• Nie Znaleziono Wyników

do matury

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "do matury"

Copied!
74
0
0

Pełen tekst

(1)

Prosto

do matury

Matematyka

dla szkoł ponadgim naz)alnych

3. Geometria

t

;

nowa ,,,,era

]1]ll]lił]ir]iH]i

(2)

Spis treści

1.

Warto powtórzyu

2.

Wielokąt wpisany w okrąg

3.

Wielokąt opisany na okręgu

4.

Twierdzenie Talesa

5.

}ednokładność

6.

Podobieństwo

7.

Twierdzenie sinusów

8.

TWierdzeniecosinusów

g.

Związ\<s,miarowe figur płaskich

9.

Powtórzenie

Odpowiedzi i wskazówki do zadań

5 7 14

ż0 29

39 47 54 58 65 70

Wykaz symb oli matematyc zny ch przedziń

otwarĘ

pr ze dział

domknięĘ

(

zamknięĘ)

pr zedział lewostronnie domknięty

tąt

o wierzchołku B i ramionach: półprostej

BAi

półprostej

BC (a;b)

{a;b) (a;b)

|{ABC| łABC

miara kąta

ABC

^ABC

trójkąt

ABC

a

ll

b

prosta a jest równoległa do prostej.b a

L b

prosta a jest prostopadła do prostej b o(S,

r)

okrąg o środku S i promieniu

r

P

pole figury

obw

obwód

figury

AB odcinekokońcachAiB

lABl

długość odcinka

AB

'n ='

(a,b) pu;kt A

o współrzędnych a (tzw, odcięta)

ib

(tzw, rzędna)

(3)

1" Wart* pffiwtmreyc

1.1.

udowo dnij, Żekąt zewnętrzny trójkąta równa się sumie kątów wewnętrznych do niego nieprzyległych.

1

.2.

Udowo dnlj, żesymetralne boków trójkąta przecinająsię w jednym punkcie.

1.3.

udowo dnij, że proste zavńerające wysokości trójkąta przecinają się w jednym punkcie.

1.4.

W trójkącie ABC poprowadzono środkową CD. Udowo dnlj, że wierzchołki

A

i B równo oddalone od prostej CD.

1.5.

udowo dnij, że dwusieczne kątów trójkąta przecinają się w jednym punkcie.

1.6.

Dwa jednakowe okręgi o promieniach 10 cm sĘczne zewnętrznie i jednocze- śnie każdy z nich jest sĘczny do prostej k równoległej do odcinka łączącego ich Środki.

Oblicz promień okręgu stycznego zewnętrznie do obu Ęch okręgów oraz do prostej k.

1.7.

lezioro Koronowskie ma powierzchnię ok. 1560 ha. }aką powierzchnię będzie miało na mapie w skali 1 : 60000?

1.8.

}aką skalę należy przyląć,ó} narysować możliwie największy plan ogrodu o wy- miarach 37,5

mx

44,5 m na kartce formatu A4 (2I0 mm x ż97 mm)?

1.9.

Romb o polu 240 cmŻ przekształcono przez podobieństwo tak, że jego pole wzrosło o 300 cm2. }aka była skala tego podobieństwa?

1.10.

Wielokąt o polu 750 cm2 przekształcono przezpodobieństwo tak, że jego pole zmniejsĄo się o 630 cm2. 1aka była skala podobieństwa?

1.11.

Oblicz sumę miar wszystkich kątów zaznaczo- nych na rysunku.

ffi 1.12.

WtrapezieABCDptzekątnaACjestdwusiecznąkątaBAD.Wykaż,że|AD| = |DC|.

(4)

I6

Geometria

m 1.13.

wykaż, że czwotokąt ABCDjest trapezem rów- noramiennym (A, B, C,

D

punktami sĘczności *

zobacz rysunek).

1.14. W

okręgu

o środku S

poprowadzono

trzy

promienie:

SA, SB,

SC.

Wiedząc, że

łASB

= a,

łBSC

= 2a,

łCSA

= 4q, + 10o, wlznacz miary kątów trojkąta ABC.

1.15.

Punkty A,B,C,Dleżąnaokręguwpodanejkolejności.Wiedząc,żełABD = 30o,

ąADB = 50o, wyznaczmiarę

łBCD.

1

.16.

Wiedząc, że

lMBl

= 2, |BC| = 6 (zobacz rysu- nek), oblicz promień okęgu wpisanego w trojkąt rów- noramiennyABC.

1.17.

Czworokąt ABCD jest trapezem prostokątnym.

Wiedąc, że |B C| = 28, lD Cl = 2I, a przekątna BD jest prostopadła do boku AD, oblricz obwód tego trapezu.

I

(5)

2. Wielokąt wpisany w okrąg

l

stosowanie twierdzeń charakeryzujących czworckąty wpisane w okrąg Okrąg,który przechodziprzez wszystkie wierzchołki wielokąta, nazy\Mamy okręgiem opisanym na

Ęm

wielokącie.

W takiej sytuacji mówimy również, że dany wielokąt jest wpisany w okrąg.

Środek okręgu opisanego na wielokącie jest oddalony o promień od każdego z jego wierzchołków. Inaczej mówiąc, środek takiego okręgu jest równo oddalony od wszyst- kich wierzchołków. Leżywięc na symetralnej każdego boku takiego wielokąta.

lY

l

A 1)

i' Ii,'-Ą_

li|\

I

czworoĘ, na którym nie można opisać okręgu

\<l>

* :_ l tojestonwielokątemwypuĘm j

1eże|iwielokąt jest wpisanyw okrąg, '1-*.'--*,._..-'-*,,.-_ ,,____.---'-_,,_-.__"..,J

*g,*-**-*"

']W

Sy-"t alna odcinka jest zbiorem punktówpłaszczyny 1N

t.:::::11*::*:1*::":::_:*:*:Ł*,___--J

Przykład |}

czworokąt, na którym można opisać okrąg

pięciokąt, na którym można opisać okrąg pięciokąt, na którym nie można opisać okręgu

(6)

I8

Geometria

W

Na wielokącie można opisać

oĘg

wted} i tylko wteĘ, gdy symetralne wszystkic}r boków

tąo

wielokąta ptzecinaiąsię w je{rr}m punkcle.

,@'

Na każdym wielokącie foremnym można opisać okrąg.

Ponieważ symetralne boków trójkąt a przecinająsię w jednym punkcie, więc na każdym trójkącie można opisać okrąg.

