Когда числа могут быть сторонами треугольника
Перейти к содержимому

Когда числа могут быть сторонами треугольника

  • автор:

Стороны треугольника

В математике при рассмотрении треугольника обязательно уделяют много внимание его сторонам. Поскольку данные элементы формируют эту геометрическую фигуру. Стороны треугольника используются для решения многих задач по геометрии.

Определение понятия

Отрезки, соединяющие три точки, которые не лежат на одной прямой, называются сторонами треугольника. Рассматриваемые элементы ограничивают часть плоскости, что называют внутренностью данной геометрической фигуры.

Математики в своих расчетах допускают обобщения, касающиеся сторон геометрических фигур. Так, в вырожденном треугольнике три его отрезка лежат на одной прямой.

Характеристики понятия

Расчет сторон треугольника предполагает определение всех остальных параметров фигуры. Зная длину каждого из этих отрезков можно легко вычислить периметр, площадь и даже углы треугольника.

Произвольный треугольник

Суммировав стороны данной фигуры можно определить периметр.

P=a+b+c, где a, b, c – стороны треугольника

А для нахождения площади треугольника тогда следует использовать формулу Герона.

, где p – полупериметр.

Углы данной геометрической фигуры вычисляют через теорему косинусов.

Значение

Через соотношение сторон треугольника выражают некоторые свойства этой геометрической фигуры:

  • Напротив наименьшей стороны треугольника находится его наименьший угол.
  • Внешний угол рассматриваемой геометрической фигуры получают, продлевая одну из сторон.
  • Напротив равных углов треугольника лежат равные стороны.
  • В любом треугольнике одна из сторон всегда больше разности двух других отрезков. А сумма любых двух сторон этой фигуры больше третьей.

Один из признаков равенства двух треугольников является соотношение суммы всех сторон геометрической фигуры. Если эти значения одинаковые, то и треугольники будут равными.

Некоторые свойства треугольника зависят от его типа. Поэтому вначале следует учитывать величину сторон или углов этой фигуры.

Формирование треугольников

Если две стороны рассматриваемой геометрической фигуры будут одинаковыми, то этот треугольник называют равнобедренным.

Равнобедренный треугольник

Когда все отрезки в треугольнике будут равны, то получится равносторонний треугольник.

Равносторонний треугольник

Любое вычисление удобнее проводить в тех случаях, когда произвольный треугольник можно отнести к определенному типу. Поскольку тогда нахождение требуемого параметра этой геометрической фигуры значительно упростится.

Хотя правильно подобранное тригонометрическое уравнение позволяет решить многие задачи, в которых рассматривается произвольный треугольник.

Что мы узнали?

Три отрезка, которые соединены между собой точками и не принадлежат одной прямой, формируют треугольник. Эти стороны образуют геометрическую плоскость, что используется при определении площади. С помощью данных отрезков можно найти много таких важных характеристик фигуры, как периметр и углы. Соотношение сторон в треугольнике помогает найти его тип. Некоторыми свойствами данной геометрической фигуры можно воспользоваться только, если известны размеры каждой из ее сторон.

Какими могут быть стороны треугольника

Какими могут быть стороны треугольника? Могут ли стороны треугольника быть равными данным числам? Существует ли треугольник со сторонами той или иной длины? . Рассмотрим конкретные задачи.

1) Существует ли треугольник со сторонами

а) 1 см, 2 см, 3 см;

б) 7 см, 10 см, 12 см?

Согласно неравенству треугольника, длина любой стороны треугольника меньше суммы длин двух других сторон. Проверяем, выполнено ли это условие для каждого отрезка. Для задачи а):

Третье неравенство неверно, следовательно, треугольника со сторонами 1 см, 2 см и 3 см не существует.

Все три условия выполнены, значит, треугольник со сторонами 7 см, 10 см и 12 см существует.

2) Можно ли построить треугольник со сторонами 3 см, 4 см, 8 см?

Проверяем, выполняется ли неравенство треугольника для каждого из отрезков:

Последнее неравенство не выполнено, поэтому треугольник со сторонами 3 см, 4 см и 8 см построить нельзя.

