Prosto
do matury
Matematyka
dla szkoł ponadgim naz)alnych
3. Geometria
t
;
nowa ,,,,era
]1]ll]lił]ir]iH]i
Spis treści
1.
Warto powtórzyu2.
Wielokąt wpisany w okrąg3.
Wielokąt opisany na okręgu4.
Twierdzenie Talesa5.
}ednokładność6.
Podobieństwo7.
Twierdzenie sinusów8.
TWierdzeniecosinusówg.
Związ\<s,miarowe figur płaskich9.
PowtórzenieOdpowiedzi 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: półprostejBAi
półprostejBC (a;b)
{a;b) (a;b)
|{ABC| łABC
miara kątaABC
^ABC
trójkątABC
a
llb
prosta a jest równoległa do prostej.b aL b
prosta a jest prostopadła do prostej b o(S,r)
okrąg o środku S i promieniur
P
pole figuryobw
obwódfigury
AB odcinekokońcachAiB
lABl
długość odcinkaAB
'n ='
(a,b) pu;kt A
o współrzędnych a (tzw, odcięta)ib
(tzw, rzędna)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 wierzchołkiA
i B są 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 są 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 37,5mx
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|.I6
Geometriam 1.13.
wykaż, że czwotokąt ABCDjest trapezem rów- noramiennym (A, B, C,D
są punktami sĘczności *zobacz rysunek).
1.14. W
okręguo środku S
poprowadzonotrzy
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, żelMBl
= 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
2. Wielokąt wpisany w okrąg
l
stosowanie twierdzeń charakeryzujących czworckąty wpisane w okrąg Okrąg,który przechodziprzez wszystkie wierzchołki wielokąta, nazy\Mamy okręgiem opisanym naĘm
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
lA 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 1Nt.:::::11*::*:1*::":::_:*:*:Ł*,___--J
Przykład |}
czworokąt, na którym można opisać okrąg
pięciokąt, na którym można opisać okrąg pięciokąt, na którym nie można opisać okręgu
I8
GeometriaW
Na wielokącie można opisaćoĘg
wted} i tylko wteĘ, gdy symetralne wszystkic}r bokówtąo
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 nad*y*
czworokącie.
Zwrot wtedy i tylko wtedy oznacza, że prawdziwe są dwa twierdzenia:
|eże|i czworokąt jest wpisany w okfąg, to sumy miar kątów przeciwlegĘch są równe.
|eżeli sumy miar kątów przeciwlegĘh czworokąta są 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 są równe,
i
t
&
Na czworokącie można opisać okrąg wtedy i tylko wtedy, gdy sumł, miar
kąów
-1
P r zyjmijmy oznaczenia jak na D
łA+ łC
=u+|
= 180ołD+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
iI 10
GeometriaPrzykład Ę
a)
W czworokącieABCD
dane sąkąty:łA
= 50o,łB
= 110o,łC
= 130o,ZatemłA +
łC
= 50o + 130o = 180o. Na czworokącieABCD
można opisać okrąg,b)
W czworokącieKLMN: łK
= 60o,łI
= 90",łM
= 100o,Zatem
łK
+łM
= 60o + 100o = 160". Na czworokącieKLMN
nie można opisać okręgu.Przykład §l
obliczymy miary kątów czworokąta
ABŻD
wpisanego w okrąg, jeżeli wiadomo, żełA: 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 okrąg4x +2x = 180o, zatemx =30"
łA=
4x = l20o,łB
= x= 30o,łC
= 2x = 60"łD
=180'- iB
= 180o-
30o = 150oDo 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 są prawdziwe, czy fŃ_szy\Ąre.
A.
Co najmniej dwa z kątów deltoidu są 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 największeĘty
czworoĘa wpisanego w okrąg mogą mieć miaryPRAWDA
FAŁSZPRAWDA
FAŁSZPRAWDA
FAŁSZA.
60" i 90,.B.
85, i 95,.c.
95, i 105".D.
100, i 190".2.4.
CzworoĘtABCD
jest wpisany w okrąg i AD jest średnicą tego okręgu. }aką miarę ma kąt BAD,jeżeli wiadomo, żełACB
= 30o?A.
40oB.
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 kątówczworokątaABCD.
a)
2.8.
a)
Oblicz miary zaznaczonych kątów.
2.9.
Oblicz miary kątów czworokątaABCD
wpisanego w okrąg, jeżeliJ 12
Geometria2.1o.
