешенное трёх точек. Горизонтальное положение барицентра, считая от левого края фигуры, равно

Вертикальное положение вычисляется аналогично.

Та же формула применима для любого трёхмерного объекта, только обозначают уже объёмы частей тела , а не площади. Формула верна также для пространства любой размерности при замене площади -мерными мерами частей.

Определение местоположения барицентра интегрированием [ править | править код ]

Барицентр подмножества X пространства можно вычислить с помощью интеграла

где интегрирование ведётся по всему пространству , а g является характеристической функцией подмножества, принимающей 1 внутри X и 0 вне его . Заметим, что знаменатель равен мере множества X. Формула неприменима к множеству нулевой меры, а также к множествам, для которых интеграл расходится.

Другая формула для вычисления координат барицентра:

где G_k является k-й координатой G, а S_k(z) — мера пересечения X с гиперплоскостью, определяемой уравнением x_k = z. Снова знаменатель — это мера множества X

Для плоской фигуры координатами барицентра будут

где A — площадь фигуры XS_y(x) — длина пересечения [ неизвестный термин ] X с вертикальной прямой с абциссой xS_x(y) — аналогичная величина при обмене осей.

Определение местоположения барицентра для области, ограниченной графиками непрерывных функций [ править | править код ]

Координаты барицентра области, ограниченной графиками непрерывных функций и , таких что на интервале , задаются выражениями

где — площадь области (вычисляемая по формуле )

Определение местоположения барицентра объекта, имеющего форму буквы L [ править | править код ]

Метод нахождения барицентра фигуры, имеющей форму буквы L.

1. Фигуру делят на два прямоугольника (см. фигуру (2) на рисунке). Находят барицентры A и B этих двух прямоугольников как пересечение диагоналей. Рисуют отрезок AB, соединяющий барицентры. Барицентр фигуры должен лежать на этом отрезке AB.
2. Делят фигуру на два прямоугольника другим способом (см. фигуру (3) на рисунке). Находят барицентры C и D этих двух прямоугольников. Проводят отрезок CD, соединяющий барицентры. Барицентр фигуры должен лежать на отрезке CD.
3. Поскольку барицентр должен лежать как на отрезке AB, так и на отрезке CD, очевидно, что он является точкой пересечения этих двух отрезков — точкой O. Точка O не обязана лежать внутри фигуры.

Барицентры треугольника и тетраэдра [ править | править код ]

Точка пересечения медиан (барицентр) делит каждую медиану в отношении 2:1. То есть, расстояние от стороны до барицентра равно 1/3 длины проведённой к стороне высоты

В прямоугольном треугольнике расстояние от одного катета до барицентра равно 1/3 длины другого катета

Барицентр треугольника совпадает с пересечением медиан. Барицентр разбивает каждую медиану в отношении 2:1, то есть барицентр находится на расстоянии ⅓ от стороны до противоположной вершины (см. рисунок). Его декартовыми координатами является среднее координат трёх вершин. То есть, если вершинами треугольника являются и , то координаты барицентра вычисляются по формуле

Таким образом, барицентр имеет барицентрические координаты

В трилинейных координатах барицентр можно получить одним из эквивалентных способов

Барицентр является также физически центром масс треугольника, сделанного из однородного листового материала, а также, если вся масса сконцентрирована в вершинах и одинаково разделена между ними. Если же масса распределена равномерно вдоль периметра, то центр масс лежит в точке Шпикера (инцентре серединного треугольника), который (в общем случае) не совпадает с центроидом всего треугольника.

Площадь треугольника равна 3/2 длины любой стороны, умноженной на расстояние от центроида до стороны

Центроид треугольника лежит на прямой Эйлера между его ортоцентром и центром его описанной окружности , ровно вдвое ближе ко второму, чем к первому:

Кроме того, для инцентра и центра девяти точек , мы имеем

Аналогичными свойствами обладает тетраэдр — его барицентр является пересечением отрезков, соединяющих вершины с барицентрами противоположных граней. Эти отрезки делятся барицентром в отношении 3:1. Результат может быть обобщён на любой -мерный симплекс. Если вершины симплекса обозначить и рассматривать вершины как вектора, центроид равен

Геометрический барицентр совпадает с центром масс, если масса равномерно распределена по всему симплексу или сосредоточена в вершинах как равных масс.

