【質問】数学(高校):△ABCの重心をOとしたとき、OA+OB+OC=0となるのは正三角形の場合に成り立つのですか?

〔質問〕
三角形ABCの重心をOとした時に、OA+OB+OC=0となるのは正三角形の場合に成り立つのですか?
また、外心をOとした時に上の式が成り立つのはどのような場合ですか?
〔回答〕
※ ベクトルの問題として回答します

OA+OB+OC=0 ということは(どれでも構いませんが)移項すると OB+OC=-OA ということになりますが、
これは、
・左辺の OB+OC は O, B, C でできる平行四辺形の対角線部分(OD)で、
・それと右辺の OA とが-1倍(つまりちょうど反対)の関係
ということを意味しています。

つまり、この図のような位置関係にあるということです。

このとき、平行四辺形の性質から、点Mは、
・辺BCの中点であるため、AMは△ABCの中線に相当
・ODの中点でもあるため、OA=OD であることと併せて考えると、AO:OM=2:1 が得られる
ため、点Oは(OA+OB+OC=0 を満たしているなら)三角形の形状を問わず、△ABCの重心であることが確定します。
 
 
外心の方に関しても、OA+OB+OC=0 の意味(O, A, B, C の位置関係)については上図と同様です。
その上で、外心ですので「OMがBCの垂直二等分線である」という条件が課されている、というものです。

〔補足〕
なお、重心の件を式で端的に示すなら、OA+OB+OC=0 の両辺を 3 で割ると、(OA+OB+OC)/3=0 となりますが、
左辺が重心の位置ベクトルを表していて、それが右辺のゼロベクトルに等しいということは、「重心=始点」ということになります。
(正三角形がどうこうということに関係なく成り立っている)

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

 
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