Wyznaczmiarykątów czworokątaABCD
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 któregokąĘ
mają podane miary.
a)
45o,48o, 135o, 145ob)
85o,85o,95o,95o2,12,
czyna czworokącie, w którym miary kolejnych kątów pozostają w podanym stosunku, można opisać okrąg?a) 3:4:3
l 4b) l:2:2:I c) 5l5:4:4 d)
Il2:5:4
2.13.
Oblicz miary kątów a i P.a) b)
E} ** 2.16.
Kąt A w trójkącieABC
ma miarę 60o. DwusieczneBF i CD
przecinają się wpunkcie M, Udowodnij, żea)
na czworokącieADMF
można opisać okrąg,b)
|MD| = |MF|.§tr
* 2.15.
pwa odcinki równej długościAB i KM
przecinają się w takim punkcie p, że|PA| = lPMl.Udowodnij, że na czworokącieAMBK
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,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 miaryĘó*
wpisanegow l
gF€,,eaworѧta,łBCo,
&ć§4§ż. :, |:fliśtthćk},,vń§ij1Ęe):źći ,""' ;,;'',' ]; ,:: :l,,_,],-
" łCKB
= 20oi
ramiona tego kąta ptzechodąprzezpunĘ
D i A,. łDMC
= 30oi
rąmiona tegoĘa
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,zworokącieABCD
można opi§ać okrąg,jeżeli,miĘkąt&r
A;B,C
m
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 tegoĘa
jest jegodwusieczna.
**-*'_.J_iPrzykład |}
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
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 czworokątówCzrłoroĘwypuk}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 są dwa twierdzenia:
leżeli czworokąt jest opisany na okręgu, to sumy długości przeciwlegĘh boków
tego czworokąta są równe.
}eżeli sumy długości przeciwlegĘh boków czworokąta są 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 są równe.
'l^łł:,łi::ł
Przyjmijmy oznaczenia jak na rysunku.
C*J cB
D
*-- odcinki łączące wierzchołki czworokąta z odpowiednimi punktami sĘzności są równe
lABl =
d+c,|DC|=a*b,
lADl =d+a,|BC|=cłb
Mamy zatem
lAB|+lDCl
=a+b+cłd= |eo|+|rc|.
ill lo
Geometria1.
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| = zlAB|+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.
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)
trolkątrównoboczny b)
kwadratc)
sześciokąt foremnyPrzykład §
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 są równe*
|AEI= |FB||AE|+ a=|AF|
na mocy twierdzenia Pitagorasa dla trójkąta prostoĘtnego AFC
J
ż
-l- 18
GeometriaZADANlA
3.1
.
Dany jest trapez równoramienny o ramionach długości 5 cm. Oceń, czy podane zdania są prawdziwe, czy fałszywe.A.
|eżeli w ten trapez jest wpisany okrąg,to podstawy trapezu są
równe. PRAWDA
FAŁSZB.
|eżeli w ten trapez jest wpisany okrąg,to podstawy trapeza mogą być
równe. PRAWDA
FAŁSZC.
Ieże|itentrapez jest opisany na okręgu,to obwód trapezu jest równy 20
cm. PRAWDA
FAŁSZ3.2.
W czworokącieABCD
opisanym na okręgu dane są 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 czworokącieABCD
opisanym na okręgu dane są 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 równejB. Ó.
A.
1.C.70.
D. 80.3.5.
Trapez równoramienryr którego podstawy są 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, żea)
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.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 cmi2
cmod końców dłuższego ramienia tego trapezu. Oblicz pole trapezu.3.11.
Środek okręgu wpisanego w czworokątABCD
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 przekątnychtego 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)
|ABlw 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 DA
ozrlaczono odpowiednio literami E, F, G i H. Znając długości odcinkówlAEl = 4cm,|FB| =5cm,|cc|
=2cmi
lDrrl = 1cm,obliczobwód czworokątaABCD.
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 długośćjr.
ą Oblicz pole tego trapezu.5.
W czwor oĘcie ABCDboki BC i AD są równe, apunĘ
E i F są odpowiednio środkami tych boków. Wykaż, że jeże\iw każdy z czworokątów ABEF iFECD
można wpisać okrąg,to czworokąt ABCD jest równoległobokiem.
Ą. Ttlvięrdzenie Tals§a
Unni*jętno*ci:
G
§to§owanie twierdzcnia Talesa do cbliczania dtuEości odcinkówr
stosnwanig twierdzenia odwrotnego cjo twierdz*nia Taiesa dc ustalania równoległości prostychTales z Miletu (ok. 620
-
ok. 540 p.n.e.), grecki filozofi
matemaĘk, sformułowałkilka
ważnych twierdzeń geometrycznych. Najbardziej znane doĘczy równości stosunkówodcinków
otrzymanychprry
podzialeramion kąta przez
prosterównoległe. 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.