Изогональным сопряжением центроида треугольника является точка пересечения его симедиан.

Барицентр тетраэдра [ править | править код ]

является телом в трёхмерном пространстве, имеющим четыре треугольника в качестве граней. Отрезок, соединяющий вершину тетраэдра с барицентром противоположной грани, называется медианой, а отрезок, соединяющий середины двух противоположных сторон, называется бимедианой. Таким образом, имеется четыре медианы и две бимедианы. Эти шесть отрезков пересекаются в барицентре тетраэдра . Барицентр тетраэдра лежит посередине между точкой Монжа и центром описанной сферы. Эти точки задают прямую Эйлера тетраэдра, являющуюся аналогом прямой Эйлера треугольника.

Барицентр многоугольника [ править | править код ]

Барицентром самонепересекающегося замкнутого многоугольника, заданного вершинами , является точка , где

и где является площадью многоугольника (со знаком):

В этой формуле предполагается, что вершины пронумерованы вдоль периметра многоугольника. Кроме того, вершина считается той же самой, что и .
Заметим, что если точки пронумерованы по часовой стрелке, площадь , вычисленная выше, будет отрицательной, но координаты барицентра подкорректируют этот случай.

Барицентры конуса и пирамиды [ править | править код ]

Барицентр конуса или пирамиды расположен на отрезке, соединяющем вершину тела с барицентром основания. Для целого конуса или пирамиды барицентр находится на расстоянии 1/4 от основания к вершине. Для поверхности конуса или пирамиды (боковая поверхность без внутренности и без основания) центроид находится на 1/3 расстояния от основания до вершины.

См. также [ править | править код ]

• [en]
• [en]
• k-means
• Список барицентров

Примечания [ править | править код ]

1. ↑ Altshiller-Court, 1925, с. 101.
2. ↑ Kay, 1969, с. 18,189,225–226.
3. ↑ Altshiller-Court, 1925, с. 70–71.
4. ↑ Зетель, 1962.
5. ↑ Protter, Morrey, 1970, с. 520.
6. ↑ Protter, Morrey, 1970, с. 526.
7. ↑ Protter, Morrey, 1970, с. 527.
8. ↑ Protter, Morrey, 1970.
9. ↑ Larson, Hostetler, Edwards, 1998, с. 458–460.
10. ↑ Encyclopedia of Triangle Centers by Clark Kimberling. The centroid is indexed as X(2).
11. ↑ Johnson, 2007, с. 173.
12. ↑ Kam-tim, Suk-nam, 1994, с. 53–54.
13. ↑ Bourke, 1997.

Литература [ править | править код ]

• Зетель, С. И. Новая геометрия треугольника. Пособие для учителей. — 2-е изд/. — М. : Учпедгиз, 1962. — С. 12.
• Leung Kam-tim, Suen Suk-nam. Vectors, matrices and geometry. — Hong Kong University Press, 1994.

• Nathan Altshiller-Court. College Geometry: An Introduction to the Modern Geometry of the Triangle and the Circle. — 2nd. — New York: , 1925.
• Paul Bourke. Calculating the area and centroid of a polygon. — 1997.
• Roger A. Johnson. Advanced Euclidean Geometry. — , 2007.
• David C. Kay. College Geometry. — New York: , 1969.
• Roland E. Larson, Robert P. Hostetler, Bruce H. Edwards. Calculus of a Single Variable. — 6th. — , 1998.
• Murray H. Protter, Charles B. Morrey Jr. College Calculus with Analytic Geometry. — 2nd. — Reading: , 1970.

Ссылки [ править | править код ]

• Characteristic Property of Centroid at cut-the-knot
• Barycentric Coordinates at cut-the-knot
• Interactive animations showing Centroid of a triangle and Centroid construction with compass and straightedge
• Experimentally finding the medians and centroid of a triangle at Dynamic Geometry Sketches, an interactive dynamic geometry sketch using the gravity simulator of Cinderella.

