垂心計算機
根據三角形頂點的平面直角座標,求出三條高線的交點。
求三角形的垂心
輸入頂點 A、B、C 的座標。這些點必須構成非退化三角形。
關於垂心
垂心是三角形三條高線的共同交點。高線是通過一個頂點,且垂直於對邊所在直線的直線。畫出三條高線有助於辨認,但計算時只需兩條:兩條不同的高線相交後,第三條必定通過同一個點。這個共點性質是歐幾里得幾何的基本定理。
垂心的位置取決於三角形的角。銳角三角形的三條高線相交於內部。直角三角形的兩條股本身就是互相垂直的高線,因此垂心就是直角頂點。鈍角三角形的高線相交於外部,因為至少兩條對邊需要延長。因此,垂心座標落在三角形外是有效答案,並非計算失敗。
座標幾何將垂直關係轉化為內積。若從頂點 A 到未知點 H 的直線是高線,則向量 H 減 A 必須垂直於邊 BC,兩者內積為零。第二個方程式要求向量 H 減 B 垂直於邊 AC。展開這兩個內積,就得到以 H 的 x、y 座標為未知數的二元一次聯立方程式。計算機直接求解,避免斜率公式對鉛直線所需的特殊處理。
若輸入的三個點共線,就無法構成三角形。此時兩條高線方程式沒有唯一交點,在代數上呈現為行列式等於零。計算機會偵測這種情況,並要求輸入不共線的頂點。重複點也會因相同的幾何原因遭到拒絕。支援小數及負數座標,因此適用於所有象限,也不要求邊與座標軸平行。
垂心是四個經典三角形中心之一。重心是中線的交點,內心是角平分線的交點,外心是中垂線的交點。一般三角形中,這些中心並不重合。重心、外心與垂心位於歐拉線上,位置之間遵循簡單的比例關係。正三角形因對稱性使四個主要中心重合。
此計算機適用於解析幾何、作圖核對、三角形中心練習及電腦圖學。請仔細輸入每個有序數對,確保 x 座標與所屬的 y 座標配對。顯示結果會經過四捨五入以方便閱讀,但方程式以完整的 JavaScript 浮點精度計算。將結果代入任一高線的內積方程式,即可直接驗證。
垂心範例
| 頂點 | 垂心 | 說明 |
|---|---|---|
| A(0,0), B(4,0), C(0,3) | H(0,0) | 三角形在 A 點為直角,因此 A 就是垂心。 |
| A(0,0), B(6,0), C(2,4) | H(2,2) | 從 C 引出的鉛直高線與另一條高線交於 (2,2)。 |
| A(0,0), B(4,0), C(1,1) | H(1,3) | 這個鈍角三角形的垂心位於三角形外部。 |
如何求垂心
- 輸入頂點 A 的 x、y 座標。
- 輸入頂點 B 與 C 對應的座標。
- 確認三個點互異,且不在同一直線上。
- 按一下「求垂心」,求解兩條高線的垂直條件方程式。
垂心常見問題
垂心可以位於三角形外嗎?
可以。鈍角三角形的垂心位於外部,因為相關高線需利用邊的延長線作出,並在三角形外相交。
直角三角形的垂心在哪裡?
位於直角頂點。兩條股互相垂直,各自都是通過該頂點的高線。
為什麼共線點無效?
三個共線點的面積為零,無法構成三角形。它們的高線方程式無法確定唯一的三角形中心。
需要計算全部三條高線嗎?
不需要。有效三角形的任意兩條高線即可確定共同交點,第三條高線也會通過該點。
垂心與重心相同嗎?
通常不同。垂心是高線交點,重心是中線交點;在正三角形中兩者重合。