内容正文:
专题02 四心问题与奔驰定理10种常见考法归类
题型脑图·核心考法构建
考法深研·解题技能通关
题型01 三角形重心的判断
1.核心逻辑
重心是三条中线交点;向量核心条件:;动点向量表达式若可以变形指向某条中线,则轨迹过重心。取边中点,利用向量加法的平行四边形法则,判断动点是否落在中线上。
2.解题步骤
①看到向量式子,取三角形某一边中点;
②利用向量加减法化简,看是否可以写成与中线共线的向量;
③若动点始终在中线上,则轨迹经过重心;
④记住:重心分中线的比值(顶点到重心重心到中点)。
3.易错提醒
混淆重心向量公式;看不出中点条件,不会做向量变形;把重心当成到三顶点距离相等(那是外心)。
1.(2026高一·甘肃张掖·阶段检测)已知是平面上的一定点,,,是平面上不共线的三个动点,若动点满足,,则点的轨迹一定通过的____(填“内心”“外心”“重心”或“垂心” .
【答案】重心
【分析】利用向量的线性运算,结合向量共线及三角形重心性质判断即可.
【详解】由,得,
设边的中点为,则,于是,
即,因此点在射线上(除点外),
所以点的轨迹必过的重心.
故答案为:重心
2.(2026高一·全国·单元测试)为平面上一动点,是平面上不共线的三点,且满足,则点的轨迹必过的( )
A.垂心 B.外心 C.内心 D.重心
【答案】D
【分析】由题意为平面内的动点,是平面内不共线的三点,满足,可得出必过的中点,由此可以得出点的轨迹一定过三角形的重心.
【详解】如图,设为边的中点,,
,
共线,
即点在底边的中线上.
故选:D.
3.(第2讲三点成一线系数和为一)已知,为平面内任意一点,动点满足,则点的轨迹一定经过( )
A.的内心 B.的垂心
C.的重心 D.的外心
【答案】C
【分析】取中点为,根据向量的线性运算,以及共线定理,即可判断.
【详解】先设的中点为,则,
又因为,
而,
由三点共线的充要条件知三点共线,
则点的轨迹一定经过的重心.
故选:C.
4.(2026高一·全国·专题练习)已知点在所在的平面内,满足(),则动点的轨迹一定通过的( )
A.内心 B.垂心 C.外心 D.重心
【答案】D
【详解】令边上的高为,则有,
令边的中点为,则,因此,,
即,所以动点的轨迹一定通过的重心.故选:D.
5.(2026高三·海南海口·阶段检测)已知所在平面内的动点满足,且实数,形成的向量与向量共线,则动点的轨迹必经过的( )
A.垂心 B.内心 C.外心 D.重心
【答案】D
【分析】利用向量共线的坐标公式通过与向量共线,经过整理得到,将其代入,经过整理得到,,利用向量减法的三角形法则得到,取的中点,由向量加法的平行四边形法则得到,将其代入得到,动点的轨迹必经过的重心.
【详解】与向量共线,故,
即,解得,
将代入,得到,
即,所以,
取的中点,则有,
故,所以动点的轨迹必经过的重心.
故选:D.
题型02 重心性质的应用
1.核心逻辑
重心把三角形分成三块面积相等的小三角形;过重心的直线交两边,满足向量三点共线结论;可以结合余弦定理、数量积、函数求最值。
2.解题步骤
①使用重心向量关系式做向量变形;
②过重心的直线:设参数,利用三点共线条件列等式求参数关系;
③面积问题:三块小三角形面积相等;
④求模长、数量积:向量平方,转化边长计算;求最值可以建系。
3.易错提醒
记错分中线比例;忽略三点共线条件;向量平方漏掉交叉数量积项。
6.(2026高一·上海·课后作业)如图,已知,,是中线,G为重心,则___________;___________.(用向量、表示)
【答案】
【分析】根据平面向量线性运算法则计算可得,再由重心的性质得到,从而得解.
【详解】因为是中线,所以为的中点,所以,
所以,
又G为的重心,所以.
故答案为:;
7.(2026高一·江西·期末)已知点O是的重心,内角A,B,C所对的边长分别为a,b,c,且,则______.
【答案】
【分析】利用重心的向量性质,即可得到边的关系,再利用余弦定理即可求角.
【详解】由点O是的重心,可知:,
又,可设,则,
再由余弦定理得:,
又因为,所以.
故答案为:
8.(2026高三·辽宁沈阳·阶段检测)如图,点G为的重心,过点G的直线分别交直线AB,AC点D,E两点,,,则m+n=______.
【答案】1
【分析】延长交于,由于点G为△ABC的重心,可得,再将已知条件代入,利用三点共线可得,
【详解】延长交于,因为点G为△ABC的重心,
则,
所以
因为,,
所以,
因为三点共线,
所以.
故答案为:1
9.【多选】(2026高一·辽宁·期中)已知为的重心,D为BC的中点,则下列等式成立的是( )
A. B.
C. D.
【答案】BC
【分析】利用三角形重心定理,结合向量线性运算,逐项分析判断作答.
【详解】如图,为的重心,D为BC的中点,
因三角形重心到三顶点的距离不一定相等,A不正确;
,则,B正确;
,C正确;
,D不正确.
故选:BC
10.【多选】(2026高一·江苏无锡·阶段检测)已知的重心为G,点E是边上的动点,则下列说法正确的是( )
A.
B.若,则的面积是面积的
C.若,,则
D.若,,则当取得最小值时,
【答案】BCD
【分析】根据三角形重心的向量性质判断A,由向量的线性运算求得与的关系,判断B,由数量积的定义计算判断C,设,计算数量积后求最小值,从而可计算出判断D.
【详解】因为的重心为G,所以,所以,A错;
,B正确;
,, 是等腰三角形,,
是锐角,,
,
,C正确;
设,,
,
所以时,取得最小值,
此时, D正确.
故选:BCD.
