圆心

几何

yuán xīn

圆心是圆内部一个固定的点,到圆上每一点的距离都相等。

Visualization

Definition

圆心是圆正中间的点,到圆上每一点的距离都相等;它本身不是圆的一部分,而是圆上每一点据以测量的参考点。对于圆 $(x-h)^2+(y-k)^2=r^2$,圆心是 $(h,k)$,可以由圆上任意三点,作为这三点所构成三角形的外心,通过求两条弦的垂直平分线的交点来找到。在反演几何中,圆心是在关于该圆的反演下唯一被映射到无穷远的点。

Example

硬币或靶心的中心就是它精确的中点,画圆时圆规针脚所标记的点就是圆心。对于圆上的点 $A(0,0)$、$B(4,0)$、$C(0,3)$:$AB$ 的垂直平分线是 $x=2$,$AC$ 的垂直平分线是 $y=1.5$,得到圆心 $(2, 1.5)$,从该圆心到 $A$ 的距离为 $\sqrt{4+2.25}=2.5$,即半径。在反演几何中,对圆 $C$(圆心 $O$,半径 $r$)作反演,会将 $O$ 本身映射到无穷远点,因此所有经过 $O$ 的圆都映射为直线。

Key Insight

改变圆心就会得到一个不同(平移过)的圆;圆心定义了这个圆,即使它本身不属于这个圆。将圆心求作垂直平分线的交点,与求三角形外心的过程完全相同,这说明了圆心与三角形外心之间的深刻联系,而圆心在反演下被映射到无穷远这一特殊角色,揭示了圆几何深刻的射影结构,在其中直线被理解为经过"无穷远点"的圆,将圆与直线统一成了同一个家族。