Sprawdzenie, czy na wielokącie, który nie jest trójkątem, można opisać okrąg, jest zada-

,ri"-

,r" ogół bardzo trudnym, często wręcz niewykonalnym. Iednak dla czworokątów mamy proste kryterium, pozwa\ające rozstrzygląć, czy można opisać okrąg na

d*y*

czworokącie.

Zwrot wtedy i tylko wtedy oznacza, że prawdziwe dwa twierdzenia:

|eże|i czworokąt jest wpisany w okfąg, to sumy miar kątów przeciwlegĘch równe.

|eżeli sumy miar kątów przeciwlegĘh czworokąta równe, to na trm czworokącie można opisać okrąg.

Udowodnimy tylko jedno z tych twierdzeń.

?,ł j,-, -::,:.ł. |":

Czworokąt ABCD jest wpisany w okrąg.

Sumy miar kątów przeciwlegĘch tego czworokąta równe,

i

t

&

Na czworokącie można opisać okrąg wtedy i tylko wtedy, gdy sumł, miar

kąów

(7)

-1

P r zyjmijmy oznaczenia jak na D

łA+ łC

=

u+|

= 180o

łD+łB=180"

kąt środkowy oparĘ na łuku BCD jest dwarazy większy od kąta wpisanego opartego na trrlm samym łuku, cĄi, kąta B A D czworokąta

kąt środkowy oparty na łuku D AB jest dwa razy większy od kąta wpisanego opartego na Ęłn samlrrn łuku,

cĄik1ta DCB czworokąta

20.+2y=3600

suma wszystkich kątów czworokąta jest równa 3600

rySunku.

Pokazaliśmy więc, że sumy miar przeciwległych kątów takiego czvlorokąta są ró\Mne.

]':i]]]!]] .-i--];',,.:j: :

Na każdym prostokącie można opisać okrąg. Środek okręgu opisanego na pro-

Na równoległoboku, który nie jest prostokątem, nie można opisać okręgu (rys. 2}, Na trapezie rórłmoramiennym, który nie jest równoległobokiem, można opisać

Na trapezie nierównoramienn),m nie można opisać okęgu (rys.4).

,@,ryO

-m

(8)

iI 10

Geometria

Przykład Ę

a)

W czworokącie

ABCD

dane sąkąty:

łA

= 50o,

łB

= 110o,

łC

= 130o,

ZatemłA +

łC

= 50o + 130o = 180o. Na czworokącie

ABCD

można opisać okrąg,

b)

W czworokącie

KLMN: łK

= 60o,

łI

= 90",

łM

= 100o,

Zatem

łK

+

łM

= 60o + 100o = 160". Na czworokącie

KLMN

nie można opisać okręgu.

Przykład §l

obliczymy miary kątów czworokąta

ABŻD

wpisanego w okrąg, jeżeli wiadomo, że

łA: łB: łC

=

4:I:2.

§ozwiązanie

Podaną proporcję miar kątów możemy zapisaćw postaci:

łA

=

4x,łB

=

x,łC

= 2x.

łA

+

łC

= 180"

i łB

+

łD

=

180' **

na czworokącle ABCD można opisać okrąg

4x +2x = 180o, zatemx =30"

łA=

4x = l20o,

łB

= x= 30o,

łC

= 2x = 60"

łD

=

180'- iB

= 180o

-

30o = 150o

Do obliczenia miary kąta D można było również skorzystać z równości

łD

= 5x, wynikającej z warunku:

łA

+

łC

=

łB

+

łD.

CIdp.:

łA

= Iż0",

łB

= 30o,

łC

= 60",

łD

= 150'

ZADANlA

2.1.

Deltoid jest wpisany w okrąg. Oceń, czy podane zdania prawdziwe, czy fŃ_

szy\Ąre.

A.

Co najmniej dwa z kątów deltoidu proste.

B.

Średnica okręgu opisanego na deltoidzie jest jedną z przekątnych deltoidu.

C.

Deltoid iest kwadratem.

2.2.

vtiary trzechkolejnych kątów czworokąta wpisanego w okrąg mają się do siebie jak 6 : 5 : 4. Wskaż miarę czwartego kąta tego czworokąta.

^.72o

B.

80"

c.

90"

D.

100"

2.3.

Dwa największe

Ęty

czworoĘa wpisanego w okrąg mogą mieć miary

PRAWDA

FAŁSZ

PRAWDA

FAŁSZ

PRAWDA

FAŁSZ

A.

60" i 90,.

B.

85, i 95,.

c.

95, i 105".

D.

100, i 190".

(9)

2.4.

CzworoĘt

ABCD

jest wpisany w okrąg i AD jest średnicą tego okręgu. }aką miarę ma kąt BAD,jeżeli wiadomo, że

łACB

= 30o?

A.

40o

B.

50"

c.

60,

D. nie można tego obliczyc

2.5.

Symetralne trzech boków pewnego czworokąta wypukłego przecinają się w jed- nym punkcie. Czy na Ęm czworokącie można opisać okrąg?

2.6.

Na których z narysowanych czworokątów można opisać okrąg?

c.

D.

A.

B.

2.7.

Obliczmiary kątówczworokąta

ABCD.

a)

2.8.

a)

Oblicz miary zaznaczonych kątów.

2.9.

Oblicz miary kątów czworokąta

ABCD

wpisanego w okrąg, jeżeli

(10)

J 12

Geometria

2.1o.

Wyznaczmiarykątów czworokąta

ABCD

wpisanego w okrąg, korzystajączpo, danych informacji.

a) łA

=

10o, łB - łD

= 70"

b) łA

=

44B, łC

=

5lB c) tA

+

łB

=

113o,

{A +

łD

= I77"

d) łD - łB

=

120o, łC - łB

= 90"

c)

39o, 52",I28",I4I'

d)

15,,76",I04",165"

2.11.

Zbadaj, czy istnieje czworokąt, na którym można opisać okrąg i którego

kąĘ

mają podane miary.

a)

45o,48o, 135o, 145o

b)

85o,85o,95o,95o

2,12,

czyna czworokącie, w którym miary kolejnych kątów pozostają w podanym stosunku, można opisać okrąg?

a) 3:4:3

l 4

b) l:2:2:I c) 5l5:4:4 d)

I

l2:5:4

2.13.

Oblicz miary kątów a i P.

a) b)

E} ** 2.16.