题型03 三角形外心的判断
1.核心逻辑
外心是外接圆圆心,到三个顶点距离相等:;
向量条件:取边中点,,即外心与边中点连线垂直这条边。动点落在边的垂直平分线上,则轨迹过外心。
2.解题步骤
①条件出现模长相等,直接判定在外心;
②取线段中点,做向量数量积,判断是否垂直,确认是否在垂直平分线上;
③两条垂直平分线交点即为外心。
3.易错提醒
把外心和重心混淆;数量积运算化简出错;直角三角形外心在斜边中点,容易忽略。
11.(2026高三·山西太原·期中)已知点在所在平面内,满,,则点依次是的( )
A.重心,外心 B.内心,外心 C.重心,内心 D.垂心,外心
【答案】A
【分析】设中点为,进而结合向量加法法则与共线定理得三点共线,在的中线,进而得为的重心,根据题意得点为的外接圆圆心,进而可得答案.
【详解】解:设中点为,因为,
所以,即,
因为有公共点,
所以,三点共线,即在的中线,
同理可得在的三条中线上,即为的重心;
因为,
所以,点为的外接圆圆心,即为的外心
综上,点依次是的重心,外心.
故选:A
12.已知是所在平面上一点,若,则是的( )
A.重心 B.外心 C.内心 D.垂心
【答案】B
【分析】由已知可得,由此可得出结论.
【详解】因为,则,所以,是的外心.
故选:B.
13.(2026高一·四川眉山·阶段检测)设O是所在平面内一定点,P是平面内一动点,若,则点O是的
A.内心 B.外心 C.重心 D.垂心
【答案】B
【解析】设的中点分别为,可得,再由已知可得,得,同理可得,即可得出结论.
【详解】设的中点分别为,
,
,
所以,点在线段的垂直平分线上,
同理点在线段的垂直平分线上,
所以为的外心.
故选:B.
【点睛】本题考查三角形外心的向量表示,考查向量线性运算以及垂直的向量表示,考查数形结合思想,属于中档题.
14.(2026高一·广东东莞·期中)点是所在平面内一点,若,则点的轨迹经过的( )
A.垂心 B.重心 C.内心 D.外心
【答案】D
【详解】取线段的中点,则,
因为,所以,
则,所以,
则点的轨迹经过的外心.
15.(2026高一·安徽马鞍山·期中)点O在ABC所在的平面内,若,则O为ABC的( )
A.重心 B.垂心 C.内心 D.外心
【答案】D
【分析】根据已知条件作出图形,利用向量的线性运算及数量积运算,结合向量垂直的条件及三角形外心的定义即可求解.
【详解】分别取AB的中点为D,BC的中点为E,如图所示
则,,
由得,
所以,所以垂直平分线段,
由得,
所以,所以垂直平分线段,
所以点O为ABC的外心.
故选:D.
题型04 外心性质的应用
1.核心逻辑
外心到三顶点距离等于外接圆半径;常用技巧:取边中点,利用这个二级结论;可结合平方、数量积、三角函数求解。
2.解题步骤
①遇到外心,优先取各边中点,利用垂直关系处理数量积;
②向量等式两边平方,结合外接圆半径进行计算;
③判断三角形形状,直角三角形外心在斜边中点;
④求参数:列方程组求解系数。
3.易错提醒
直接把当成;不会使用中点简化数量积计算。
16.(2026高一·陕西咸阳·期中)若O为的外心,且,则______.
【答案】0
【分析】根据已知条件判断三角形的形状,进而计算向量的数量积.
【详解】由得即,
∴点是的中点,
故是直角三角形,且,
∴,
故答案为:0.
17.(2026高三·全国·专题练习)已知三角形的外心满足,则_____.
【答案】/
【分析】依题意可得,平方后求出,再由二倍角公式得到,最后应用同角三角函数关系求出答案.
【详解】不妨设的外接圆半径
因为,所以,
两边平方得:,
因为三角形的外接圆半径为1,所以,
故,解得:,
因为,而,
所以,
因为,
故.
故答案为:
18.(2026高一·山东淄博·期中)已知是的外心,,,则向量在向量上的投影向量为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】首先判断的形状,再代入投影向量公式,即可求解.
【详解】由,可知点为的中点,且是的外心,
所以,又因为,则,则,
所以向量在向量上的投影向量为.
故选:C
19.(2026·上海普陀·模拟预测)已知点为的外心,且,则为( )
A.锐角三角形 B.直角三角形 C.钝角三角形 D.不能确定
【答案】C
【分析】取的中点,的中点,的中点,可得,,,分别利用,,和余弦定理可得答案.
【详解】三个角所对的三边分别为,
取的中点,的中点,的中点,
连接,,,则,,,
所以,
,
,
因为,
所以,即,
由余弦定理得,因为,所以,
即为钝角三角形.
故选:C.
20.(2026高三·北京·阶段检测)在中,,,,为的外心,若,、,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】作出图形,先推导出,同理得出,由此得出关于实数、的方程组,解出这两个未知数的值,即可求出的值.
【详解】如下图所示,取线段的中点,连接,则且,
,
同理可得,
,
由,可得,即,
解得,,因此,.
故选:C.
【点睛】本题考查利用三角形外心的向量数量积的性质求参数的值,解题的关键就是利用三角形外心的向量数量积的性质列方程组求解,考查分析问题和解决问题的能力,属于中等题.
题型05 三角形内心的判断
1.核心逻辑
内心是角平分线交点;经典向量模型:,是方向单位向量;菱形模型,两个单位向量相加指向角平分线。
2.解题步骤
①识别单位向量相加的结构,判定在角平分线上;
②两条角平分线交点即为内心;
③向量表达式有边长系数,可以联想奔驰定理。
3.易错提醒
分不清单位向量;把内心向量条件和重心搞混;忘记菱形模型的几何意义。
21.(2026高一·黑龙江哈尔滨·阶段检测)已知,角的对边分别为,为三角形所在平面上的一点,且点满足,则为三角形的( ).
A.外心 B.内心 C.重心 D.垂心
【答案】B
【分析】由题可得,可得点在的角平分线上,同理点在的角平分线上,可得为的内心.
【详解】因为,
,
,
所以点在的角平分线上.
同理可得:点在的角平分线上.
