四边形重心的简便求法
(2019-08-12 14:29:26)分类: 散文百家杂志收录文章 |
1996年第1、2期浙江农村技术师专学报刊登的文献【1】,较为严格地求出了四边形的重心坐标,但鉴于其重心坐标计算较为繁杂,最终的形式也不很简洁。本文给出的新坐标系,将重新计算四边形的重心坐标,并得出较为精简的重心坐标算式。这其中,我们认为四边形都是质量均匀分布的平面图形。
一、 凸四边形的重心
对于四边形的重心,为了计算简便,我们将坐标原点放置在四边形的一条对角线的中点,并规定y轴在该条对角线上(图1)。
图1:根据凸四边形确立的坐标系
对于凸四边形ABCD(图1),设 ,四边形ABCD的重心为点G,则有 的重心 , 的重心 。现以质点E取代 ,质点F取代 ,根据杠杆原理,得:
由于该四边形的质量是均匀分布的,各区域的质量比就等价于相应的面积比,得:
因为B、D分居y轴两侧,故上式等于B、D横坐标之比的相反数。另据一次函数的坐标性质,得:
设直线EF的解析式为 ,将 代入,得:
将 代入EF解析式,得:
综上所述, 为凸四边形ABCD的重心。
二、 凹四边形的重心
对于凹四边形的重心,同样为了计算简便,我们将坐标原点放置在四边形内的这条对角线的中点,并规定y轴在该条对角线上(图2)。
图2:根据凹四边形确立的坐标系
对于凹四边形ABCD(图2),同样设 ,四边形ABCD的重心为点G,有 的重心 , 的重心 。现以质点E取代 ,质点F取代 。此时B、D仍分居y轴两侧,其坐标对计算无影响,其算法仍应与凸四边形重心的算法相同,故 亦应为凹四边形ABCD的重心。
综上所述,对于任意四边形ABCD,其重心总在由四边形定义的坐标系的点 处。但由于该坐标系的确立有较强的特殊性,若要将其一般化推广,还需进行坐标变换等操作,因计算冗杂,将另文探讨。
参考文献
[1] 郭幼操£®从四边形重心到多边形的重心.浙江农村技术师专学报£®1996年第1、2期