Kąt A w trójkącie

ABC

ma miarę 60o. Dwusieczne

BF i CD

przecinają się wpunkcie M, Udowodnij, że

a)

na czworokącie

ADMF

można opisać okrąg,

b)

|MD| = |MF|.

§tr

* 2.15.

pwa odcinki równej długości

AB i KM

przecinają się w takim punkcie p, że|PA| = lPMl.Udowodnij, że na czworokącie

AMBK

można opisać okIąg.

2.14.

sedna z podstaw trapezljest jednocześnie średnicą okręgu opisanego na tym trapezie. promień okręgu jest równy 5.Wyznacz maksymalny przedział liczbowy, do którego może należeć długość przekątnej trapezu,

(11)

1.

a}

Punkt S jest środkiem okręgu. Oblicz miary Ątów a i P.

b)

:2.']

ĄĘnacz miarv, kętóry'

całoroĘa' ,ł4

+,ł8 +',110",oraz]łB,4 S§1=, |§S?,:: ,

3.

Wyznacz miary

Ęó*

wpisanego

w l

gF€,,eaworѧta,łBCo,

&ć§4§ż. :, |:

fliśtthćk},,vń§ij1Ęe):źći ,""' ;,;'',' ]; ,:: :l,,_,],-

" łCKB

= 20o

i

ramiona tego kąta ptzechodąprzez

punĘ

D i A,

. łDMC

= 30o

i

rąmiona tego

Ęa

przechodąprzez

punĘ

A i B.

i Dsąwpodanymbtosunku?

'

,

a) 3:4:5:6

b)

5.

Czworokąt zaznlaczonyrr"

ry.oń

jest wyznac7nny przez dwusieczne

Ę-

tówtrapezu ABCD. Wykaż, żemożna

nanimopisaćokrąg.

A

AB,CD,.,wpisałtego,,w

j ,] :.:, :. .'. .-.. , .,,,' , , ,. ,,'- a,., M.,,

4.

Czy na c,zworokącie

ABCD

można opi§ać okrąg,

jeżeli,miĘkąt&r

A;

B,C

m

(12)

t

3, Wielokąt opisany na okręgu

Umiejętności:

:

stosowanie twierdz*ń charakteryzujących czwcrokąty opisane na okręgu Okrąg, który jest sĘczny do każdego boku wielokąt a, nazywamy okręgiem wpisanym w ten wielokąt.

W takiej sytuacji mówimy również, że wielokąt jest opisany na okręgu.

)eżeli wielokąt jest opisany na ok ęgl.r, to jest wielokątem

,,

I wypuktym.

Środek okręgu wpisanego w wielokąt jest oddalony o promień od każdego boku tego wielokąta. Inaczej mówiąc, środek takiego okręgu jest oddalony o promień od ramion każdego zkątówwewnętrznych tego wielokąta, czyli jestpunktem wspólnym wszystkich dwusiecznych.

ątem i

+ :^

Zbiorem punktów równo oddalonych od ramion kąta wy- !

!

'\ą****"_*..-*- pukłego i należących do tego

Ęa

jest jego

dwusieczna.

**-*'_.J_i

Przykład |}

czworokąt, w który można wpisać okrąg czworokąt, w który nie można wpisać okręgu

pięcioĘ, w który można wpisać okrąg pięciokąt, w który nie można wpisać okręgu

(13)

Podobnie jak w przypadku okręgu opisanego na wielokącie, sprawdzenie, czy w dany wielokąt można wpisać okrąg, może być zadaniem niewykonalnym. Również

i

tu dysponujemy kryterium pozwalającym rozstrzygnąć ten problem dla czworokątów

CzrłoroĘwypuk}f moźna opisać]na olrręg§ ptedy i 1flko,wted5 g§}§urny długości przeciwległyeh bokórł tego cz\ryórokąta §ą rÓwl}e.

W wielokąt,ruożna,wpisłć okag wted| i tvlło wtedf; gdy Ąvruslęczne w§uy§tki§b

Ęów

wewnętrzny,ch :tego wielo,

Ęa

przecinają się w j.fuym pruikcie.

Zwrot wtedy i tylko wtedy oznacza, że prawdziwe dwa twierdzenia:

leżeli czworokąt jest opisany na okręgu, to sumy długości przeciwlegĘh boków

tego czworokąta równe.

}eżeli sumy długości przeciwlegĘh boków czworokąta równe, to ten czworokąt można opisać na okręgu.

Udowodnimy rylko jedno z tych tvńer dzeń.

żlą:,i,łł.ł:: ,:*

Czworokąt ABCD jest opisany na okręgu.

'!';r+::"1

Sumy długości przeciwlegĘch boków tego czworokąta równe.

'l^łł:,łi::ł

Przyjmijmy oznaczenia jak na rysunku.

C*J cB

D

*-- odcinki łączące wierzchołki czworokąta z odpowiednimi punktami sĘzności równe

lABl =

d+c,|DC|=a*b,

lADl =

d+a,|BC|=cłb

Mamy zatem

lAB|+lDCl

=

a+b+cłd= |eo|+|rc|.

(14)

ill lo

Geometria

1.

W kwadrat można,wpisać okrąg (rysl 1),

\,V romb 66l6nlqpisaćokrąg (rys. 2).

W deltoid'można rłpisać okrąg (rys. 3).

Przykład ffi

10

10+5=8+7

W ten trapez można wpisać okrąg.

ą*b=a'łb

Przykład ffi

Sprawdzimy, czy w czworokąt wypukły

ABCD

o podanych długościach boków można wpisać okrąg.

a) |Ar| =

l,

lnCl = ,|CD| = 6,:DA| = z

lAB|+lCDl =3+6=9

|BC| + lDAl= 4+2 = 6 lAB|+ |CD| + |nC|+ |Oe|

W ten czworokąt nie można wpisać okręgu.

b)

lAB| = a, lnCl = ,|CD|= 6,1DAl= 5

|AB|+lCDl

=3+6=9

|.aC|+lDAl

=4+5=9

|AB|+ lCDl = |rC|+ |Oa|

W ten czworokąt można wpisać okląg.

8+2+9+6

W ten trapez nie można wpisać okręgu.