所以点为的内心.
故选:B
22.(河南省南阳市2025-2026学年高一学期期中质量评估数学试卷)在中,若,,则点的轨迹必经过的( )
A.内心 B.外心 C.重心 D.垂心
【答案】A
【分析】根据平面向量加法及数乘的几何意义作出图形,即可得出判断.
【详解】因为是与同向的单位向量,是与同向的单位向量,
如图,设,,
则可化为:,且,
以,为邻边作平行四边形,
则,且平行四边形为菱形,所以平分,
所以,
又为公共端点,所以,,三点共线,所以在的平分线上,
则点的轨迹必经过的内心,
故选:A.
23.(2026·四川南充·模拟预测)点为所在平面内一点,若,则点为的( )
A.内心 B.重心 C.垂心 D.外心
【答案】A
【分析】分别在边上取同方向的单位向量和,由条件推得,进而得到平分,同理平分,即得结论.
【详解】如图,向量,分别表示在边和上取同方向的单位向量和,
则,
由可得,
因,则平分,
同理由,可知平分,
故为的内心.
24.(2026高一·全国·专题练习)已知点是内任意一点,,且,则点的轨迹一定经过的( ).
A.内心 B.垂心 C.重心 D.外心
【答案】A
【分析】设,分析得到是的角平分线,从而,所以点的轨迹经过的内心.
【详解】因为,
所以.
设,
因为,所以点在线段上且,
由角平分线的性质得是的角平分线,
而,所以点的轨迹经过的内心.
故选:A.
25.(2026高一·黑龙江哈尔滨·阶段检测)设不共线的的夹角为,定义运算.其中正确命题的个数为( )
①;②;③若,则;④若平面向量,,平面内动点满足,则动点的轨迹过的内心.
A.0 B.1 C.2 D.3
【答案】C
【分析】对于①③④,由定义和向量相关概念可得①错误,③④正确;对于②,举出反例;
【详解】对于①,,,
因为不共线,故与肯定不相等,
所以不成立,①错误;
对于②,不妨设,,,
, ,
故,
,,
而,
,,
,
故,
,②错误;
对于③,,
若,则,
又,故,
由于不共线,不共线,要想上式成立,非零向量需共线,
设,,由于恒成立,故,③正确;
对于④,,,
故
,
,
而表示的平分线所在向量,
故点的轨迹所在直线过的内心,④正确.
题型06 内心性质的应用
1.核心逻辑
内心到三边距离相等,等于内切圆半径;奔驰定理中内心对应系数为三边边长,即;角平分线定理配合向量运算。
2.解题步骤
①已知内心,优先使用奔驰定理,得到三边比例;
②角平分线定理得到线段比例,转化向量;
③建系:求出内心坐标,进行坐标运算;
④结合内切圆面积公式。
3.易错提醒
奔驰定理内心的系数记混;角平分线比例搞反;计算内心坐标出错。
26.(2026高一·云南红河·阶段检测)已知的内心为,且,则______.
【答案】
【分析】借助奔驰定理,以此得出三角形三边之比,然后利用余弦定理计算即可
【详解】先证明奔驰定理:.
证明:延长与交于点,
则
,
根据,有,
由共线定理有,
根据代入
) ,
移项合并有,
所以,
在中,设、、的对边分别为、、,
因为,由奔驰定理得,
所以,故.
故.
27.在中,I为的内心,若,则__________.
【答案】
【分析】根据内心的性质和向量关系可得到三角形三边的比值,然后根据勾股定理的逆定理可知三角形为直角三角形,从而得出的值.
【详解】根据题意,画出图形为:
因为是的内心,所以根据内心的性质和向量关系可知,
若,则,分别为三角形三边的长度.
因为,所以,
根据勾股定理的逆定理,则.
故答案为:90°.
28.(2026高三·全国·专题练习)设为的内心,,,,,则______.
【答案】
【分析】根据为的内心,可以得到等式,由,,分别表示,,得到关于,,的等式,令两个等式相对应的系数相等即可.
【详解】插入分点,得,
即,
又,从而有,得,
所以,
故答案为:.
29.(2026高三·全国·一轮复习)设为的内心,,,,则______,______.
【答案】 /0.625 /0.3125
【分析】解法1:根据平面向量共线定理即可求解.
解法2:根据题意,以所在直线为轴,的中点为原点建立平面直角坐标系,根据坐标运算即可求解.
【详解】解法1:
,
设为与的交点,如图所示,
由角平分线的性质知,,
故,
则有,解得.
解法2:
以所在直线为轴,的中点为原点建立平面直角坐标系,如图,
则,,.
又设,则,,.
因为是内心,
所以,
又,得,即,则,
所以,从而,
解得.
故答案为:.
30.(2026高一·广西柳州·期中)设为的内心,,,,则_______________
【答案】
【分析】取中点,作,根据内心的特征可知;利用内切圆半径的求法可求得,由长度关系可求得,利用向量线性运算可表示出,由此可得.
【详解】取中点,连接,作,垂足分别为,
,为的角平分线,;
又,,,则;
周长,面积,
内切圆半径,,
又,,
,,
,,.
故答案为:.
题型07 三角形垂心的判断
1.核心逻辑
垂心是三条高线交点;向量核心条件:,,,即垂心与顶点连线垂直对边。
2.解题步骤
①做向量数量积,若点和顶点连线与对边数量积为0,则垂直;
②满足两组垂直,该点即为垂心;
③外心条件结合向量变形推导垂心()。
3.易错提醒
数量积为0代表垂直,不要写成向量等于0;混淆垂心与其他三心的向量条件。
31.(2026·陕西西安·模拟预测)在中,若,则下列说法正确的是( )
A.是的外心 B.是的内心
C.是的重心. D.是的垂心
【答案】D
【分析】首先利用数量积的运算公式变形,判断选项.
【详解】∵,∴,
∴,∴,
同理由,得到,
∴点是的三条高的交点.
故选:D
32.(2026高三·全国·一轮复习)设为的外心,若,则点是的( )
A.重心 B.内心 C.垂心 D.外心
【答案】C
【分析】取BC的中点D,连接OD,AM,BM,CM,由,结合,得到,从而,再由为的外心,得到即可.