*ć
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
=atP2
a2AA
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 ABoraz 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'J)ż zz
GeometriaPrawdziwe 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 zteząproste l
ik
sąrównoległe.Dowód tego twierdzenia pominiemy.
Z udowodnionego twierdzenia Talesa można wlprowadzić proporcje innych odcinków.
}eżeli proste k i
l
przecirłają ramionaĘa
w taki sposób; że odcinki v{y,ttłc?frnLe ptzezteptóste]rra jedny_rr_r ramieniuĘa
są proporcjonalne do odpowiednich'od- cinkórvwyznaczonych prueżteproste na drugimramieniuĘa,
to prostekil
są|eżeli proste
AD
i B C są 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,
'
żelBAl
lCDlffi
=ffi
,*ię.
prawdziwa jest równość,,lBAl _,,lCDl
_lPCl+|CD|_lPDl
' ' lPBl ' ' lPCl lPCl
lPCl'Analogicznie udowadniamy równość (2).
Do uzasadnienia równości (3) uzupełnimy rysu- nek prostą
BK
równoległą do prostejPD
po to,aĘ
zastosować twierdzenie Talesa oraz wzór (t) do kątaDAP
przeciętego równoległymiBK 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 odcinkar.
, 15
6+4a) 'x6 _-_
10x = 15.6, cry|i x = 9.
,,9
bl -=-'5
8+x85(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 itbd| l . a.d=b.c
ź ud
'1;.
§źacl :. !=Ł
i\cdI
1{. ,/Jl|i- 24
GeometriaPrzykład §[
Dane są 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.
Tę równość zapisujemy w postaci proporcji
L =Ł. ax
Teraz kolejno:
r
rysujemyĘt
o wierzchołku Oi
na jednym jego ramieniu odkładamy: najpierw odcinek jednostkowy OA, następnie takodcinekAB,
Oże|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 odcinkiAB
i CD są równoległe, punkty K, D i B są współli- niowe orazpunĘ
K, C i A są współliniowe. Mie- rzyr1y długości: |DB|, |AB|i |CD|.rysunku K). Chcemy określić jej
|KD| _ ICD|
lKBl
lABlll(Dl
_ lCDl|ro|+
|D,a|
lABll
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
Z wlprowadzonych wzorów wynika, że jeś|iprzetniemy ramiona kąta dowolnie wie- loma prostymi równoległymi, to odcinki wyznaczonena jednym ramieniu są 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 punktuA
prowadzimy półprostąi
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 są równoległe. Czy podane proporcje są prawdziwe, czy fałszywe? Wy- bierz właściwą odpowiedź.^ loDl _
Io8l^' locl - eą n lDBl
lDClIr. _
lCAl
=_lcol
^ lDBl
lCAl-'
1oĄ = 1oa;4.2. W
trójkącieABC
poprowadzono odcinekMN
jak na rysunku.Ieże|iMN
llAB,
|BN| = 5,lNCl
= IO oraz|AC1= 12,ro,^. |AM|=
ą,lMCl
= 8 ilMNl
= 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 trójkącieABC
punktMleży
na boku AC, a punktN -
na boku BC. Które zponiższychdanych wykluczają równoległość odcinków ABi MN?
^. |MC|=3,1AMl= 12,|CNl = 13
B.
|MCl = 3,|ACl = 15,1ABl = 20,|MNl = 5C.
|MC| = 3, |AC| = 15,ICN| = 5,|MNl = 5D.
|BC| = 20,1ACl = 15, |AB| = 25,lMNl
= 5PRAWDA PRAWDA PRAWDA
FAŁSZ FAŁSZ FAŁsZ
Geometria
4.4.
Proste k i l są równoległe. Oblicz x.a)
4.5.
Na rysunku prosteaib
sąrównoległe. Oblicza)
|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 aib
przecinają ramiona kąta o wierzchołku Ltak,że na jednym ramieniupowstĄ
odcinkiLo i
oK, a na drugimtA
i As. Punkty A io
Ieżą bliżej punktul
niż punkty s i
k.
sprawdź, czy ptoste ai
b są 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|+2,24.7.
ObLicz długości boków trójĘtaABC
przed-stawionego na rysunku obok, wiedząc, że
DF
||AC iEG
|| BC.|As| = 6
|rs1 = 15
|rs1 = 16
-|
4.8.