3) Какими могут быть стороны треугольника:

б) 11 дм, 15 дм, 30 дм?

Проверяем выполнение неравенства треугольника для каждой тройки отрезков:

\[a)5 < 7 + 10;7 < 5 + 10;10 < 5 + 7.\]

Все три неравенства верны, следовательно, стороны треугольника могут быть равными 5 м, 7 м и10 м.

\[б)11 < 15 + 30;15 < 11 + 30;30 < 11 + 15.\]

Третье неравенство не является верным, значит, стороны треугольника не могут быть равными 11 дм, 15 дм и 30 дм.

Соотношения в треугольнике

228. В этой главе мы будем главным образом понимать под обозначениями отрезков AB, AC и т. д. выражающие их числа.

Мы знаем (п. 226), что если даны геометрически два отрезка a и b, то мы можем построить средний пропорциональный между ними. Пусть теперь отрезки даны не геометрически, а числами, т. е. под a и b будем понимать числа, выражающие 2 данных отрезка. Тогда нахождение среднего пропорционального отрезка сведется к нахождению числа x из пропорции a/x = x/b, где a, b и x числа. Из этой пропорции имеем:

229. Пусть имеем прямоугольный треугольник ABC (чер. 224).

Прямоугольный треугольник

Опустим из вершины его прямого угла (∠B прямой) перпендикуляр BD на гипотенузу AC. Тогда из п. 225 мы знаем:

1) AC/AB = AB/AD и 2) AC/BC = BC/DC.

Отсюда мы получаем:

AB 2 = AC · AD и BC 2 = AC · DC.

Сложив по частям полученные равенства, получим:

AB 2 + BC 2 = AC · AD + AC · DC = AC(AD + DC).

т. е. квадрат числа, выражающего гипотенузу, равен сумме квадратов чисел, выражающих катеты прямоугольного треугольника .

Сокращенно говорят: Квадрат гипотенузы прямоугольного треугольника равен сумме квадратов катетов .

Если мы дадим полученной формуле геометрическое толкование, то получим уже известную нам теорему Пифагора (п. 161):

квадрат, построенный на гипотенузе прямоугольного треугольника, равновелик сумме квадратов, построенных на катетах.

Из уравнения AB 2 + BC 2 = AC 2 иногда приходится находить катет прямоугольного треугольника, по гипотенузе и другому катету. Получим, напр.:

Нахождение длины катета

AB 2 = AC 2 – BC 2 и, следов.,

230. Найденное числовое соотношение между сторонами прямоугольного треугольника позволяет решать множество вычислительных задач. Решим некоторые из них:

1. Вычислить площадь равностороннего треугольника по данной его стороне .

Равносторонний треугольник

Пусть ∆ABC (чер. 225) равносторонний и каждая его сторона выражается числом a (AB = BC = AC = a). Для вычисления площади этого треугольника надо узнать сначала его высоту BD, которую мы назовем чрез h. Мы знаем, что в равностороннем треугольнике высота BD делит основание AC пополам, т. е. AD = DC = a/2. Поэтому из прямоугольного треугольника DBC имеем:

BD 2 = BC 2 – DC 2 ,

h 2 = a 2 – a 2 /4 = 3a 2 /4 (выполняем вычитание).

Вычисление высоты треугольника

(выносим множитель из под корня).

Следовательно, называя число, выражающее площадь нашего треугольника, чрез Q и зная, что площадь ∆ABC = (AC · BD)/2, находим:

Вычисление высоты треугольника

Мы можем смотреть на эту формулу, как на один из способов измерения площади равностороннего треугольника: надо измерить его сторону в линейных единицах, возвести найденное число в квадрат, умножить полученное число на √3 и разделить на 4 — получим выражение площади в квадратных (соответствующих) единицах.
2. Стороны треугольника равны 10, 17 и 21 лин. един. Вычислить его площадь .

