domingo, 16 de março de 2014

Da equação da bissectriz às coordenadas do incentro

Aviso: Nesta dedução, por comodidade, os pontos são confundidos com os seus vectores posição.
O incentro I de um triângulo é o ponto de intercecção das três bissectrizes dos angulos internos.
Se as três encontram-se no mesmo ponto então, basta determinar a intersecção de duas destas três semi-rectas.


Sejam A;B e C os vértices de um triângulo. Como é normal fazer, denominemos por a o lado oposto a A,b o lado oposto a B e c o lado oposto a C.
Como mostrei há duas (quase três) semanas , a equação da bissectriz de BAC é
           (   -→       -→   )
              -AB----  -AC---          +
P = A  + λ1(   -→   +   -→   ) ;λ1 ∈ ℝ 0
              ||AB ||   ||AC  ||

Ou, de forma equivalente

            (            )
              -A→B     -A→C
P  = A + λ1 ( ----+  ----) ;λ1 ∈ ℝ+0
               c      b

Uma equação vectorial da bissectriz de ABC é

            (            )
              -→     --→
P =  B + λ  ( BA--+  BC--) ;λ  ∈ ℝ+
           2   c      a      2     0

A intersecção é:

(             (  -→    -→  )
|||                AB    AC            +
||||  I = A  + λ1(  -c--+ --b-) ;λ1 ∈ ℝ 0
|{

|||              ( -→    --→ )
|||              ( BA--  BC--)         +
||(  I = B  + λ2    c  +   a    ;λ2 ∈ ℝ0

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       (           )            (           )
         -→     -→                -→    --→
A + λ1 ( AB--+  AC-)  = B  + λ2 ( BA--+ BC--)
          c      b                 c      a

Ou, equivalentemente

 -→     -→        - →     --→
bAB--+-cAC--λ  - aBA--+--cBC-λ  =  -A→B
     bc      1        ac       2

     ( -→     - → )       (  -→     --→ )         - →
⇔  a  bAB  +  cAC    λ1 + b  aAB  - cBC    λ2 = abcAB

     ( - →     -→ )       (          ( -→    -→ ) )         - →
⇔  a  bAB  +  cAC   λ1 + b  aAB  - c   AC -  AB     λ2 = abcAB

                       -→                  -→       -→
⇔  [abλ1 + (ab + bc)λ2]AB  +  (ac λ1 - bcλ2 )AC  = abcAB

Sendo esta última igualdade verdadeira temos de ter

   (
   {  abλ1 + (ab + bc)λ2 = abc
⇔
   (
      aλ1 =  bλ2

   (           ac
   ||{  λ2 =  ---------
            a + b + c
⇔  |           bc
   |(  λ1 =  ---------
            a + b + c

E portanto

              -→     - →
I  =  A  + λ bAB--+-cAC--
            1     bc
            -→     -→
   =  A  + bAB--+-cAC--
             a + b + c
       aA + bA +  cA + bB -  bA + cC - cA
   =   ------------------------------------
                    a + b + c
   =   aA-+-bB--+-cC-
         a + b + c

A duas dimensões, temos então

    (                                   )
      axA +  bxB + cxC  ayA + byB +  cyC
I =   -----------------;----------------
              p                 p

onde p é o perímetro do triângulo.
E a três dimensões temos

     (                                                    )
I =    axA-+-bxB-+-cxC-; ayA-+-byB-+-cyC ; azA-+-bzB-+-czC
              p                 p                p

Nota: Em breve adicionarei uma aplicação(blog-app) a este blog que determina as coordenadas do incentro, o raio da circunferencia inscrita no triangulo, o circuncentro, o raio da circunferencia circunscrita... etc.

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