Chcemy zmierzyć odległość między drze- wami D1i
D2, a\e nie możemy zrobić tego bez- pośrednio, bo rozdzielaje
rzel<a, Na podstawie.yrorrk,
opisz sposób, w jaki można to zrobić,ÓUt., IDDzl,
gdy |D2M| = 4m,|n2r1
= 12^
i |Kl| = 19 m.
Dl
4.9.PrzezpunktRnależącydobokuABtrójĘaABC.poprowadzonoprostąrówno- ległą do boku
Ac
przeclnającąbokBc
w punkcie s. oblicz długości boków trójkątaABC,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
lCDla)
|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
2Ó
cm,ńy
przecięło Prostą zawierającą drugie ramię tego trapezu,4.14.okręgiopromieniach3cmi4,5cmsąstycznezewnętrzniewpunkcieP.odle-
gŃe
p,rrrki,;l oap-.t.;
sĘcznej do obu okręgów jest równa d,Wyznacz d,{t
4.15.
W rombie ABcDwierzchołek D kąta rozwartego połączono ze Środkami K il
boków przeciwlegĘch. oblicz pole .ombu, jeżeli pole
tóiku,; DKl
równa się 36 cm2,ri}
4.16,
Na jednym ramieniuĘa
o wierzchołkuo
obrano punkty K, L, a na drugim M, N tak, że |oK| = ro, tor| =sz,loMl=
4,IMNI = 3m-Z,Dlajakich
wafiościmproste zawierająceodcinki
KM
itN
są równoległe?rll- 28
Geometriał:r4.17. BokitrójkątaABC
majądługości |AB| = 36,lBCl
=24i lACl
= I8.Przezwybrany 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 prostea i
b są równo- ległe. Oblicz |ST|, jeżelilTOl =
12 cm,lAMl=
16 cm, |sł1 = 24cm.b) c)
2.
Proste ai
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 cmi
12 cm. O ile centymetrów należyprzedŁużyć ramię trapezu długości 6 cm, abyprzecięło się z przedłużeniem cruglego !! rźunlenlaf4.
W tróikącie ,śr ABC na boku AC obrano punkt P i poprowadzono prostą równo- ległą dobok:.T, o:rj.*
?lrłł.Ułrw
punkcie Q. Oblicz długość odcinka PQ,wiedząc,że|AB| = 15
cm'ffi
=;.
5. W
trójkącie prostokątnymABC
danesą
długości przyprostokątnych lABl = Lż cmi lBCl = 4 cm. Prosta prostopadła do bokuAB
rozcinatrójkątABC
na dwie figury o rówrrych polach, Oblicz długość wspólnego boku Ęch figur.
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 spełnionesą warunki:
ł
jeżelik > 0, to |o1,1= k .|oA| i punkty A, AI leżąpo jednej stronie punktuo,
a
jeżelik < 0, to |ol'
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
OŃ
=3,ń-
Jtb go
GeometriaPrzykład 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/ są 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 jednokładnościośrodkuOiskali 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;kształcone zostaĘ przez jednokładność o środku O i skali k
=:,
Oznaczmy obrazypunktów P, Q iA
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- gicznieP'A'
ll PA, ponieważ punkt Anależy do odcinka PQ, więcP'A'
llPQ.ZŃem punĘ
P|, A| i Q/ są współliniowe. Ponadtofrff
= 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 są odp,owiedłio
punktyń iB',
tou
ńrazem odcinkańB jes-todetnekł|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 są proste rów- noległe,ltlL gz
Geometria*
obrazem kąta jest kąt o takiej samej mierze.fednokładność zachowuje równoległość i kąty.
Powiemy, że dwie figurynapŁaszczyźnie są 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 trójkątaABC
iodpowiednio proporcjonalnych. PonadtołABC
=łAB|Cl iłACB
= łAC|B|.Przykład §§
Znajdziemy obraz równoległoboku
ABCD
w jedno- kładności o skalił
= 1 i środku o będącym punktem przecięcia przekątnej 2AC oraz wysokości poprowa- dzonej zwierzchoŁka D do bokuńB.
ARozwiązanie
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
Podsumujmy:
wielokąĘ jednokładne mają:
r
odpowiednie boki równoległe,r
odpowiednie kąĘ równe,c
stosunek odpowiednich bokówstĄ
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 jednokładnośćo skali:
a)
k1= 2.§ozwiązanie
a)
k1= 2W 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= _3W jednokładności o środku
g
= (O, O)i skali k2 = -3 obrazami punktówA,
Ą
C,