Площадь треугольника

Опустим высоту h в нашем треугольнике (чер. 226) на большую сторону — она непременно пройдет внутри треугольника, так как в треугольнике тупой угол может быть расположен только против большей стороны. Тогда большая сторона, = 21, разделится на 2 отрезка, один из которых обозначим чрез x (см. чертеж) — тогда другой = 21 – x. Получим два прямоугольных треугольника, из которых имеем:

h 2 = 10 2 – x 2 и h 2 = 17 2 – (21 – x) 2

Так как левые части этих уравнений одинаковы, то

10 2 – x 2 = 17 2 – (21 – x) 2

Выполняя действия получим:

10 2 – x 2 = 289 – 441 + 42x – x 2

Упрощая это уравнение, найдем:

Тогда из уравнения h 2 = 10 2 – x 2 , получим:

h 2 = 10 2 – 6 2 = 64

Тогда искомая площадь найдется:

Q = (21 · 8)/2 квад. един. = 84 квад. един.

3. Можно решить общую задачу:

как вычислить площадь треугольника по его сторонам?

Площадь треугольника по его сторонам

Пусть стороны треугольника ABC выражены числами BC = a, AC = b и AB = c (чер. 227). Положим, что AC есть большая сторона; тогда высота BD пойдет внутри ∆ABC. Назовем: BD = h, DC = x и тогда AD = b – x.

Из ∆BDC имеем: h 2 = a 2 – x 2 .

Из ∆ABD имеем: h 2 = c 2 – (b – x) 2 ,

откуда a 2 – x 2 = c 2 – (b – x) 2 .

Решая это уравнение, последовательно получаем:

2bx = a 2 + b 2 – c 2 и x = (a 2 + b 2 – c 2 )/2b.

Далее, подставляя это выражение в уравнение h 2 = a 2 – x 2 , найдем

Вычисление

(Последнее написано на том основании, что числителя 4a 2 b 2 – (a 2 + b 2 – c 2 ) 2 можно рассматривать, как равность квадратов, которую разлагаем на произведение суммы на разность).

​Вычисление [Нажмите и перетащите] ​

Эту формулу преобразовывают, вводя периметр треугольника, который обозначим чрез 2p, т. е.

Вычитая по 2c из обеих частей равенства, получим:

a + b + c – 2c = 2p – 2c или a + b – c = 2(p – c):

c + a – b = 2(p – b) и c – a + b = 2(p – a).

Вычисление

(p выражает полупериметр треугольника).
Этою формулою можно пользоваться для вычисления площади треугольника по трем его сторонам.

231. Упражнения.

Дроби

  1. Основание равнобедренного треугольника равно 10 дм., а его площадь = 60 кв. дм. Найти (вычислить) его периметр.
  2. Параллельные стороны равнобочной трапеции равны 16 и 40 дм., а каждая из непараллельных сторон = 37 дм. Вычислить его площадь.
  3. Стороны трапеции равны: параллельные 15 и 36 дм., а непараллельные 13 и 20 дм. Вычислить их площадь.
  4. Сторона ромба и его меньшая диагональ одинаковы. Найти формулу для измерения площади такого ромба по его стороне.
  5. Катеты прямоугольного треугольника равны соответственно 6 и 8 дм. Найти отрезок гипотенузы, заключенный между биссектором прямого угла треугольника и высотою, опущенною из вершины прямого угла.
  6. Биссектор прямого угла прямоугольного треугольника делит гипотенузу на 2 отрезка, равные соответственно лин. един. Вычислить его площадь.
  7. Найти сторону квадрата, равновеликого равнобедренному треугольнику, боковая сторона которого = 12 ½ лин. един., а высота относится к основанию, как 2 : 3.
  8. Стороны параллелограмма равны a и b и один из его углов = 45°. Найти формулу для его площади.
  9. Угол параллелограмма = 30°; выразить его площадь чрез его стороны (a и b).

232. В п. 229 мы нашли зависимость между сторонами прямоугольного треугольника. Можно найти подобную же зависимость для сторон (с присоединением еще одного отрезка) косоугольного треугольника.

Треугольник

Пусть имеем сначала ∆ABC (чер. 228) такой, чтобы ∠A был острый. Постараемся найти выражение для квадрата стороны BC, лежащей против этого острого угла (подобно тому, как в п. 229 нашли выражение для квадрата гипотенузы).