(15)

Przykład fi|

W każdy wielokąt foremny można wpisać okfąg. Środek okręgu wpisanego w wielokąt foremny jest również środkiem okręgu opisanego na Ęm wielokącie. Zilustrujemyto na przykładach (R oznaczapromień okręgu opisanego, a r - wpisanego).

a)

trolkąt

równoboczny b)

kwadrat

c)

sześciokąt foremny

Przykład §

Ramię ttapeza równoramiennego opisanego na okręgu ma długość 4, a przekątna trapezu ma długość S.Wyznaczymy promień okręgu wpisanego w ten trapez.

Rozwiąanie

Przyjmijmy oznaczenia jak na rysunku.

Promień okręgu wpisanego w trapez jest połową jego wysokości. }eżeli poprowadzimy wysokości trapezu z punktów D i C,to powstanie prostokąt EF CD.

Oznaczmy lEFl = |oc1= o,

|a.a|+ |DCI = |AD|+ |,aC1 = 6

|AE|+

a+|FB|*A=8

z|AE|+2a = 8

|AE|+ a = +

|n\=

a

|rc1 = 3

Szukany promień jest więc równy

Odo,: '2

1

§F

*

sumy dfugości przeciwlegĘch boków równe

*

|AEI= |FB|

|AE|+ a=|AF|

na mocy twierdzenia Pitagorasa dla trójkąta prostoĘtnego AFC

J

ż

(16)

-l- 18

Geometria

ZADANlA

3.1

.

Dany jest trapez równoramienny o ramionach długości 5 cm. Oceń, czy podane zdania prawdziwe, czy fałszywe.

A.

|eżeli w ten trapez jest wpisany okrąg,

to podstawy trapezu

równe. PRAWDA

FAŁSZ

B.

|eżeli w ten trapez jest wpisany okrąg,

to podstawy trapeza mogą być

równe. PRAWDA

FAŁSZ

C.

Ieże|itentrapez jest opisany na okręgu,

to obwód trapezu jest równy 20

cm. PRAWDA

FAŁSZ

3.2.

W czworokącie

ABCD

opisanym na okręgu dane długości boków:

lBCl = 15, ICD| = 18. Długość boku

DA

= 12,

A.

jest równal2.

B.

jest równa 15.

A.

jest równy 1,5.

B.

jest równy 2.

3.3.

W czworokącie

ABCD

opisanym na okręgu dane długości boków: |l,n1= 4,

lBCl = 5, |CD| = 4. Promień okręgu wpisanego w ten czworokąt C. jest równa 18,

D.

zależy od kątów czworokąta.

C.

jest równy 2,5.

D. za\eży od kątów czworokąta.

3.4.

Ramię ftapezarównoramiennego opisanego na okręgu ma długość 36.Zatem żadna z podstaw tego trapezu nie może mieć długości równej

B. Ó.

A.

1.

C.70.

D. 80.

3.5.

Trapez równoramienryr którego podstawy równe 15,8 cm i 8,2 cm, jest opisany na okręgu. Oblicz długość ramienia tego trapezu.

3.6.

Oblicz obwód czworokąta opisanego na okręgu, wiedząc, że

a)

przeciwległe boki mają długości7 cm i 8 cm.

b)

stosunek długości trzech kolejnych boków jest rowny 2 ; długość 6 cm.

5, a czwarĘ bok ma

c)

różnicadługościprzeciwlegĘchbokówjestrówna 15cm,aichstosunekwynosi4 : 1.

d)

stosunek długości trzech kolejnych boków wynosi 3 : 5 : 6, a suma długości tych boków jest równa 42 cm.

3.7.

Jedna podstawa trapezllma 6 cm, druga 3 cm, a jedno z ramion ma 4 cm. Wia- domo, żew trapez ten można wpisać okrąg.

a)

}aką długość ma drugie ramię trapezu?

b)

Skonstrulj trapez spełniający warunki zadania i wpisz w niego okfąg.

(17)

3.8.

W trapez równoramienny wpisany jest okrąg. Punkty styczności dzielą ramiona trapezuna odcinki o długościach 4 cm i 6 cm. Oblicz promień okręgu.

ii]

3.9.

W trapez o polu 168 i ramionach długości 13 i 15 można wpisaĆ okrąg, Oblicz długości podstaw tego trapezu.

3.1

0.

środek okręgu wpisanego w trapez prostokątny znajduje się w odległościach 1 cm

i2

cmod końców dłuższego ramienia tego trapezu. Oblicz pole trapezu.

3.11.

Środek okręgu wpisanego w czworokąt

ABCD

jest równocześnie punkem przecięcia jego przekątnych. Udowodnij,że czworokąt ABCD jest rombem.

ffi

łi;;:

3.12.

Czworokąt ABCD jest wpisany w okrąg. Z punktu P przecięcia przekątnych

tego czworokąta poprowadzono wysokości PK, PL, P M, PN odpowiednio w trójkątach ABP, B CP, C D P oraz DAP. Udowo dnij, żew czworokąt KL M N można wpisać okrąg,

1.

Czy okrąg?

a)

|AB|

b)

|ABl

w czworokąt

ABCD

o podanych długościach boków można wpisać

= 5, lBCl = 6,\CDl = 7,|D,Ąl = 8

= 6, lBCl = 5, lCDl = 7,.D,Ąl = 8

2.

W czworokąt ABCD wpisano okrąg. Punkty styczności tego okęgu z bokami AB, B C, C D i D

A

ozrlaczono odpowiednio literami E, F, G i H. Znając długości odcinkówlAEl = 4cm,|FB| =

5cm,|cc|

=

2cmi

lDrrl = 1cm,obliczobwód czworokąta

ABCD.

3.

W trapezie równoramiennym opisanym na okręgu ramię ma długość 4 cm,

a jedna zpodstawtrapezu jest o 2 cm dłuższaod drugiej. Oblicz długości podstaw tego trapezu.

4.

Na okręgu o promieniu r opisano trapezprostokątny, którego najkrótszy bok ma długość

jr.

ą Oblicz pole tego trapezu.

5.

W czwor oĘcie ABCDboki BC i AD równe, a

punĘ

E i F odpowiednio środkami tych boków. Wykaż, że jeże\iw każdy z czworokątów ABEF i

FECD

można wpisać okrąg,to czworokąt ABCD jest równoległobokiem.