【详解】解:取BC的中点D,如图所示,
连接OD,AM,BM,CM.
因为,
所以,
又,则,
所以,
又由于为的外心,
所以,
因此有.同理可得,,
所以点是的垂心.
故选:C.
33.(2026·全国·模拟预测)已知平面上四个点,其中任意三个不共线.若,则直线一定经过三角形的( )
A.外心 B.内心 C.重心 D.垂心
【答案】D
【分析】由题意得,即边上的高所在直线为,由此即可得解.
【详解】因为,所以,
所以,即直线一定经过三角形的边上的高,即直线一定经过三角形的垂心.
故选:D.
34.(2026高三·全国·一轮复习)设是的外心,点满足,则是的( )
A.内心 B.任意一点
C.垂心 D.重心
【答案】C
【详解】由题可得,
由于是的外心,设为线段的中点,
故且,即,
所以,同理,,故是的垂心.
故选:C.
35.已知为所在平面内一点,若,则点是的( ).
A.外心 B.内心 C.重心 D.垂心
【答案】D
【分析】先转化为共起点的向量,对其两边点乘对边向量,提取公因式,再由数量积的值进行判定.
【详解】原式变形为,
,
所以,同理,.
所以是的垂心,
故选:D.
题型08 垂心性质的应用
1.核心逻辑
垂心各条连线垂直对边;奔驰定理垂心系数:,即;常和三角函数结合。
2.解题步骤
①利用垂直条件,数量积等于0列等式;
②奔驰定理处理含有正切的向量等式;
③几何作图,利用高线构造直角三角形,计算面积、边长;
④向量平方求模长。
3.易错提醒
垂心的奔驰定理系数是正切,不要记成边长;锐角、钝角三角形垂心位置不同(钝角在三角形外部)。
36.(2026高二·湖南常德·阶段检测)若点O是锐角三角形的垂心,且,,则的面积为______.
【答案】
【分析】作于,根据为的垂心得出,再由,求出与的关系,再由三角形面积公式求面积.
【详解】过点作于,因为为垂心,所以三点共线,
在中,,所以,
所以.
在中,,
所以,又,所以,
所以,
因此.
故答案:
37.如图,已知是的垂心,且,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据垂心的性质,通过面积比,得出三个角的正切值之比,根据题目条件列出方程,根据两角和的正切公式和同角三角函数关系,求出角的余弦值.
【详解】是的垂心,延长交与点,
设,
,
同理可得,,
又,,
又,,
不妨设,其中,
,
,解得或,
当时,此时,则都是钝角,
则,矛盾.
故,则,是锐角,,
于是,解得.
故选:A.
38.已知H是的垂心,满足,且,则__________.
【答案】
【分析】由向量的线性运算,可得,两边点乘及由垂心向量公式得解.
【详解】由,得,
化简得,再左右点乘及垂心向量公式得
,故.
故答案为:.
39.(2026高一·全国·专题练习)已知点在内,且是的垂心,若,则____.
【答案】
【分析】利用五心的向量表达式可求,利用两角和的正切公式得,进而得,即可求解.
【详解】依题意,取的中点,取的中点,连接,
则,
因为,所以,所以.
所以三点共线,且,连接,则,且,
所以,
如图,延长分别交于点,
在线段上取,使得.连接,
取的中点,取的中点,连接,
则,
因为,所以,
所以三点共线,且,
因为为的中点,所以,且,所以,
所以,
综上可得,
设,
因为,
整理得,可得,因为,
所以.又,所以,所以.
故答案为:.
40.(2026高一·湖北武汉·期中)已知为的垂心,若,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】由垂心的性质得到向量的数量积,解方程组求得,最后求.
【详解】因为是的垂心,所以,
因为,
所以,
,即,即,
,
,
,
所以,
.
题型09 三角形的“四心”问题的综合
1.核心逻辑
综合考察四心向量、欧拉线定理:外心O、重心G、垂心H共线,;多选高频,方法:向量变形、奔驰定理、坐标代入验证。
2.解题步骤
①熟记欧拉线向量关系;
②每个选项:要么向量代数推导,要么特殊三角形(等边、直角三角形)建系代入坐标检验;
③区分四个心对应的向量条件;
④注意钝角三角形部分心在三角形外部。
3.易错提醒
记错欧拉线的比例关系;忽略钝角三角形四心位置;只靠记忆二级结论,不做推导。
41.(2026高一·安徽马鞍山·阶段检测)在中,为内的一点,,则下列说法正确的是( )
A.若P为的重心,则 B.若P为的外心,则
C.若P为的垂心,则 D.若P为的内心,则
【答案】C
【分析】对于ACD:先求出三角形各种心的坐标,然后代入坐标列方程求解;对于B:利用展开计算即可.
【详解】如图建立平面直角坐标系,,
对于A:若为的重心,则,
所以
若,则,解得,所以,A不正确;
对于B:若为的外心,其必在直线上,
所以,B错误;
对于C:若为的垂心,其必在上,设,
则,解得,
此时,
若,则,解得,所以,C正确;
对于D:若为的内心,设内切圆半径为,
则,得,则,
此时,
若,则,解得,所以,D不正确;
故选:C.
42.【多选】(2026高一·黑龙江大庆·阶段检测)数学家欧拉在年提出定理:三角形的外心、重心、垂心依次位于同一条直线上,且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半,此直线被称为三角形的欧拉线,该定理则被称为欧拉线定理.设点、、分别的外心、重心、垂心,且为的中点,则( )
A. B.
C. D.
【答案】BCD
【分析】利用重心的几何性质可判断A选项;由可得,利用平面向量的线性运算可得出,再结合可判断B选项;利用可判断C选项;利用三角形外心的定义可判断D选项.
【详解】对于A选项,因为为的重心,则且,
,,
所以,,故,A错;
对于B选项,由题意可知,,,
因为,则,
,
,B对;
对于C选项,,C对;
对于D选项,因为为的外心,则,D对.
故选:BCD.
43.【多选】(2026高一·湖北·期末)著名数学家欧拉曾提出如下定理:三角形的外心、重心、垂心依次在一条直线上,且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半.此直线称为欧拉线.该定理称为欧拉线定理.已知的外心为,重心为,垂心为,且,,以下结论正确的是( )
A.
B.
C.
D.若,则
【答案】ACD
【分析】对于A,根据三角形重心的向量性质及向量的加减法求得结果;对于B,根据三角形的外心性质结合向量的数量积求得结果;对于C,由欧拉线定理得,即,结合三角形重心的向量性质进行计算即可;对于D,利用正余弦定理及向量的数量积公式进行计算.
【详解】对于A,的重心为,有,且,,
故,故A正确.
对于B,的外心为,有
,故B错误;
对于C,由欧拉线定理得,即,又,
所以,故C正确;
对于D,因为,,,
所以由余弦定理
又,所以,如图,,
由正弦定理可得,所以,
则,故D正确.
故选:ACD.
【点睛】方法点睛:
三角形的三条垂直平分线交于一点,即为外心,外心是三角形外接圆的圆心.
(1);
(2),;.
44.【多选】(2026高一·山东·阶段检测)已知三角形的外心,重心,垂心依次位于同一条直线上,且重心到垂心的距离是重心到外心距离的两倍.若的外心为,重心为,垂心为为边的中点,且,则下列结论正确的有( )
A. B.
C. D.
【答案】ACD
【分析】根据给定条件,利用向量与四心的性质逐项求解判断.
【详解】对于A,由重心为G,得,
则,A正确;
对于B,外心为O,有,,
,B错误;
对于C,由重心为G,得,由欧拉线定理得,
因此,C正确;
对于D,由,得,则,
,D正确.
故选:ACD
45.【多选】(2026高一·安徽合肥·阶段检测)已知P为所在的平面内一点,则下列命题正确的是( )
A.若P为的垂心,,则
B.若P为锐角的外心,且,则
C.若P为的重心,则
D.若,则点P的轨迹经过的内心
【答案】AB
【分析】根据计算可判断A;设为中点,则根据题意得三点共线,且,进而得判断B;由重心的性质可知可判断C;设中点为,根据题意计算得,进而得可判断D.
【详解】对于A选项,因为,又因为为的垂心,所以,
所以,故A正确;
对于B选项,因为且,
所以,整理得:,即,
如图所示,设为中点,则,所以三点共线,
又因为为锐角的外心,则,所以垂直平分,故,故B正确;
对于C选项,如图所示,设中点为,则,由重心的性质可知,故C错误;
对于D选项,因为
,
如图所示,设中点为,则,所以,
所以,
所以,即,
所以,故在中垂线上,故点的轨迹经过的外心,故D错误.
故选:AB.
题型10 奔驰定理
1.核心逻辑
奔驰定理:为内一点,,则
四心对应奔驰定理:
重心:
内心:
垂心:
外心也可以转化面积比;定理只对点在三角形内部成立。
2.解题步骤
①看到三角形内部一点的向量线性等式,优先联想奔驰定理;
②向量系数之比等于三个小三角形面积之比;
③已知四心,直接写出对应系数比例;
④已知向量等式反推面积比,进一步求边长、角度;
⑤点在三角形外部,面积要带上正负号。
3.易错提醒
直接把奔驰定理用于三角形外部的点;混淆四心对应的面积系数;分不清分别对应哪个小三角形。
46.【多选】(2026高一·重庆·阶段检测)如图,为内任意一点,角的对边分别为.总有优美等式成立,因该图形酷似奔驰汽车车标,故又称为奔驰定理.则以下命题是真命题的有( )
A.若是的重心,则有
B.若成立,则是的内心
C.若,则
D.若是的外心,,则
【答案】ABD
【分析】根据重心性质可得,再由奔驰定理可判断A正确,结合内心性质以及奔驰定理可知,因此是的内心,即B正确;利用平面向量共线定理可知,计算可得C错误,再由外心性质以及三角换元结合辅助角公式,由三角函数值域计算可得D正确.
【详解】对于A,不妨取分别为的中点,如下图所示:
所以,,
同理可得,所以,
又因为,所以,即A正确;
对于B,记点到的距离分别为,
,
因为,所以,
即,又因为,所以,
因此是的内心,即B正确;
对于C,若,所以,
因此,,
可得
化简可得,
又因为不共线,所以,解得;
因此,
则,所以C错误;
对于D,若是的外心,,所以,
又易知,所以,
因为,则,
化简可得,由题意可得同时为负,
记,其中,则,
因为,所以,
可得,即,因此D正确.
47.【多选】(2026高一·江苏苏州·阶段检测)如图,P为内任意一点,角A,B,C的对边分别为a,b,c总有优美等式成立,因为图形酷似奔驰汽车车标,故又称为奔驰定理,则以下正确的命题为( )
A.若P是的重心,则有
B.若成立,则是的内心
C.若P是的外心,,,则的最小值是
D.若,则
【答案】ABC
【分析】对于A利用重心的性质,代入奔驰定理公式即可;对于B利用三角形的面积公式结合奔驰定理,可知点到三边的距离相等;对于C根据外心性质结合三角形的圆心角为圆周角的两倍,再将两边平方,化简可得,结合一般不等式求解范围即可;对于D由,整理得,再根据奔驰定理求解面积比值即可.
【详解】选项A:若是的重心,根据重心性质,三个小三角形面积相等:,
代入奔驰定理得:,即,A正确;
选项B:若,结合奔驰定理,
得面积比.
又,,,可得,
即到三边距离相等,故是的内心,B正确;
选项C:是外心,故(为外接圆半径),
由,得圆心角.
由,得,
代入,,化简得.
因为在内,结合奔驰定理系数为正,得,
故,
所以,即,当且仅当时取等号,
最小值为,C正确;
选项D:由,整理得:,
即,根据奔驰定理,
所以,D错误.
48.【多选】(2026高一·宁夏银川·阶段检测)三角形中的奔驰定理是指:是内一点,,,的面积分别为,,,则.若,则以下命题正确的有( )
A.