«Барицентр» – как правильно пишется?

барице́нтр

1. астрон. матем. то же, что центр масс, центр тяжести, центр инерции ◆ Фазы Луны ― это одновременно и фазы Земли, которые указывают, на каком участке орбиты вокруг барицентра (центра масс системы Земля ― Луна) располагаются обе планеты и какие возмущения от Солнца свойственны этим участкам орбиты «Курьер науки и техники», 1987 г. // «Знание ― сила» (цитата из НКРЯ) ◆ По данным, приведенным в таблице 3, можно сделать вывод, что перемещение барицентров экономических показателей (численность занятых, объемы производства в промышленности и сельском хозяйстве, инвестиции в основной капитал) относительно столицы области имеет «центростремительное» направление, преимущественно с юго-востока на северо-запад Е. В. Зарова, П. Р. Хасаев, «Оценка векторов территориального влияния на социально-экономическое развитие приграничных районов Самарской области», г. // «Вопросы статистики» (цитата из НКРЯ)

«Барицентр» – как правильно пишется?

• Начальная форма: барицентр (именительный падеж единственного числа);
• Постоянные признаки: нарицательное, неодушевлённое, мужской род, -е склонение;
• Непостоянные признаки: именительный падеж, единственное число

Значение слова

В математике и физике барицентр или геометрический центр двумерной области — это среднее арифметическое положений всех точек фигуры. Определение распространяется на любой объект в n-мерном пространстве — барицентр является средним положением всех точек фигуры по всем координатным направлениям. Неформально — это точка равновесия фигуры, вырезанной из картона в предположении, что картон имеет постоянную плотность и гравитационное поле постоянно по величине и направлению.В физике термин «барицентр» может означать центр масс или центр тяжести в зависимости от контекста. Центр масс (и центр тяжести в постоянном гравитационном поле) является средним арифметическим всех точек с учётом локальной плотности или удельного веса. Если физический объект имеет постоянную плотность, то его центр масс совпадает с барицентром фигуры той же формы. Источник: Википедия

Как правильно писать слово барицентр?

Давайте узнаем, как необходимо писать и произносить данное слово. Вначале, необходимо разобрать слово по составу и узнать какой частью речи оно является. Затем найти правило русского языка, которое определяет правописание. Приступим!

Разбор слова барицентр по составу

Что бы было понятно почему пишется именно так, разберем слово по составу. Разбор слова «барицентр» по составу: слово барицентр имеет корень «бари», корень «центр», нулевое окончание «ø»

Примеры со словом «барицентр»

По падежам

Базовая форма слова БАРИЦЕНТР

«Барицентр» – как правильно пишется?

Приклади з літератури

Таблиця словозміни

Приклади з літератури

Приклади наразі відсутні.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть лівий Ctrl+Enter.

Для нахождения центроида четырёхугольника можно разложить его на два треугольника, для которых центроиды находятся элементарно, потом найти точку, делящую отрезок между ними пропорционально площадям.

А можно использовать метод, подходящий для любых простых многоугольников.

Найти площадь прямоугольника Area — это я уже вам давал здесь

Подобным же образом найти величины

AX = Sum{i=0..n-1}[(x[i] + x[i+1])*(x[i]*y[i+1]-x[i-1]*y[i])]
AY = Sum{i=0..n-1}[(y[i] + y[i+1])*(x[i]*y[i+1]-x[i-1]*y[i])]

и получить координаты центроида

CX = AX / (6*Area)
CY = AY / (6*Area)

Определение четырехугольника

Четырехугольник — это многоугольник с четырьмя вершинами, три из которых не лежат на одной прямой.

Четырехугольник — это геометрическая фигура, состоящая из четырех точек, три из которых не лежат на одной прямой, последовательно соединенная отрезками.