(18)

Ą. Ttlvięrdzenie Tals§a

Unni*jętno*ci:

G

§to§owanie twierdzcnia Talesa do cbliczania dtuEości odcinków

r

stosnwanig twierdzenia odwrotnego cjo twierdz*nia Taiesa dc ustalania równoległości prostych

Tales z Miletu (ok. 620

-

ok. 540 p.n.e.), grecki filozof

i

matemaĘk, sformułował

kilka

ważnych twierdzeń geometrycznych. Najbardziej znane doĘczy równości stosunków

odcinków

otrzymanych

prry

podziale

ramion kąta przez

proste

równoległe. W dowodzie tego fivierdzenia wykorzystamy zależnościmiędry polami i odcinkami trójkątów.

Rozpatrzmy dwa trójkąĘ o równych podstawach a

i wysokościach h oraz H. Obliczmy stosunek pól P1

iP2Ęch

trójkątów.

,

P2=

NN

Stosunek pól takich trójkątów jest równy stosunkowi ich wysokości.

Podobną sytuację mamy w prąpadku dwóch trójkątów o równych wysokościach,lecz różrrych podstawach.

pr=*, Pr=T,

a1 a2

Stosunek pól takich trojkątów jest równy stosunkowi ich podstaw.

T

aH P,

,2 =4

P, =h P2H

Pl

=at

P2

a2

AA

(19)

Przyjmijmy oznaczenia zgodne z rysunkiem.

Z*j*;Ł**i*

AA'

|| BB'

"i-ą:r*-

loAl lABl

**w*łJ loAl lABl

Zatem loAl lABl Kł:*i**

_

loA,|

lA,B,|

_

Poooo,

Paene,

Ploll,

P663,n, łJ*v,;*łJi;

*

trójkął O AAl i ABA| maj4 podstawy odpowiednio OA i AB

oraz wspólną wysokość poprowadzoną z wierzchołka A'

Palre,-

P6n3,n,

*

AA'||BBl ,zatemtrójkąĘABA'

i AB| A| mają wspólną podstawę AA| orazrównewysokościpopro- O wadzone z wierzchołków B oraz B' Po podstawieniu do poprzedniej równości milmy

lOAl =

lABl

Paoee,P6a3,a,

PaoAA,

_

IOA'|

P6a3,a,

lA'B'|

x5 34

15 4

37 2x

I4

3 a)

b)

Przykład ff,

Proste k i I sąrównoległe. Obliczymy długość odcinka x.

*

trqĘty oAA| i AB| A| mają wspólną wysokość poprowadzoną zwierzchoka A

_ loA,| ",_li

|oA|

_

loA,|

|A,

B,1''"t -- |ABl

|x n,1'

(20)

J)ż zz

Geometria

Prawdziwe jest również twierdzenie odwrotne do twierdzenia Talesa.

|eżeliprĄmiemy

oznaczenia jak na rysunku, to założenia twierdzenia możemy zapisać w po-

,tu.i ffi

=

Wr.Wówczas

zgodnie ztezą

proste l

ik

sąrównoległe.

Dowód tego twierdzenia pominiemy.

Z udowodnionego twierdzenia Talesa można wlprowadzić proporcje innych odcinków.

}eżeli proste k i

l

przecirłają ramiona

Ęa

w taki sposób; że odcinki v{y,ttłc?frnLe ptzezteptóste]rra jedny_rr_r ramieniu

Ęa

proporcjonalne do odpowiednich'od- cinkórvwyznaczonych prueżteproste na drugim

ramieniuĘa,

to proste

kil

|eżeli proste

AD

i B C równoległć,, jak na rysunku, to:

',ai ffi;,,ffi

lą\

|AD| = lAPl

\'/ lBCl

tBPl

'.***l-ą" #'

Do uzasadnienia równości (1) wystarczy zauważyć, że lPAl = |PB|+|BA| _ |PBI * lBAl

=,*|BA|

trą= Fą -PBl -|PĄ-'-1pĄ,

Ztwierdzenia Talesa v riemy,

'

że

lBAl

lCDl

ffi

=

ffi

,

*ię.

prawdziwa jest równość

,,lBAl _,,lCDl

_lPCl+|CD|

_lPDl

' ' lPBl ' ' lPCl lPCl

lPCl'

Analogicznie udowadniamy równość (2).

(21)

Do uzasadnienia równości (3) uzupełnimy rysu- nek prostą

BK

równoległą do prostej

PD

po to,

zastosować twierdzenie Talesa oraz wzór (t) do kąta

DAP

przeciętego równoległymi

BK iPD.

Mamywięc równości:

lAKl lABl

|AD| _ |AP|

ffi=H oraz ffi=ffi

Po pomnożeniu tych równości stronami otrzymujemy

|Alq.|ADl _ |AB|.|AP|

|I(D|.|A1(l

|BP|.|AB|

Stąd

|AD| _ |AP|

lKDl

lBPl'

gdziezattiast l/(D| możemypodstawić |BC|, bo czworokąt

BCDK

jest równoległobo- kiem. Zatem

|AD|

_|AP|

lBCl

lBPl'

Przykład Ę

Proste k i

l

sąrównoległe. Obliczymy długość odcinka

r.

, 15

6+4

a) 'x6 _-_

10x = 15.6, cry|i x = 9.

,,9

bl -=-

'5

8+x8

5(8+x)=72,

czyli x = 6,4.

|eŻeli mamY danY odcinek jednostkowy, to możemy konstruować odcinki o długości będącej ilocąmem lub ilorazem długości odcinków danych.

*"-:"-"

-1

|eżeIi ? =

l,

to i

tbd| l . a.d=b.c

ź ud

'1

;.

§

źacl :. !=Ł

i

\cdI

1{. ,/

(22)

Jl|i- 24

Geometria

Przykład §[

Dane odcinki o długościach a

ib

oraz odcinek jednostkowy. Zbudujemy odcinek o długości ab.

Rozwiązanie

Oznaczmy iloczyn ab przez x, Wówczas:

x=Ab, cĄix,t=ab.

równość zapisujemy w postaci proporcji

L =Ł. ax

Teraz kolejno:

r

rysujemy

Ęt

o wierzchołku O

i

na jednym jego ramieniu odkładamy: najpierw odcinek jednostkowy OA, następnie tak

odcinekAB,

O

że|AB|= b,

na drugim ramieniu kąta odkładamytaki odcinek OC,że|OC1= o,

prowadzimy prostą

Ac,

a następnieprzezpunkt B równoległą do niej prostą k,

*

prosta k ptzetnie drugie ramię kąta w punkcie D.

