三角形的九点圆与其内切圆以及三个旁切圆相切。
设
的内心为I,九点圆的圆心为。三边中点分别为,内切圆与三边的切点分别是,三边上的垂足分别为。全局图
不妨设。假设
与相切于点,那么LT与相交,设另一个交点为。过点
作的切线,分别交和于,连接。又作两圆的公切线
,使其与边位于的同侧。由假设知
而
和都是的切线,且与弦所夹的圆弧相同,于是局部图1
因此则
这就是说,
共圆。而这等价于:
又
故有
另一方面,
是公共的切点,自然在上,因此
共圆,进而有局部图2
由已导出的共圆,得而
(这里用了
,以及直角三角形斜边上中线等于斜边的一半)所以,就得到
注意到
均与相切,于是有三式相加,即知
也即是说
三点共线。另外,
,这可由得到。(这说明,公切点
可如下得到:连接
,并延长交于点,过点
作的切线,切点为,交于,最后连接
,其延长线与的交点即是所谓的公切点。连接
,与交于点,则
是的中点。前面已得到:
而
即
然而
是的中位线于是
因之
故
由于以上推导均可逆转,因此我们只需证明:
。往证之这等价于:
与圆相切于是只需证:
局部图3
再注意到(是的中位线),即有又
是角平分线,于是于是又只需证:
即证:
这即是证:
四点共圆由于
(易得),所以
确实共圆。这就证明了
与内切。旁切圆的情形是类似的。
证毕
另略证:
(其中是垂心H的垂足三角形的内切圆半径,是三角形外接圆和内切圆半径)这就证明了九点圆与内切圆内切(九点圆半径为外接圆半径一半。是九点圆圆心,为内心)