複素平面上の3点のなす三角形が鋭角三角形となる条件

複素平面上の3点{\rm A}(\alpha),{\rm B}(\beta),{\rm C}(\gamma) のなす三角形について

頂点\rm A が鋭角となる条件は

(i)  \Bigl|\alpha-\dfrac{\beta+\gamma}{2}\Bigr| \gt \Bigl|\dfrac{\gamma-\beta}{2}\Bigr| または  |(\alpha-\beta)+(\alpha-\gamma)| \gt |\gamma-\beta|
\rm A\rm BC を直径とする円の外側、または平行四辺形において,鋭角の頂点を結ぶ対角線の方が長い)

(ii) \mbox{Re}\Bigl(\dfrac{\gamma-\alpha}{\beta-\alpha}\Bigr)\gt 0 または \mbox{Re}\Bigl(\dfrac{\beta-\alpha}{\gamma-\alpha}\Bigr)\gt 0

(iii) \mbox{Re}\Bigl(\dfrac{\beta-\gamma}{\beta-\alpha}\Bigr)\lt 1 または \mbox{Re}\Bigl(\dfrac{\gamma-\beta}{\alpha-\beta}\Bigr)\lt 1

となる.

この組み合わせとして

頂点\rm A が鋭角となる条件は(iii) \mbox{Re}\Bigl(\dfrac{\gamma-\beta}{\alpha-\beta}\Bigr)\lt 1

頂点\rm B が鋭角となる条件は(ii) \mbox{Re}\Bigl(\dfrac{\gamma-\beta}{\alpha-\beta}\Bigr)\gt 0

頂点\rm C が鋭角となる条件は(i)  \Bigl|\gamma-\dfrac{\alpha+\beta}{2}\Bigr| \gt \Bigl|\dfrac{\beta-\alpha}{2}\Bigr|

を採用すると,複素平面上の3点\alpha,\beta,\gamma のなす三角形が鋭角三角形となる必要十分条件として

0\lt \mbox{Re}\Bigl(\dfrac{\gamma-\beta}{\alpha-\beta}\Bigr)\lt 1 かつ  \Bigl|\gamma-\dfrac{\alpha+\beta}{2}\Bigr| \gt \Bigl|\dfrac{\beta-\alpha}{2}\Bigr|

が得られる.この条件は,\alpha,\betaが定数で \gamma が変数のときに整理された式となっている.

なお,(i) の  \Bigl|\alpha-\dfrac{\beta+\gamma}{2}\Bigr| \gt \Bigl|\dfrac{\gamma-\beta}{2}\Bigr|\rm BC の中点を \rm M とすると \rm AM \gt BM を表している.

このとき中線定理から \rm AB^2+AC^2 = 2(AM^2+BM^2)\gt 4BM^2=BC^2 となり,余弦定理から \cos\angle\rm BAC \gt 0 であることがわかる.