Свойства четырехугольников

Четырехугольник может быть:

• Самопересекающимся
• Невыпуклым
• Выпуклым

Самопересекающийся четырехугольник — это четырехугольник, у которого любые из его сторон имеют точку пересечения (на рисунке синим цветом).
Невыпуклый четырехугольник — это четырехугольник, в котором один из внутренних углов более 180 градусов (на рисунке обозначен красным цветом)

Сумма углов любого четырехугольника, который не является самоперсекающимся всегда равна 360 градусов.

Особые виды четырехугольников

Четырехугольники могут обладать дополнительными свойствами, образуя особые виды геометрических фигур:

• Параллелограмм
• Ромб
• Прямоугольник
• Квадрат
• Трапеция
• Дельтоид
• Контрпараллелограмм

Подробнее о каждом из особых видов четырехугольника можно узнать, перейдя по ссылкам выше.
Как видно из рисунка, особые виды четырехугольников наследуют свойства своих «предков». Например, прямоугольник  (на рисунке показан темно-синим цветом) является особым случаем параллелограмма (на рисунке показан голубым цветом). Таким образом, у него сохраняются все его свойства и добавляются свои, особенные. Поэтому при решении задач про прямоугольники можно применять все свойства и теоремы параллелограмма.
Квадрат  (на рисунке показан оранжевым цветом) — частный случай прямоугольника. То есть квадрат имеет все свойства параллелограмма, прямоугольника, а также и свои, особенные. Но, самое интересное, квадрат также является частным случаем ромба (на рисунке показан красным цветом), то есть, кроме указанных (параллелограмм, прямоугольник), он обладает еще и всеми свойствами ромба.

Также, интересными особыми случаями четырехугольника являются трапеция и дельтоид.

Четырехугольник и окружность

Четырехугольник, описанный вокруг окружности (окружность, вписанная в четырехугольник).

Главное свойство описанного четырехугольника:

Четырехугольник можно описать вокруг окружности тогда и только тогда, когда суммы длин противоположных сторон равны.

Четырехугольник, вписанный в окружность (окружность, описанная вокруг четырехугольника)

Главное свойство вписанного четырехугольника:

Четырехугольник можно вписать в окружность тогда и только тогда, когда суммы противоположных углов равны 180 градусов.

Свойства длин сторон четырехугольника

Модуль разности любых двух сторон четырёхугольника не превосходит суммы двух других его сторон.

|a -b| ≤ c + d

|a -c| ≤ b + d

|a -d| ≤ b + c

|b -c| ≤ a + d

|b -d| ≤ a + b

|c -d| ≤ a + b

Важно.  Неравенство верно для любой комбинации сторон четырехугольника. Рисунок приведен исключительно для облегчения восприятия.

В любом четырёхугольнике сумма длин трёх его сторон не меньше длины четвёртой стороны.

a ≤ b + c + d

b ≤ a + c + d

c ≤ a + b + d

d ≤ a + b + c

Важно. При решении задач в пределах школьной программы можно использовать строгое неравенство (<). Равенство достигается только в случае, если четырехугольник является «вырожденным», то есть три его точки лежат на одной прямой. То есть эта ситуация не попадает под классическое определение четырехугольника.

Соотношение сторон и диагоналей может быть выражено формулой

Неравенство Птолемея

Произведение длин диагоналей четырехугольника меньше или равно сумме произведений противоположных сторон четырехугольника.

Теорема Гаусса

Если в четырёхугольнике две пары противоположных сторон не параллельны, то две середины его диагоналей лежат на прямой, которая проходит через середину отрезка, соединяющего две точки пересечения диагоналей и точку пересечения этих двух пар противоположных сторон.

Соотношение Бретшнайдера

Произведение квадратов диагоналей произвольного несамопересекающегося четырехугольника равно сумме произведений квадратов его противоположных сторон минус удвоенное произведение всех его сторон, которое умножено на косинус суммы двух противоположных углов.

Формула Эйлера

Квадрат двойного расстояния между серединами диагоналей произвольного несамопересекающегося четырехугольника равен сумме квадратов его сторон минус сумма квадратов его диагоналей

Средние линии четырехугольника

У каждого четырехугольника есть три средние линии.

Средними линиями несамопересекающегося четырехугольника называются отрезки, соединяющие середины его противолежащих сторон (первая и вторая) и отрезок, соединяющий середины его диагоналей.
На рисунке средние линии четырехугольника отмечены пунктирными линиями.

Центроид четырехугольника

Центроидом четырехугольника называется точка пересечения всех его средних линий.

Обобщенная теорема Ньютона

Средние линии несамопересекающегося четырехугольника, образуемые серединами противолежащих сторон (первая и вторая средняя линия) и отрезком, соединяющим середины диагоналей (третья средняя линия) пересекаются в одной точке и делятся ею пополам.

Прямая, проходящая через середины диагоналей четырехугольника и его центроид также называется прямой Ньютона.
(см. рисунок выше)

Теорема Вариньона

Четырёхугольники, которые образуются отрезками, соединяющими середины противолежащих сторон (GIHJ), а также середины диагоналей четырехугольника и середины противолежащих сторон (EHFG, JEIF) являются параллелограммами.

Эти параллелограммы называются параллелограммами Вариньона.

Четырехугольник, образованный серединами противолежащих сторон (на рисунке обозначен пунктирной линией GIHJ) называется большим параллелограммом Вариньона.

• Центры всех трёх параллелограммов Вариньона лежат на середине отрезка, соединяющего середины сторон исходного четырёхугольника (в этой же точке пересекаются отрезки, соединяющие середины противоположных сторон — диагонали вариньоновского параллелограмма).
• Периметр большого параллелограмма Вариньона равен сумме диагоналей исходного четырёхугольника.
• Площадь большого параллелограмма Вариньона  равна половине площади исходного четырёхугольника
• Площадь исходного четырёхугольника равна произведению первой и второй средних линий четырёхугольника на синус угла между ними
• Сумма квадратов трёх средних линий четырёхугольника равна четверти суммы квадратов всех его сторон и диагоналей

0
 

 Вписанная в треугольник окружность |

Описание курса

| Существование четырехугольника 

Вот тут хорошо расписано.

Сначала надо триангулировать четырехугольник. Потом, центр масс каждого треугольника — среднее арифметическое координат. Далее, остается найти центр масс двух точек — центров масс треугольников, где в каждой точке лежит масса равная площади треугольника.

Чтобы это работало и с невыпуклыми многоугольниками надо считать площадь треугольников через векторное произведение сторон, разрешая таким образом отрицательные площади у треугольников снаружи вашей фигуры.

Итоговая фромула (в векторах):

C = ((p1+p2+p3)/3*(p1p2*p1p3)+(p3+p4+p1)/3*(p1p3*p1p4))/((p1p2*p1p3)+(p1p3*p1p4))

Тут pi — i-ая вершина четырехугольника, pipj — вектор между точками i и j. pipj*pkpl — векторное произведение двух векторов.

I know how to construct the centroid of a quadrilateral as mentioned here.

But my question is different from that.

We know that if points B,C,G are given in geometry plane and for locating point A such that $G(∆ABC)=G$ we have to do these following things:

(a)Take m(B,C) as shown in figure:

(b) then we reflect m(B,C) in G to get m'(B,C) .

(c) we reflect G in m'(B,C) to get G’ and from there we observed that $G(∆G’BC)=G$ so we mentioned $G’=A$.

But if we do such things in case of Quadrilateral then it becomes a challenging task to construct .

So my Question is «If points A,B,C,G are Given then how to locate D such that $G(ABCD)=G$ ?»

My Attempt:

I take $G_b$=$G(∆ABC)$ and placed point $G_d$ on line $GG_b$ then I construct Point D such that $G_d$=$G(∆ADC)$ as shown in figure:

Then Construct point $G_a$ and $G_c$ such that $G_a=G(∆ABD)$ and $G_c=G(∆BCD)$ as shown in figure:

But I observed that Line $G_aG_c$ intersect Line $G_bG_d$ at different points other than G.

So the construction becomes wrong so please help to locate point D such that $G=G(ABCD)$.