Построив BD ⊥ AC, получим из прямоугольного треугольника BDC:

BC 2 = BD 2 + DC 2

Заменим BD2, определяя его из ABD, откуда имеем:

BD 2 = AB 2 – AD 2 ,

а отрезок DC заменим чрез AC – AD (очевидно, что DC = AC – AD). Тогда получим:

BC 2 = AB 2 – AD 2 + (AC – AD) 2 = AB 2 – AD 2 + AC 2 – 2AC · AD + AD 2

Выполнив приведение подобных членов, найдем:

BC 2 = AB 2 + AC 2 – 2AC · AD.

Эта формула читается: квадрат стороны треугольника, лежащей против острого угла, равен сумме квадратов двух его других сторон, минус удвоенное произведение одной из этих сторон на ее отрезок от вершины острого угла до высоты .

233. Пусть теперь ∠A и ∆ABC (чер. 229) тупой. Найдем выражение для квадрата стороны BC, лежащей против тупого угла.

Треугольник с тупым углом

Построив высоту BD — она теперь расположится несколько иначе: на 228 где ∠A острый, точки D и C располагаются по одну сторону от A, а здесь, где ∠A тупой, точки D и C расположатся по разные стороны от A. Тогда из прямоугольного ∆BDC получим:

BC 2 = BD 2 + DC 2

Мы можем BD2 заменить, определяя его из прямоугольного ∆BDA:

BD 2 = AB 2 – AD 2 ,

а отрезок DC = AC + AD, что очевидно. Заменяя, получим:

BC 2 = AB 2 – AD 2 + (AC + AD) 2 = AB 2 – AD 2 + AC 2 + 2AC · AD + AD 2

Выполняя приведение подобных членов найдем:

BC 2 = AB 2 + AC 2 + 2AC · AD,

т. е. квадрат стороны треугольника, лежащей против тупого угла, равен сумме квадратов двух его других сторон, плюс удвоенное произведение одной из них на ее отрезок от вершины тупого угла до высоты .
Эта формула, а равно и формула п. 232, допускают геометрическое истолкование, которое легко найти.

234. Пользуясь свойствами пп. 229, 232, 233, мы можем, если нам даны стороны треугольника в числах, узнать, есть ли у этого треугольника прямой или тупой угол.

Прямой или тупой угол в треугольнике может быть расположен лишь против большей стороны, каков же угол против нее, легко узнать: этот угол острый, прямой или тупой, смотря по тому, будет ли квадрат большей стороны меньше, равен или больше суммы квадратов двух других сторон.

Узнать, имеется ли прямой или тупой угол в следующих треугольниках, определяемых своими сторонами:

1) 15 дм., 13 дм. и 14 дм.; 2) 20, 29 и 21; 3) 11, 8 и 13; 4) 7, 11 и 15.

235. Пусть имеем параллелограмм ABCD (чер. 230); построим его диагонали AC и BD и его высоты BK ⊥ AD и CL ⊥ AD.

Параллелограмм

Тогда, если ∠A (∠BAD) острый, то ∠D (∠ADC) непременно тупой (ибо их сумма = 2d). Из ∆ABD, где ∠A считаем острым, имеем:

BD 2 = AB 2 + AD 2 – 2AD · AK,

а из ∆ACD, где ∠D тупой, имеем:

AC 2 = AD 2 + CD 2 + 2AD · DL.

Заменим в последней формуле отрезок AD равным ему отрезком BC и DL равным ему AK (DL = AK, ибо ∆ABK = ∆DCL, в чем легко убедиться). Тогда получим:

AC2 = BC2 + CD2 + 2AD · AK.

Сложив выражение для BD2 с последним выражением для AC 2 , найдем:

BD 2 + AC 2 = AB 2 + AD 2 + BC 2 + CD 2 ,

так как члены –2AD · AK и +2AD · AK взаимно уничтожаются. Полученное равенство можем прочитать:

Сумма квадратов диагоналей параллелограмма равна сумме квадратов его сторон.

