Trilineare Koordinaten

Trilineare Koordinaten (genauer: homogene trilineare Koordinaten) sind in der Dreiecksgeometrie ein von Julius Plücker eingeführtes Hilfsmittel, um die Lage eines Punktes bezüglich eines Dreiecks zu beschreiben.

Definition und Schreibweise

Gegeben sei ein Dreieck ABC. Für einen beliebigen Punkt P der Zeichenebene heißen drei reelle Zahlen x, y und z (homogene) trilineare Koordinaten von P, wenn es eine von 0 verschiedene reelle Zahl r gibt, sodass

$x \, = \, r d_{BC}; \quad y \, = \, r d_{CA}; \quad z \, = \, r d_{AB}$

gilt. Dabei bezeichnen d_BC, d_CA und d_AB die vorzeichenbehafteten Abstände des Punktes P von den Geraden BC, CA bzw. AB. Die Größe d_BC erhält positives Vorzeichen, wenn P auf derselben Seite von BC liegt wie die Ecke A, und negatives Vorzeichen, wenn sich P und A auf verschiedenen Seiten von BC befinden. Entsprechend werden die beiden anderen Vorzeichen festgelegt.

Die Gesamtheit der trilinearen Koordinaten eines Punktes wird entweder als geordnetes Tripel (x,y,z) geschrieben oder in der Form x:y:z.

Trilineare Koordinaten sind nicht eindeutig definiert: Multiplikation mit einer beliebigen reellen Zahl ungleich 0 liefert wieder trilineare Koordinaten des gegebenen Punktes.

Beispiele

• Die Ecken A, B und C des gegebenen Dreiecks haben die trilinearen Koordinaten (1,0,0), (0,1,0) bzw. (0,0,1).
• Der Inkreismittelpunkt eines Dreiecks hat die trilinearen Koordinaten (1,1,1), da er von allen drei Seiten des Dreiecks den gleichen Abstand hat.
• Für den Schwerpunkt eines Dreiecks lauten die trilinearen Koordinaten gleichwertig $\left(\frac{1}{a}, \, \frac{1}{b}, \, \frac{1}{c} \right)$,

$\left(bc, \, ca, \, ab \right)$ oder $\left(\csc\alpha, \, \csc\beta, \, \csc\gamma \right)$. Dabei stehen a, b, c für die Seitenlängen und α, β, γ für die Größen der Innenwinkel.

Zusammenhang mit den baryzentrischen Koordinaten

Zwischen den trilinearen Koordinaten und den in der Dreiecksgeometrie ebenfalls häufig verwendeten baryzentrischen Koordinaten besteht ein einfacher Zusammenhang: Sind die trilinearen Koordinaten durch $\left(x,y,z\right)$ gegeben, so erhält man als baryzentrische Koordinaten $\left(ax,by,cz\right)$, wobei a, b und c für die Seitenlängen stehen.

Formeln

Trilineare Koordinaten ermöglichen in vielen Fällen die Anwendung algebraischer Methoden in der Dreiecksgeometrie. Beispielsweise sind drei Punkte P₁, P₂ und P₃ mit den trilinearen Koordinaten

x₁:y₁:z₁

x₂:y₂:z₂

x₃:y₃:z₃

genau dann kollinear, wenn die Determinante

$D = \left|\begin{matrix}x_1&y_1&z_1\\ x_2&y_2&z_2\\x_3&y_3&z_3\end{matrix}\right|$

gleich 0 ist. Die zu diesem Satz duale Aussage ist ebenfalls richtig: Drei Geraden, die durch die Gleichungen

x₁α + y₁β + z₁γ = 0,

x₂α + y₂β + z₂γ = 0,

x₃α + y₃β + z₃γ = 0

gegeben sind, haben genau dann einen gemeinsamen Punkt, wenn D = 0 gilt.