题目
在\(\triangle \text{ABC}\)中,\(\text{AD, BE, CF}\)分别是\(\text{BC, AC, AB}\)边上的中线,且三线交于点\(\text{G}\)。设\(S_{\triangle\text{ABC}}=S\),求\(\text{AD, BE, CF}\)三边围成的三角形面积,用\(\text{S}\)表示。
来,上图!(就是这三条蓝色的边):
解答
此题解法有很多,这里选取一种计算比较简单的解法:
首先,由三角形重心的性质中“重心到顶点的距离是重心到对边中点的距离的2倍”,可得\(\text{FG}=\frac12\text{CG}\)。
由于这三条边并不能简单地组成一个三角形,因此考虑进行平移。
在此之前,由于三条线段太长,先考虑能否放缩。这里当然可以,因为由上述性质,\(\frac{\text{AG}}{\text{AD}}=\frac{\text{BG}}{\text{BE}}=\frac{\text{CG}}{\text{CF}}=\frac23\),可以用海伦公式或者三角形的相似证明\(\text{AG, BG, CG}\)组成的三角形的面积是\(\text{AD, BE, CF}\)组成的三角形的\((\frac{2}{3})^2=\frac{4}{9}\)。
由于\(\text{F}\)点是中点,考虑进行中线加倍。
而且恰巧,如果对\(\text{GF}\)延长(加倍)至\(\text{H}\)可以使\(\text{CG}\)转移至\(\text{GH}\)。
如图:
通过简单的中线加倍,我们成功地把\(\text{CG}\)移到了\(\text{HG}\),把\(\text{BG}\)移到了\(\text{AH}\)。
这样一来,我们就构造了一个和原来三条边具有强关联性的\(\triangle\text{AGH}\)。
接下来就比较简单了:
由于\(\text F\)是\(\text{HG}\)的中点,得\(S_{\triangle\text{AGH}}=2S_{\triangle\text{AGF}}\)。
再由\(\text{D, E, F}\)三个中点以及\(\text G\)重心的性质,易推出\(S_{\triangle\text{AGF}}=\frac16 S_{\triangle\text{ABC}}=\frac16 S\)。
因此,\(S_{\triangle\text{AGH}}=\frac13 S\)。
接下来,由于
\(\text{AG, BG, CG}\)组成的三角形的面积是\(\text{AD, BE, CF}\)组成的三角形的\((\frac{2}{3})^2=\frac{4}{9}\)。
这一条结论,以及\(\text{AG, BG, CG}\)组成的三角形其实就是\(\triangle\text{AGH}\),我们可以得出题目的答案为\(\frac13 S\div\frac49=\frac34 S\)。
因此,有结论:
三角形的三条中线所围成的三角形的面积,等于原三角形的\(\frac34\)。