236. Вычисление медианы и биссектора треугольника по его сторонам . Пусть в треугольнике ABC (чер. 231) построена медиана BM (т. е. AM = MC). Зная стороны ∆ABC: BC = a, AC = b и AB = c, вычислить медиану BM.

Прямоугольник и треугольник

Продолжим BM и отложим отрезок MD = BM. Соединив D с A и D с C, получим параллелограмм ABCD (выяснить это легко, так как ∆AMD = ∆BMC и ∆AMB = ∆DMC).

Называя медиану BM чрез m, получим BD = 2m и тогда, пользуясь предыдущим п., имеем:

Вычисления

237. Вычисление радиуса, описанного около треугольника круга. Пусть около ∆ABC (чер. 233) описан круг O. Построим диаметр круга BD, хорду AD и высоту треугольника BH.

Радиус круга, описанного около треугольника

Тогда ∆ABD ~ ∆BCH (∠A = ∠H = d — угол A прямой, потому что он вписанный, опирающийся на диаметр BD и ∠D = ∠C, как вписанные, опирающиеся на одну дугу AB). Поэтому имеем:

или, называя радиус OB чрез R, высоту BH чрез h и стороны AB и BC, как и раньше, соответственно чрез c и a:

но площадь ∆ABC = Q = bh/2, откуда h = 2Q/b.

Следовательно, R = (abc) / (4Q).

Мы умеем (п. 230 зад. 3) вычислять площадь треугольника Q по его сторонам. Отсюда можем вычислить R по трем сторонам треугольника.

238. Вычисление радиуса вписанного в треугольник круга. Впишем в ∆ABC, стороны которого даны (чер. 234), круг O. Соединив его центр O с вершинами треугольника и с точками касания D, E и F сторон к кругу, найдем, что радиусы круга OD, OE и OF служат высотами треугольников BOC, COA и AOB.

Называя радиус вписанного круга чрез r, имеем:

Стороны треугольника

Треугольники можно классифицировать по сторонам следующим образом:

  • равнобедренные (если две стороны равны)
  • равносторонние (если все стороны равны)
  • разносторонние (если все стороны разные)

Формулы связывающие стороны треугольника

Большая сторона треугольника лежит против большего угла.

В любом треугольнике (рис. 1) его стороны связаны с углами с помощью теоремы синусов:

\[\frac{a}{\sin \alpha } =\frac{b}{\sin \beta } =\frac{c}{\sin \gamma } \]

\[a^2 =b^2 +c^2 -2\cdot b\cdot c\cdot \cos \alpha \]

Площадь треугольника по трем сторонам (формула Герона)

\[S=\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)} ,\]

где – полупериметр

Стороны в прямоугольном треугольнике

В прямоугольном треугольнике (рис. 2) стороны и , образующие прямой угол, называются катетами, а третья сторона – гипотенузой. Связаны стороны прямоугольного треугольника теоремой Пифагора: «Квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов»

Примеры решения задач

\[AC^2 =AB^2 +BC^2 -2\cdot AC\cdot BC\cdot \cos B\]

\[\sqrt{7} ^2 =2^2 +3^2 -2\cdot 2\cdot 3\cdot \cos B,\]

\[\cos \angle B=\frac{4+9-7}{12} =\frac{1}{2} \]

\angle B=\arccos \frac{1}{2} =60^{\circ}

Тогда .

Задание В треугольнике основание см, а сторона на см больше стороны . Найти стороны треугольника, если площадь треугольника равна см .
Решение Пусть сторона равна см, тогда см. Полупериметр рассматриваемого треугольника равен

\[p=\frac{AB+BC+AC}{2} =\frac{5+x+x+3}{2} =x+4\]

Воспользуемся формулой Герона для площади треугольника

\[S=\sqrt{p(p-AB)(p-BC)(p-AC)} =\sqrt{(x+4)(x+4-5)(x+4-x)(x+4-x-3)} =\]

\[=2\sqrt{(x+4)(x-1)} =5\sqrt{2}\]

\[\sqrt{(x+4)(x-1)} =5\sqrt{2} ,\]

\[(x+4)(x-1)=50,\]

откуда . Следовательно, сторона см см.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *