正三角形の内部の点から3辺へ下ろした垂線の長さの和は、点の位置によらず正三角形の高さに等しい。
定理 1 (ヴィヴィアーニの定理). 一辺の長さがsの正三角形△ABCの内部点Pから、辺BC,CA,ABへ下ろした垂線の長さをそれぞれx,y,zとする。このとき
x+y+z=23s.
証明の方針。△ABCを3つの小三角形に分け、それぞれの面積を「底辺×高さ÷2」で表す。3つの面積の和は正三角形全体の面積なので、距離の和が決まる。
証明. 正三角形の面積を、点Pと各頂点を結んでできる3三角形に分ける。△PBC,△PCA,△PABの底辺はすべて長さsで、それぞれの高さはx,y,zである。したがって
[PBC]=21sx,[PCA]=21sy,[PAB]=21sz.点Pが内部にあるので、これら3つの三角形は重なりなく正三角形全体を覆う。正三角形の高さをhとすると、全体の面積はsh/2だから、
21s(x+y+z)=21sh.s>0よりx+y+z=h。正三角形を高さで二分すると、30°-60°-90°の直角三角形からh=3s/2である。よって主張が得られる。▨
境界上の点では距離の1つが0になるが、同じ面積計算で等式は成り立つ。三角形の外部では符号付き距離を導入しない限り、この形の等式は一般には成り立たない。