Zgodnie zffierdzeniem Talesa mamy |CO\= o5,

Przykład B*

Na jeziorze umocowana jest boja (oznaczona na odległość od punktu D znaj&Ąącego się na brzegu.

Razwiązanie

WyĘczamy na brzegu dwa

punĘ Ai

B orazna linii brzegu punkt C w taki sposób, że odcinki

AB

i CD równoległe, punkty K, D i B współli- niowe oraz

punĘ

K, C i A współliniowe. Mie- rzyr1y długości: |DB|, |AB|i |CD|.

rysunku K). Chcemy określić jej

|KD| _ ICD|

lKBl

lABl

ll(Dl

_ lCDl

|ro|+

|D,a|

lABl

l

a

*

+

na mocy wniosku z twierdzenia Talesa

*

|I(B|= |rn|+ |or|

l/(D|.lAB| = |CD|.(lr<Dl+ |Or|)

Z tego równania obliczamy niewiadomą wielkość |KD |.

odp.:

lr<Dl

=ffi+B

(23)

Z wlprowadzonych wzorów wynika, że jeś|iprzetniemy ramiona kąta dowolnie wie- loma prostymi równoległymi, to odcinki wyznaczonena jednym ramieniu proporcjo- nalne do odpowiednich odcinków wyznaczonychprzezproste na drugim ramieniu kąta.

Można to wykorzystaćprzy konstrukcyjnym podziale odcinka na n równych części.

Przykład §

Podzielimy odcinek AB napięć równych części.

Rozwiązanie

r

Z punktu

A

prowadzimy półprostą

i

odkła- damy na niej pięć równych odcinków.

*

przezkoniec ostatniego odcinka i punkt B prowadzimy prostą l.

r

prowadzimyproste równoległe do l przezkońce odłożonych na półprostej odcinków - podzielą one odcinek ABw żądany sposób.

ZAnAN|A

4.1.

Na rysunku proste AC i BD równoległe. Czy podane proporcje prawdziwe, czy fałszywe? Wy- bierz właściwą odpowiedź.

^ loDl _

Io8l

^' locl - eą n lDBl

lDCl

Ir. _

lCAl

=_

lcol

^ lDBl

lCAl

-'

1oĄ = 1oa;

4.2. W

trójkącie

ABC

poprowadzono odcinek

MN

jak na rysunku.Ieże|i

MN

ll

AB,

|BN| = 5,

lNCl

= IO oraz|AC1= 12,ro,

^. |AM|=

ą,lMCl

= 8 i

lMNl

= 14,

B.

|AM|= 8,

lMCl

=

4i lMNl

= 14.

C.

|AMl= 5,\MCl = 7 i jest zamało danych do obliczenia |łtlr|.

D.

|AM| = 4,1MCl = 8 i jest za mało danych do obliczenia |łllv|.

4.3.

W trójkącie

ABC

punkt

Mleży

na boku AC, a punkt

N -

na boku BC. Które zponiższychdanych wykluczają równoległość odcinków AB

i MN?

^. |MC|=3,1AMl= 12,|CNl = 13

B.

|MCl = 3,|ACl = 15,1ABl = 20,|MNl = 5

C.

|MC| = 3, |AC| = 15,ICN| = 5,|MNl = 5

D.

|BC| = 20,1ACl = 15, |AB| = 25,

lMNl

= 5

PRAWDA PRAWDA PRAWDA

FAŁSZ FAŁSZ FAŁsZ

(24)

Geometria

4.4.

Proste k i l równoległe. Oblicz x.

a)

4.5.

Na rysunku proste

aib

sąrównoległe. Oblicz

a)

|EO|, jeżeli |sNl = 14, lSEl = 8,

lscl

= 35.

b)

|sC|, jeżeli |Eo| = 3,1ENl = 1,5,1SEl= 2.

c)

|NC|, jeżeli |NO| = 4,|SEl = 1,2,|SNl = 1,8.

d)

|EO|, jeżeli |SE| : |tlV| = 2 : 5, |SC| = 14.

4.6.

Proste a

ib

przecinają ramiona kąta o wierzchołku Ltak,że na jednym ramieniu

powstĄ

odcinki

Lo i

oK, a na drugim

tA

i As. Punkty A i

o

Ieżą bliżej punktu

l

niż punkty s i

k.

sprawdź, czy ptoste a

i

b równoległe, korzystając z podanych informacji.

a)

|IO| l

|lx|

=

2:3,

|LA| = 4,

b) lrol

= 2,1oKl = 3,

loAl

= 6,

c)

|rO| :

|lr|

= 1

:8,

|oA| = 2,

d)

|ro| =

r|, lorl =z!,lLel=

lor<l- 0,3, lts| =|LA|+2,2

4.7.

ObLicz długości boków trójĘta

ABC

przed-

stawionego na rysunku obok, wiedząc, że

DF

||

AC iEG

|| BC.

|As| = 6

|rs1 = 15

|rs1 = 16

(25)

-|

4.8.

Chcemy zmierzyć odległość między drze- wami D1

i

D2, a\e nie możemy zrobić tego bez- pośrednio, bo rozdziela

je

rzel<a, Na podstawie

.yrorrk,

opisz sposób, w jaki można to zrobić,

ÓUt., IDDzl,

gdy |D2M| = 4

m,|n2r1

= 12

^

i |Kl| = 19 m.

Dl

4.9.PrzezpunktRnależącydobokuABtrójĘaABC.poprowadzonoprostąrówno- ległą do boku

Ac

przeclnającąbok

Bc

w punkcie s. oblicz długości boków trójkąta

ABC,wiedząc,Ze|AR|= 3 cm, |nS1 = 15,^,

lH

= |,

akłt CAB

mamiarę 60",

4.1O. W trójkącie ABC wysoko

ść

CDdzieli bok AB na odcinki lADl =

+

i lDB| =

łć.

Na jakie części bok |BC| = 8 zostanie podzielony symetralną boku AB?