B.有可能是的重心
C.若为的外心,则
D.若为的内心,则为直角三角形
【答案】ACD
【详解】根据奔驰定理:的系数之比等于对应三角形的面积之比,即.
若是的重心,则,与,所以不是的重心.
当为的外心时,,
所以,即.
当为的内心时,,其中为内切圆半径,所以,因此,所以为直角三角形.
49.【多选】(2026高一·辽宁大连·期中)“奔驰定理”因其几何表示酷似奔驰的标志得来,是平面向量中一个非常优美的结论.奔驰定理与三角形四心(重心、内心、外心、垂心)有着神秘的关联.它的具体内容是:已知M是内一点,,,的面积分别为,,,且.以下命题正确的是( )
A.若,则M为的重心
B.若M为的内心,则
C.若,,M为的外心,则
D.若M为的垂心,,则
【答案】ABD
【分析】A选项,作出辅助线,得到,故,同理得到,,所以M为的重心,故A项正确;B选项,设内切圆半径为r,得到,,,代入公式得到;C选项,设的外接圆半径为R,表达出,,,从而得到答案;D选项,求出,设,,由面积比得到,,由三角函数值得到方程,得到,同理得到,利用求出答案.
【详解】对于A,取BC的中点Q,连接MQ,
由,则,
所以,
所以A,M,Q三点共线,且,
设R,T分别为AB,AC的中点,同理可得,,
所以M为的重心,故A项正确;
对于B,由M为的内心,设内切圆半径为r,
则有,,,
所以,
即,故B项正确;
对于C,由M为的外心,设的外接圆半径为R,
又因为,,
所以,,,
所以,
,
,
所以,故C错误;
对于D,延长AM交BC于点D,延长BO交AC于点F,延长CO交AB于点E,
由M为的垂心,,则,
又,则,,
设,,则,,
所以,即,
所以,同理,
故,,
∴
,故D正确.
故选:ABD.
【点睛】结论点睛:点为所在平面内的点,且,则点为的重心,
点为所在平面内的点,且,则点为的垂心,
点为所在平面内的点,且,则点为的外心,
点为所在平面内的点,且,则点为的内心,
50.【多选】(2026高一·山东·阶段检测)“奔驰定理”因其几何表示酷似奔驰的标志得来,是平面向量中一个非常优美的结论.奔驰定理与三角形四心(重心、内心、外心、垂心)有着神秘的关联.它的具体内容是:已知M是内一点,,,的面积分别为,,,且.以下命题正确的有( )
A.若,则M为的重心
B.若M为的内心,则
C.若,,M为的外心,则
D.若M为的垂心,,则
【答案】ABD
【分析】A选项,,作出辅助线,得到,,三点共线,同理可得为的重心;B选项,设内切圆半径为,将面积公式代入得到;C选项,设外接圆半径,由三角形面积公式求出三个三角形的面积,得到比值;D选项,得到,作出辅助线,由面积关系得到线段比,设,,,表示出,,,结合三角函数得到,进而求出余弦值.
【详解】对A选项,因为,所以,
取的中点,则,所以,
故,,三点共线,且,
同理,取中点,中点,可得,,三点共线,,,三点共线,
所以为的重心,A正确;
对B选项,若为的内心,可设内切圆半径为,
则,,,
所以,
即,B正确;
对C选项,若,,为的外心,则,
设的外接圆半径为,故,,
,
故,,,
所以,C错误;
对D选项,若为的垂心,,
则,
如图,,,,相交于点,
又,
,即,
,即,
,即,
设,,,则,,,
因为,,
所以,即,
,则,D正确;
故选:ABD.
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专题02 四心问题与奔驰定理10种常见考法归类
题型脑图·核心考法构建
考法深研·解题技能通关
题型01 三角形重心的判断
1.核心逻辑
重心是三条中线交点;向量核心条件:;动点向量表达式若可以变形指向某条中线,则轨迹过重心。取边中点,利用向量加法的平行四边形法则,判断动点是否落在中线上。
2.解题步骤
①看到向量式子,取三角形某一边中点;
②利用向量加减法化简,看是否可以写成与中线共线的向量;
③若动点始终在中线上,则轨迹经过重心;
④记住:重心分中线的比值(顶点到重心重心到中点)。
3.易错提醒
混淆重心向量公式;看不出中点条件,不会做向量变形;把重心当成到三顶点距离相等(那是外心)。
1.(2026高一·甘肃张掖·阶段检测)已知是平面上的一定点,,,是平面上不共线的三个动点,若动点满足,,则点的轨迹一定通过的____(填“内心”“外心”“重心”或“垂心” .
2.(2026高一·全国·单元测试)为平面上一动点,是平面上不共线的三点,且满足,则点的轨迹必过的( )
A.垂心 B.外心 C.内心 D.重心
3.已知,为平面内任意一点,动点满足,则点的轨迹一定经过( )
A.的内心 B.的垂心
C.的重心 D.的外心
4.(2026高一·全国·专题练习)已知点在所在的平面内,满足(),则动点的轨迹一定通过的( )
A.内心 B.垂心 C.外心 D.重心
5.(2026高三·海南海口·阶段检测)已知所在平面内的动点满足,且实数,形成的向量与向量共线,则动点的轨迹必经过的( )
A.垂心 B.内心 C.外心 D.重心
题型02 重心性质的应用
1.核心逻辑
重心把三角形分成三块面积相等的小三角形;过重心的直线交两边,满足向量三点共线结论;可以结合余弦定理、数量积、函数求最值。
2.解题步骤
①使用重心向量关系式做向量变形;
②过重心的直线:设参数,利用三点共线条件列等式求参数关系;
③面积问题:三块小三角形面积相等;
④求模长、数量积:向量平方,转化边长计算;求最值可以建系。
3.易错提醒
记错分中线比例;忽略三点共线条件;向量平方漏掉交叉数量积项。
6.(2026高一·上海·课后作业)如图,已知,,是中线,G为重心,则___________;___________.(用向量、表示)
7.(2026高一·江西·期末)已知点O是的重心,内角A,B,C所对的边长分别为a,b,c,且,则______.
