面积坐标

更新时间:2022-08-25 15:10

三角形面积坐标是一种自然坐标,在有限元分析中一般用它来构造三角形单元的插值函数。随着有限元理论的发展,也出现了四边形单元的面积坐标等方法和理论。

定义

平面上任取一个⊿ABC,充当坐标三角形,对于平面ABC上任意一点M,将下述三角形面积比 S⊿MBC:S⊿AMC:S⊿ABM= : : 叫做点M关于⊿ABC的面积坐标(或重心坐标),记作:M= ( : : )={ , , }。

注:这里的面积 S⊿MBC,S⊿AMC,S⊿ABM都是有向面积。通常约定,顶点按逆时针方向排列的三角形面积为正,顶点按顺时针方向排列的三角形面积为负,故各个坐标分量 , , 都是可正可负的。

由定义可知,某个点M的面积坐标既可记为 ( : : ),也可记为 (k :k :k )(k≠0)。也就是说,一个点的面积坐标记法并非唯一,他们可以相差一个非0的常数因子,因此这类坐标属于齐次坐标笛卡尔直角坐标不属于齐次坐标。

当 + + =1时,面积坐标 ( : : )称为规范面积坐标。

三角形中任一点P与其3个角点相连形成3个子三角形,以原三角形边所对应的角码来命名此3个子三角形的面积,即 面积为 , 面积为 , 面积为 。P点的位置可有3个比值来确定,即

P( , , )

其中

A是三角形的面积,因此有

+ + =1

称 , , 为面积坐标。

点的面积坐标符号

设点M( : : )是规范面积坐标:

1)如果点M( : : )在三角形内部,那么 、 、 属于开区间 (0,1);

2)如果一点在三角形的边上,至少有一个面积坐标 为 0,其余分量位于闭区间 [0,1];

3)如果有某个坐标小于 0,则位于三角形外部。

例 以a、b、c分别表示⊿ABC三角A、B、C所对的边,,,等等。

则⊿ABC的“五心”的面积坐标如下:

重心:;

内心:( : : );

旁心:,余类推;

垂心:;

外心:。

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