4,11.Danyjestodcinekodługościrll.Skonstruujla,vadrat,tóĘrównoboczny

i sześciokąt foremny, jeśli wiadońo, że obwód każdej zfigut jest równy m,

4.12,

Na prostej Ieżą kolejno punkty A, B, C, D,

p,zy

czym zachodzi proporcja lABl =

luD!.outi.,

lBCl

lCDl

a)

|AB|, jeżelri|BC| = 3,|CDl = 7,

b)

|CD|, jeżeli |BC| = 5, lABl = 10,

4.13.Stosunekdługościpodstawtrapezujestrówny.l:3.oblicz,oilecentymetrów

na|eży przedłaĘć rłmię,rup""o długości

cm,

ńy

przecięło Prostą zawierającą drugie ramię tego trapezu,

4.14.okręgiopromieniach3cmi4,5cmsąstycznezewnętrzniewpunkcieP.odle-

gŃe

p,rrrki,;l oa

p-.t.;

sĘcznej do obu okręgów jest równa d,Wyznacz d,

{t

4.15.

W rombie ABcDwierzchołek D kąta rozwartego połączono ze Środkami K i

l

boków przeciwlegĘch. oblicz pole .ombu, jeżeli pole

tóiku,; DKl

równa się 36 cm2,

ri}

4.16,

Na jednym ramieniu

Ęa

o wierzchołku

o

obrano punkty K, L, a na drugim M, N tak, że |oK| = ro, tor| =

sz,loMl=

4,IMNI = 3m

-Z,Dlajakich

wafiościm

proste zawierająceodcinki

KM

i

tN

równoległe?

(26)

rll- 28

Geometria

ł:r4.17. BokitrójkątaABC

majądługości |AB| = 36,

lBCl

=

24i lACl

= I8.Przez

wybrany na boku AC punkt D poprowadzono prostą równoległą do AB przecinającą bok BC w punkcie E. Oblicz długość odcinka DE,wiedząc, że |AD| + |CE| = 20,

*t

4.18.

W trójkącie ABC kątprzy wierzchołku C ma miarę I20", |AC| = b i|BC| = a.

Oblicz długość odcinka dwusiecznej

CD

zawartego w trójkącie.

1. Na

rysunku proste

a i

b są równo- ległe. Oblicz |ST|, jeżeli

lTOl =

12 cm,

lAMl=

16 cm, |sł1 = 24cm.

b) c)

2.

Proste a

i

b przecinają ramiona kąta o wierzchołku O w punktach A, B

|eżącychna jednym ramieniu kąta (.Ą leĘb|iżej punktu O) i w punktach C, D na drugim ramieniu (C leży bliżej punktu O). Spraw dź, czy z podanych informacji wynika, że proste a

ib

sąrównoległe,

a)

|OA| = 2,5 cm,IABl = I,5 cm, |ec; = 0,5 dm, |DBl = 0,8 dm lOAl = 5,1 cm, |OBI = 6,8

,

cm, ,

Ę

lCDl =

,

loAl

= 26 cm,lABl = a cm, |oC| = 13 cm,

loo;

=

16.*

3.

Podstawy trapeza mają długości równe 18 cm

i

12 cm. O ile centymetrów należyprzedŁużyć ramię trapezu długości 6 cm, abyprzecięło się z przedłużeniem cruglego !! rźunlenlaf

4.

W tróikącie ,śr ABC na boku AC obrano punkt P i poprowadzono prostą równo- ległą do

bok:.T, o:rj.*

?lrłł.Ułrw

punkcie Q. Oblicz długość odcinka PQ,

wiedząc,że|AB| = 15

cm'ffi

=

;.

5. W

trójkącie prostokątnym

ABC

dane

długości przyprostokątnych lABl = Lż cmi lBCl = 4 cm. Prosta prostopadła do boku

AB

rozcinatrójkąt

ABC

na dwie figury o rówrrych polach, Oblicz długość wspólnego boku Ęch figur.

(27)

S" Jednckładnm§ć

Urniejątn*ści:

r

znajdowanie ci:razów ni*których figur g*ometrycznych w jednokładności

*

rozpoznawanie figur j*dnckładnych oraz wykozystyw*nie {takze w kontek_

stach praktycznych} własności takich fiEur

|eżeli chcemy powiększyc lub zmniejszyc rysunek jakiejś figury to możemy wykonać konstrukcję, w której wykorzystamy przeksztaŁcenie nazywane jednokładnością.

l i i i

|ednokładnością o środku O i skali k + 0 nazywamyprzekształcenie płaszczyzny, które punktowi O przryporządkowuje punkt O, a dowolnemu punktowi A różnemu od punktu

o

przyporządkowuje taki punkt AI |eżący na prostej oA, że spełnione

warunki:

ł

jeżelik > 0, to |o1,1= k .|oA| i punkty A, AI leżąpo jednej stronie punktu

o,

a

jeżelik < 0, to |o

l'

1 = | k|. I oA| i punkty A, A| Leżąpo różnych stronach punktu o.

Mówimy wtedy, że punkt AI jestjednokładny do punktu A względem środka

o

w skali k.

Definicję możemy uprościć, używając pojęcia wektora.

Wtedy jednokładność o środku O i skali k + 0 definiujemy jako przekształcenie płasz- czyzny,które dowolnemu punktowi A przyporządkowuje taki punkt A/, że

OA| =

k,OA.

Środek jednokładności jest punktem staĘm tego przekształcenia. Dla

k

= 1 każdy punkt płaszcryzny jest punktem stałym jednokładności.

Przykład ffi

Wybierzemy napłaszczyźnie punkt O i przekształcimy punkt Aróżny od punktu O przez jednokładność o środku wpunkcie O i skali k = 3.

Rozwiąanie

Prowadzimy półprostą O A, naktórej zaznaczamy taki punkt Al , że |O A'| = 3 , I OA| .

oAA,

Korzystając zpojęciawektora, można zapisaćrówność

=

3,ń-

(28)

Jtb go

Geometria

Przykład Ę}

Przekształcimypunkt P przez jednokładność o środku O i skali k = -2, Rozwiązanie

Ponieważ skala jest |iczbą ujemną, więc szukany punkt P| Ieży na prostej OP tak, że punkty P i P/ po przeciwnych stronach punktu O oraz

|oP'| = | _ 2l . IoPl, czyli|oPl| = 2. |oP|.

Krócej:

OF

= -2, OF.

Przykład §}

Znajdziemy obraz punktu B w jednokładności o środku O i skali k =

-I.

Hozwiąanie Ieżelrik = -1, to

|or'1= 1,|oB|

i punkty B i B| leżą na prostej OB po różnych stro- nach punktu O, ale w tej samej odległości od niego.

w

tJrm wypadku jednokładność jest symetrią środ- kową o środku O.

Przykład Ę}

Wyznaczymy obraz punktu

ń

w jednokładności

ośrodkuOiskali k=!.