8.(2026高三·辽宁沈阳·阶段检测)如图,点G为的重心,过点G的直线分别交直线AB,AC点D,E两点,,,则m+n=______.
9.【多选】(2026高一·辽宁·期中)已知为的重心,D为BC的中点,则下列等式成立的是( )
A. B.
C. D.
10.【多选】(2026高一·江苏无锡·阶段检测)已知的重心为G,点E是边上的动点,则下列说法正确的是( )
A.
B.若,则的面积是面积的
C.若,,则
D.若,,则当取得最小值时,
题型03 三角形外心的判断
1.核心逻辑
外心是外接圆圆心,到三个顶点距离相等:;
向量条件:取边中点,,即外心与边中点连线垂直这条边。动点落在边的垂直平分线上,则轨迹过外心。
2.解题步骤
①条件出现模长相等,直接判定在外心;
②取线段中点,做向量数量积,判断是否垂直,确认是否在垂直平分线上;
③两条垂直平分线交点即为外心。
3.易错提醒
把外心和重心混淆;数量积运算化简出错;直角三角形外心在斜边中点,容易忽略。
11.(2026高三·山西太原·期中)已知点在所在平面内,满,,则点依次是的( )
A.重心,外心 B.内心,外心 C.重心,内心 D.垂心,外心
12.已知是所在平面上一点,若,则是的( )
A.重心 B.外心 C.内心 D.垂心
13.(2026高一·四川眉山·阶段检测)设O是所在平面内一定点,P是平面内一动点,若,则点O是的
A.内心 B.外心 C.重心 D.垂心
14.(2026高一·广东东莞·期中)点是所在平面内一点,若,则点的轨迹经过的( )
A.垂心 B.重心 C.内心 D.外心
15.(2026高一·安徽马鞍山·期中)点O在ABC所在的平面内,若,则O为ABC的( )
A.重心 B.垂心 C.内心 D.外心
题型04 外心性质的应用
1.核心逻辑
外心到三顶点距离等于外接圆半径;常用技巧:取边中点,利用这个二级结论;可结合平方、数量积、三角函数求解。
2.解题步骤
①遇到外心,优先取各边中点,利用垂直关系处理数量积;
②向量等式两边平方,结合外接圆半径进行计算;
③判断三角形形状,直角三角形外心在斜边中点;
④求参数:列方程组求解系数。
3.易错提醒
直接把当成;不会使用中点简化数量积计算。
16.(2026高一·陕西咸阳·期中)若O为的外心,且,则______.
17.(2026高三·全国·专题练习)已知三角形的外心满足,则_____.
18.(2026高一·山东淄博·期中)已知是的外心,,,则向量在向量上的投影向量为( )
A. B. C. D.
19.(2026·上海普陀·模拟预测)已知点为的外心,且,则为( )
A.锐角三角形 B.直角三角形 C.钝角三角形 D.不能确定
20.(2026高三·北京·阶段检测)在中,,,,为的外心,若,、,则( )
A. B. C. D.
题型05 三角形内心的判断
1.核心逻辑
内心是角平分线交点;经典向量模型:,是方向单位向量;菱形模型,两个单位向量相加指向角平分线。
2.解题步骤
①识别单位向量相加的结构,判定在角平分线上;
②两条角平分线交点即为内心;
③向量表达式有边长系数,可以联想奔驰定理。
3.易错提醒
分不清单位向量;把内心向量条件和重心搞混;忘记菱形模型的几何意义。
21.(2026高一·黑龙江哈尔滨·阶段检测)已知,角的对边分别为,为三角形所在平面上的一点,且点满足,则为三角形的( ).
A.外心 B.内心 C.重心 D.垂心
22.(河南省南阳市2025-2026学年高一学期期中质量评估数学试卷)在中,若,,则点的轨迹必经过的( )
A.内心 B.外心 C.重心 D.垂心
23.(2026·四川南充·模拟预测)点为所在平面内一点,若,则点为的( )
A.内心 B.重心 C.垂心 D.外心
24.(2026高一·全国·专题练习)已知点是内任意一点,,且,则点的轨迹一定经过的( ).
A.内心 B.垂心 C.重心 D.外心
25.(2026高一·黑龙江哈尔滨·阶段检测)设不共线的的夹角为,定义运算.其中正确命题的个数为( )
①;②;③若,则;④若平面向量,,平面内动点满足,则动点的轨迹过的内心.
A.0 B.1 C.2 D.3
题型06 内心性质的应用
1.核心逻辑
内心到三边距离相等,等于内切圆半径;奔驰定理中内心对应系数为三边边长,即;角平分线定理配合向量运算。
2.解题步骤
①已知内心,优先使用奔驰定理,得到三边比例;
②角平分线定理得到线段比例,转化向量;
③建系:求出内心坐标,进行坐标运算;
④结合内切圆面积公式。
3.易错提醒
奔驰定理内心的系数记混;角平分线比例搞反;计算内心坐标出错。
26.(2026高一·云南红河·阶段检测)已知的内心为,且,则______.
27.在中,I为的内心,若,则__________.
28.(2026高三·全国·专题练习)设为的内心,,,,,则______.
29.(2026高三·全国·一轮复习)设为的内心,,,,则______,______.
30.(2026高一·广西柳州·期中)设为的内心,,,,则_______________
题型07 三角形垂心的判断
1.核心逻辑
垂心是三条高线交点;向量核心条件:,,,即垂心与顶点连线垂直对边。
2.解题步骤
①做向量数量积,若点和顶点连线与对边数量积为0,则垂直;
②满足两组垂直,该点即为垂心;
③外心条件结合向量变形推导垂心()。
3.易错提醒
数量积为0代表垂直,不要写成向量等于0;混淆垂心与其他三心的向量条件。
31.(2026·陕西西安·模拟预测)在中,若,则下列说法正确的是( )
A.是的外心 B.是的内心
C.是的重心. D.是的垂心
32.(2026高三·全国·一轮复习)设为的外心,若,则点是的( )
A.重心 B.内心 C.垂心 D.外心
33.(2026·全国·模拟预测)已知平面上四个点,其中任意三个不共线.若,则直线一定经过三角形的( )
A.外心 B.内心 C.重心 D.垂心
34.(2026高三·全国·一轮复习)设是的外心,点满足,则是的( )
A.内心 B.任意一点
C.垂心 D.重心
35.已知为所在平面内一点,若,则点是的( ).
