重心の求め方を完全攻略!公式の証明と座標計算の裏ワザを徹底解説

重心の求め方を完全攻略!公式の証明と座標計算の裏ワザを徹底解説

重心の求め方を完全攻略!公式の証明と座標計算の裏ワザを徹底解説の概要と注目ポイントを徹底的にカバーしました。

Q1:三角形の重心はなぜ中線を「2:1」に内分するのですか?
A1:幾何学的には、三角形の中線で結ばれた小三角形の相似比(平行線と線分比の性質)やチェバ・メネラウスの定理から厳密に証明できます。また、物理的には三角形を中線に平行な細い棒(線分)の集合体としてスライスした際、すべての棒の重心がそれぞれの中点上にあるため、全体の重心も必ず中線上に存在しなければならないという理由に基づいています。

Q2:物体を糸で吊るすだけで重心が特定できるのはなぜですか?
A2:剛体の1点を糸で吊るして静止したとき、物体に働く力は「糸の張力」と「地球が引く重力」の2つのみです。回転せずに静止(つり合い)するためには、これら2つの力が同一直線上で逆向きに引き合っていなければなりません。したがって、重心は必ず「糸の延長線(作用線)」の上に存在します。結ぶ位置を変えて2本の直線を引けば、その交点が一瞬で重心の位置となります。

Q3:物理の重心座標計算でマイナスの座標値が出てきたら間違いですか?
A3:間違いではありません。重心座標の計算結果がマイナスになるのは、最初に設定した原点よりも負の軸方向に重心が存在していることを示しているに過ぎません。例えば、くり抜き図形で原点を中央に置いた場合、質量を失った穴と反対側の領域(マイナス側)に重心が移動するのは極めて正常な物理現象です。

Q4:重心と外心・内心・垂線・傍心との見分け方は?
A4:三角形の五心の中で「物理的なバランスの支点」となるのは重心のみです。内心は「内接円の中心(角の二等分線の交点)」、外心は「外接円の中心(各辺の垂直二等分線の交点)」、垂心は「各頂点から対辺に下ろした垂線の交点」です。座標計算において頂点の算術平均 $(\frac{x_1+x_2+x_3}{3}, \frac{y_1+y_2+y_3}{3})$ で求められるのは重心だけである点に留意してください。

山本 拓海
著者

山本 拓海

デジタルガジェットとスマート家電の検証記事を多数執筆。失敗しないモノ選びを提案します。