5

Rozwiązanie

|oA,|=|.tool

Di

Bezpośrednio z definicji jednokładności wynika następujący wniosek.

lffip@n/.płŁlę, ,:b?@,?"ł ',liv śtĆdbJfl,

tq r iiśłĘrfr de. -*' i

względem środlia0;

(29)

kształcone zostaĘ przez jednokładność o środku O i skali k

=:,

Oznaczmy obrazypunktów P, Q i

A

2

w tej jednokładności odpowiednio P',

ą'

i A'.

Zauważmy,że

loP,l

5 _ __

loQ,|

5

---+=-oraz-=_ loPl

2

"*- loal

2'

zatem na mocy twierdzenia odwrotnego do twierdzenia Talesa

P'Q'

ll PQ. Analo- gicznie

P'A'

ll PA, ponieważ punkt Anależy do odcinka PQ, więc

P'A'

ll

PQ.ZŃem punĘ

P|, A| i Q/ współliniowe. Ponadto

frff

= uu,

,rrrr

lp'Q'| =

Jrot

Wniosek

wyniĘący

z powyższego rozumowania zapiszemy \M postaci twierdzenia, którego dowód pominiemy.

}eżeti w j ednokładnościo środł$ O i skali k oarazami punktów d i B odp,owiedłio

punktyń iB',

to

u

ńrazem odcinkańB jes-t

odetnekł|B','

*

odcinekńrB/ jest równoległydo A8,.

"

|A,B,|= lftl.1ABl.

Z tego twierdzenia wynikaj ą następuj ące własności j ednokładności:

*

obrazem prostej jest równoległa do niej prosta,

.

obrazem prostYch równolegĘh proste rów- noległe,

(30)

ltlL gz

Geometria

*

obrazem kąta jest kąt o takiej samej mierze.

fednokładność zachowuje równoległość i kąty.

Powiemy, że dwie figurynapŁaszczyźnie jednokładne, gdyistnieje jednokładność, która przeks ztałca jedną figurę na drugą.

|r_

_

2 3

Przykład Ę

Przekształcimy trójkąt ABC przez jednokładność o środku A i skali k =

Rozwiązanie

Otrzymaliśmy trójkąt

AB'C'

(wierzchołek A jest punktem staĘm w trm przeksztaŁ- ceniu) o bokach równolegĘch do odpowiednich boków trójkąta

ABC

iodpowiednio proporcjonalnych. Ponadto

łABC

=

łAB|Cl iłACB

= łAC|B|.

Przykład §§

Znajdziemy obraz równoległoboku

ABCD

w jedno- kładności o skali

ł

= 1 i środku o będącym punktem przecięcia przekątnej 2AC oraz wysokości poprowa- dzonej zwierzchoŁka D do boku

ńB.

A

Rozwiązanie

Obrazem równoległoboku ABCDw jednokładności o środku O i skali

r

=

} i..t równo- ległobok Al B'C'D| o bokach równolegĘch do odpowiednich boków równoległoboku i zmniejszonych dwa razy.

k

(31)

Podsumujmy:

wielokąĘ jednokładne mają:

r

odpowiednie boki równoległe,

r

odpowiednie kąĘ równe,

c

stosunek odpowiednich boków

stĄ

i równy wartościbezwzględnej skali jednokładności.

Przykład ff

Niech środkiem jednokładności będzie początek układu współrzędnych. Przekształ- cimy punkty

l,

= (3,1), B =

(-2,2),C

=

(2,-1),D

= (-1, -2) przez jednokładność

o skali:

a)

k1= 2.

§ozwiązanie

a)

k1= 2

W jednokładności o środku O = (0, 0) i skali kt = 2 obrazami punktówA,

Ą

C,

D

sąpunkty A',

B',C',

D'.

n

=

(3,1) -t A'

= (6,2) 3 =

(-2,2)

--, B| =

(-4,4) ę

=

(z,-t)

-->

ęl

=

(4,-2) p

=

(-t,-2)

--, D| =

(-2,-4)

b)

kr= _3

W jednokładności o środku

g

= (O, O)

i skali k2 = -3 obrazami punktówA,

Ą

C,

D sąpunĘ

ń', B', C', D'.

4

= (3,

1) -- A'

= (-9,

-3)

3 =

(_2,2) --

B' = (6,

-6)

C =

(2,-I) -+

6/ =

(-6,3) p

=

(_I,-2)

--,

Dl

= (3,6)

b)

k2= _3,

Fil;;ffiilil;;ffi;ą

I względna skali jest większa od 1, to jedno- | kładność zwiększa figurę, a gdy wartość bez-

j

względna skali jest mniejsza od 1 - zmniejsza !

i

O*.u, ale w każdym prąrpadku zachowuje j

' kształt.

**__.,__****_**-l:

Cytaty

Powiązane dokumenty

3. Podstawa trapezu wpisanego w okrąg o promieniu 10 jest średnicą tego okręgu. Na sześciokącie foremnym opisano okrąg i w ten sam sześciokąt wpisano okrąg. Pole

W trapezie równoramiennym dane są promień okręgu opisanego r, kąt ostry przy podstawie α oraz suma długości obu podstaw d.. Obliczyć długość ramienia tego

Dla dowodu drugiej części zadania wystarczy pokazać, że symetralne boków mniejszego czworokąta przecinają się w jednym punkcie (jako dwusieczne kątów wewnętrznych

Tetrisa możemy kłaść w dowolny sposób na szachownicę tak, aby boki tetrisa pokry- wały się z bokami pól na szachownicy, możemy również go obracać.. Mamy dane dwa

Zad3. Dany jest trójkąt równoramienny o bokach długości 17cm, 17cm, 30cm. Oblicz:. a) długość promienia okręgu wpisanego w ten trójkąt b)długość promienia okręgu opisanego

Zad2. Dany jest trójkąt prostokątny w którym jedna przyprostokątna ma długość 8 dm a druga jest o 7dm od niej dłuższa. Oblicz:. a)długość promienia okręgu opisanego na

Zad3. Dany jest trójkąt prostokątny o przyprostokątnej długości 24 cm oraz drugiej przyprostokątnej o 17cm krótszej. Oblicz:. a) długość promienia okręgu wpisanego w

Wyznacz długość promienia okręgu opisanego na tym trapezie wiedząc, że długość promienia okręgu wpisanego w ten trapez jest równa