A.外心 B.内心 C.重心 D.垂心
题型08 垂心性质的应用
1.核心逻辑
垂心各条连线垂直对边;奔驰定理垂心系数:,即;常和三角函数结合。
2.解题步骤
①利用垂直条件,数量积等于0列等式;
②奔驰定理处理含有正切的向量等式;
③几何作图,利用高线构造直角三角形,计算面积、边长;
④向量平方求模长。
3.易错提醒
垂心的奔驰定理系数是正切,不要记成边长;锐角、钝角三角形垂心位置不同(钝角在三角形外部)。
36.(2026高二·湖南常德·阶段检测)若点O是锐角三角形的垂心,且,,则的面积为______.
37.如图,已知是的垂心,且,则( )
A. B. C. D.
38.已知H是的垂心,满足,且,则__________.
39.(2026高一·全国·专题练习)已知点在内,且是的垂心,若,则____.
40.(2026高一·湖北武汉·期中)已知为的垂心,若,则( )
A. B. C. D.
题型09 三角形的“四心”问题的综合
1.核心逻辑
综合考察四心向量、欧拉线定理:外心O、重心G、垂心H共线,;多选高频,方法:向量变形、奔驰定理、坐标代入验证。
2.解题步骤
①熟记欧拉线向量关系;
②每个选项:要么向量代数推导,要么特殊三角形(等边、直角三角形)建系代入坐标检验;
③区分四个心对应的向量条件;
④注意钝角三角形部分心在三角形外部。
3.易错提醒
记错欧拉线的比例关系;忽略钝角三角形四心位置;只靠记忆二级结论,不做推导。
41.(2026高一·安徽马鞍山·阶段检测)在中,为内的一点,,则下列说法正确的是( )
A.若P为的重心,则 B.若P为的外心,则
C.若P为的垂心,则 D.若P为的内心,则
42.【多选】(2026高一·黑龙江大庆·阶段检测)数学家欧拉在年提出定理:三角形的外心、重心、垂心依次位于同一条直线上,且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半,此直线被称为三角形的欧拉线,该定理则被称为欧拉线定理.设点、、分别的外心、重心、垂心,且为的中点,则( )
A. B.
C. D.
43.【多选】(2026高一·湖北·期末)著名数学家欧拉曾提出如下定理:三角形的外心、重心、垂心依次在一条直线上,且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半.此直线称为欧拉线.该定理称为欧拉线定理.已知的外心为,重心为,垂心为,且,,以下结论正确的是( )
A.
B.
C.
D.若,则
44.【多选】(2026高一·山东·阶段检测)已知三角形的外心,重心,垂心依次位于同一条直线上,且重心到垂心的距离是重心到外心距离的两倍.若的外心为,重心为,垂心为为边的中点,且,则下列结论正确的有( )
A. B.
C. D.
45.【多选】(2026高一·安徽合肥·阶段检测)已知P为所在的平面内一点,则下列命题正确的是( )
A.若P为的垂心,,则
B.若P为锐角的外心,且,则
C.若P为的重心,则
D.若,则点P的轨迹经过的内心
题型10 奔驰定理
1.核心逻辑
奔驰定理:为内一点,,则
四心对应奔驰定理:
重心:
内心:
垂心:
外心也可以转化面积比;定理只对点在三角形内部成立。
2.解题步骤
①看到三角形内部一点的向量线性等式,优先联想奔驰定理;
②向量系数之比等于三个小三角形面积之比;
③已知四心,直接写出对应系数比例;
④已知向量等式反推面积比,进一步求边长、角度;
⑤点在三角形外部,面积要带上正负号。
3.易错提醒
直接把奔驰定理用于三角形外部的点;混淆四心对应的面积系数;分不清分别对应哪个小三角形。
46.【多选】(2026高一·重庆·阶段检测)如图,为内任意一点,角的对边分别为.总有优美等式成立,因该图形酷似奔驰汽车车标,故又称为奔驰定理.则以下命题是真命题的有( )
A.若是的重心,则有
B.若成立,则是的内心
C.若,则
D.若是的外心,,则
47.【多选】(2026高一·江苏苏州·阶段检测)如图,P为内任意一点,角A,B,C的对边分别为a,b,c总有优美等式成立,因为图形酷似奔驰汽车车标,故又称为奔驰定理,则以下正确的命题为( )
A.若P是的重心,则有
B.若成立,则是的内心
C.若P是的外心,,,则的最小值是
D.若,则
48.【多选】(2026高一·宁夏银川·阶段检测)三角形中的奔驰定理是指:是内一点,,,的面积分别为,,,则.若,则以下命题正确的有( )
A.
B.有可能是的重心
C.若为的外心,则
D.若为的内心,则为直角三角形
49.【多选】(2026高一·辽宁大连·期中)“奔驰定理”因其几何表示酷似奔驰的标志得来,是平面向量中一个非常优美的结论.奔驰定理与三角形四心(重心、内心、外心、垂心)有着神秘的关联.它的具体内容是:已知M是内一点,,,的面积分别为,,,且.以下命题正确的是( )
A.若,则M为的重心
B.若M为的内心,则
C.若,,M为的外心,则
D.若M为的垂心,,则
50.【多选】(2026高一·山东·阶段检测)“奔驰定理”因其几何表示酷似奔驰的标志得来,是平面向量中一个非常优美的结论.奔驰定理与三角形四心(重心、内心、外心、垂心)有着神秘的关联.它的具体内容是:已知M是内一点,,,的面积分别为,,,且.以下命题正确的有( )
A.若,则M为的重心
B.若M为的内心,则
C.若,,M为的外心,则
D.若M为的垂心,,则
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