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傍接円、傍心について
[中学生へ]三角形の外角の二等分線の交点を「傍心ほ(ぼ)うしん」といい、傍心は全部で3つあり、下の図で△ABCの傍心は点P、Q、R の3つです。1990年ごろの中学の教科書にも傍心という用語は出てきませんが、傍接円と接線の長さ〜が高校入試に出題される事が以前はよくありました。現在は「接線の長さ」などは高校の数学Aに移行して中学の平面幾何はヒジョーにサミシイ所があります。
△ABCの辺の延長線をいれて、外角の2等分線の交点は上のP、Q、Rの3っつある。これらを中心に円を書くと…

傍心の位置

 
3つの辺(延長線)に接する円が3っつ書けて、これらの円を「傍接円」といい、中心P,Q,Rを「傍心」といいます 

3つの傍接円
[定理3]
 三角形の2つの外角の二等分線
 と他の内角の二等分線は1点で
 交わる逆に、内角の二等分線と
 他の外角の二等分線の交点は、
 残りの外角の二等分線になる。
 


三角形の外角と内角が1点で交わる
 角の二等分線の交点は2直線からの距離は等しい〜という使い方をして、線分DBは、∠ABCの二等分をめざします。この定理自身は高校の数学Aの教科書(数研その他)の問題にあります。

    [定理3の証明]
 
∠Aと∠Cの外角の二等分線の
 交点をDとしてDより直線BA,
 直線AC、直線BCに垂直な線を
 下ろし↓図のようにE、F、Gとす
 ると斜辺と1つの鋭角が等しい
 から△AED≡△AFD、
 △FCD≡△GCD
 以上から、DE=DF=DG 
 ここで斜辺と他の1辺から
 △EBD≡△GBD,
 ∠EBD=∠GBD
 また、逆も同様にいえます。



定理3の証明の図
中学のワークより

  ∠A=64°の△ABCにおいて、
  ∠Bの二等分線と∠Cの外角の
  二等分線の交点をDとする。
  ∠BDCの大きさを求めなさい。
    〜という問題は
  中2の教科書用ワーク等によく
  ある問題です。解いたことのない
  人は一度解いてみましょう。
  もちろん、「傍心」は知らない
  ということで解くわけですが…
  まずは外角の関係から、
  2★から2●の差は64で… 


 中学のワークの問題
[傍心の角度の関係]

 傍心Dと△ABCの内角の和から
 2b+(180−2a)+
 (180−2c)=180 より
  a+c=90+b
 ∠ADC=180−(a+c)
     =90−b よって

 
∠ADC=90−∠ABC/2

 
 また、△ABC の外角から
 ∠ACB=2a−2b,△ABDの
 外角から
 ∠ADB=a−b よって

  
∠ADB=∠ACB/2 


傍心の外角と内角の関係
[例題1](30,30,20,80)

(30,30,20,80)の問題
         (30,30,20,80)

   [例題1の解答】
  △ABC の∠ABCの内角の
  二等分線と、∠ACBの外角の
   二等分線の交点Dは
  △ABCの傍心 よって、
   ∠ADB=∠ACB/2
            =10°


       
答え 10° 
[定理10]
四角形ABCDにおいて
∠ACD=2∠ABD
∠ACD+2∠ACB=180°
ならば、点Bは△ACDの傍心
 定理10の図

∠ADB=∠BDCがいえるといいので、
上図のように a,b,c としておきます。


  [定理10]の証明

 △ABCを辺BCで折り返し
 A → E とする。


 定理10の証明の図

 線分ECDにおいて
 2c+2a=180
 c+a=90
 ∠AEC=90−c
      =a
 ∠ABD=∠AEC より
 四角形ABEDは円に内接する
 ∠BAE=∠BEA
 ∠ADB=∠AEB
 ∠BDC=∠BAE よって
 ∠ADB=BDC が成立

 角度を調べていくと
 傍心の外角にあたる
 ∠CAD+2∠CAB=180
 もわかります。
 [例題2](40,20,50,80)
 (40,20,50,80)の問題の図
         (40,20,50,80)
    〔例題2の解答〕
  △ACD の∠ACDの外角の
  二等分線がBCである。
  ∠ACD=2∠ABD
  このとき、点Bは△ACD
  の傍心になる。
  BDは∠ADCの二等分線
   ∠ADB=∠BDC=30°


        答え 30°

[定理7]ラングレーB型〜

  四角形ABCDにおいて、
 ∠ABD=∠DBC=a 
 ∠BDC=e ∠ADB=f のとき
 a+e+f=90
 を満たすならば、
 点Dは△ABCの傍心である。

 定理7の図
[定理7]のための補題

  [定理7]のための補題 
    

  四角形ABCDにおいて、
  ∠ABD=a 、∠BDC=e 
  ∠ADB=f のとき、
  a+e+f=90 を満たすならば、
  △ABDの外心は 
       直線DC上にある。

 定理7の補題の図

  上記補題の証明 

 △ABDの外心を点Oとすると
 円周角と中心角の関係から
 ∠AOB=2f 、∠AOD=2a
 △OBDは二等辺三角形より、
 ∠ODB=
    =(180−(2a+2f))/2
   a+f=90ーe から  
 ∠ODB=
   =(180−(180−2e))/2
   =e
 よって、O、C、Dは同一直線上 
 △ABDの外心Oは
       直線DC上にある。

 補題の証明図

   [定理7]の証明
 BA,BCの延長上にF,Hをとる。
 上の補題から a+e+f=90 
 より△BDCの外心Oは
        直線AD上にあり、
 中心角∠COD=2∠CBD
              =2a
     ∠ABC=2a から、
 4点 O、B,C、Aは同一円
 周上で ∠BOC=2∠BDC
      =∠BAC=2e
 △ABDの内角より、
 ∠DAC=
    =180−a−2e−f
    =180−(a+e+f)−e
    =180−90−e
    =90−e
 ∠FAD=180ー2eー(90−e)
      =90−e
 ADは外角FACの二等分線
 同様にして
 CDも外角ACHの二等分線
 以上から、点Dは△ABCの傍心

 (f<aのとき、外心Oが点Aより
  右側の時も同様にいけます。) 

 定理7の証明図
[例題3](20,40,30,30)

     [例題3]の答え
  ∠ADB=∠CDB 
  20+40+30=90 
  から、 定理7より、 点Bは
  △ADCの傍心で
  ∠ACD=2∠ABD=40
  △BCDの内角より∠ACB=70
  
答え 70°

  定理7の証明から、
  ∠ACB=90−∠ABD
  の関係があり。

 (20,40,30,30)の問題の図