Первые историки нашей цивилизации - древние греки - упоминают Египет как место зарождения геометрии. Трудно с ними не согласиться, зная, с какой потрясающей точностью возведены гигантские усыпальницы фараонов. Взаимное расположение плоскостей пирамид, их пропорции, ориентация по сторонам света - достичь такого совершенства было бы немыслимо, не зная основ геометрии.
Само слово "геометрия" можно перевести как «измерение земли». Причём слово «земля» выступает не как планета - часть Солнечной системы, а как плоскость. Разметка площадей под ведение сельского хозяйства, скорее всего, и является самой изначальной основой науки о геометрических фигурах, их видах и свойствах.
Треугольник - самая простая пространственная фигура планиметрии, содержащая всего три точки - вершины (меньше не бывает). Основа основ, может быть, оттого и мерещится в нём нечто таинственное и древнее. Всевидящее око внутри треугольника - один из самых ранних из известных оккультных знаков, причём география его распространения и временные рамки просто поражают воображение. От древних египетской, шумерской, ацтекской и других цивилизаций до более современных сообществ любителей оккультизма, разбросанных по всему земному шару.
Какими бывают треугольники
Обычный разносторонний треугольник - это замкнутая геометрическая фигура, состоящая из трёх отрезков разной длины и трёх углов, ни один из которых не является прямым. Кроме него, различают несколько особых видов.
Треугольник остроугольный имеет все углы величиной менее 90 градусов. Иными словами - все углы такого треугольника острые.
Прямоугольный треугольник, над которым во все времена плакали школьники из-за обилия теорем, имеет один угол с величиной 90 градусов или, как его ещё называют, прямой.
Тупоугольный треугольник отличается тем, что один из его углов тупой, то есть величина его - более 90 градусов.
Равносторонний треугольник имеет три стороны одинаковой длины. У такой фигуры равны также все углы.
И наконец, у равнобедренного треугольника из трёх сторон две равны между собой.
Отличительные особенности
Свойства равнобедренного треугольника определяют и его основное, главное, отличие - равенство двух сторон. Эти равные друг другу стороны принято называть бёдрами (или, чаще, боковыми сторонами), ну а третья сторона носит название «основание».
На рассматриваемом рисунке a = b.
Второй признак равнобедренного треугольника вытекает из теоремы синусов. Так как равны стороны a и b, равны и синусы их противолежащих углов:
a/sin γ = b/sin α, откуда имеем: sin γ = sin α.
Из равенства синусов следует равенство углов: γ = α.
Итак, вторым признаком равнобедренного треугольника является равенство двух углов, прилежащих к основанию.
Третий признак. В треугольнике различают такие элементы, как высота, биссектриса и медиана.
Если в процессе решения задачи выясняется, что в рассматриваемом треугольнике два любых из этих элементов совпадают: высота с биссектрисой; биссектриса с медианой; медиана с высотой - однозначно можно делать вывод, что треугольник равнобедренный.
Геометрические свойства фигуры
1. Свойства равнобедренного треугольника. Одним из отличительных качеств фигуры является равенство углов, прилежащих к основанию:
<ВАС = <ВСА.
2. Ещё одно свойство рассмотрено выше: медиана, биссектриса и высота в равнобедренном треугольнике совпадают, если они построены от его вершины к основанию.
3. Равенство биссектрис, проведённых из вершин при основании:
Если АЕ - биссектриса угла ВАС, а CD - биссектриса угла BCA, то: AE = DC.
4. Свойства равнобедренного треугольника предусматривают также равенство высот, которые проведены из вершин при основании.
Если построить высоты треугольника АВС (где АВ = ВС) из вершин А и С, то полученные отрезки CD и АЕ будут равны.
5. Равными также окажутся и медианы, проведённые из углов при основании.
Так, если АЕ и DC - медианы, то есть AD = DB, а BE = EC, то АЕ = DC.
Высота равнобедренного треугольника
Равенство боковых сторон и углов при них привносит некоторые особенности в вычисление длин элементов рассматриваемой фигуры.
Высота в равнобедренном треугольнике делит фигуру на 2 симметричных прямоугольных треугольника, гипотенузами у которых выступают боковые стороны. Высота в таком случае определяется согласно теореме Пифагора, как катет.
У треугольника могут быть равными все три стороны, тогда он будет называться равносторонним. Высота в равностороннем треугольнике определяется аналогично, только для расчётов достаточно знать всего одно значение - длину стороны этого треугольника.
Можно определить высоту и другим путём, например зная основание и прилегающий к нему угол.
Медиана равнобедренного треугольника
Рассматриваемый тип треугольника, благодаря геометрическим особенностям, решается довольно просто по минимальному набору исходных данных. Так как медиана в равнобедренном треугольнике равна и его высоте, и его биссектрисе, то алгоритм её определения ничем не отличается от порядка вычисления данных элементов.
К примеру, определить длину медианы можно по известной боковой стороне и величине угла при вершине.
Как определить периметр
Так как у рассматриваемой планиметрической фигуры две стороны всегда равны, то для определения периметра достаточно знать длину основания и длину одной из сторон.
Рассмотрим пример, когда нужно определить периметр треугольника по известным основанию и высоте.
Периметр равен сумме основания и удвоенной длины боковой стороны. Боковая сторона, в свою очередь, определяется с помощью теоремы Пифагора как гипотенуза прямоугольного треугольника. Длина её равна корню квадратному из суммы квадрата высоты и квадрата половины основания.
Площадь равнобедренного треугольника
Не вызывает, как правило, трудностей и вычисление площади равнобедренного треугольника. Универсальное правило определения площади треугольника как половины произведения основания на его высоту применимо, конечно же, и в нашем случае. Однако свойства равнобедренного треугольника вновь облегчают задачу.
Допустим, что известны высота и угол, прилежащий к основанию. Необходимо определить площадь фигуры. Сделать это можно таким способом.
Так как сумма углов любого треугольника равна 180°, то определить величину угла не составит труда. Далее, воспользовавшись пропорцией, составленной согласно теореме синусов, определяется длина основания треугольника. Все, основание и высота - достаточные данные для определения площади - имеются.
Другие свойства равнобедренного треугольника
Положение центра окружности, описанной вокруг равнобедренного треугольника, зависит от величины угла вершины. Так, если равнобедренный треугольник остроугольный, центр круга располагается внутри фигуры.
Центр окружности, которая описана вокруг тупоугольного равнобедренного треугольника, лежит вне его. И, наконец, если величина угла при вершине равна 90°, центр лежит ровно на середине основания, а через само основание проходит диаметр окружности.
Для того чтобы определить радиус окружности, описанной около равнобедренного треугольника, достаточно разделить длину боковой стороны на удвоенный косинус половины величины угла при вершине.
Свойства равнобедренного треугольника выражают следующие теоремы.
Теорема 1. В равнобедренном треугольнике углы при основании равны.
Теорема 2. В равнобедренном треугольнике биссектриса, проведенная к основанию, является медианой и высотой.
Теорема 3. В равнобедренном треугольнике медиана, проведенная к основанию, является биссектрисой и высотой.
Теорема 4. В равнобедренном треугольнике высота, проведенная к основанию, является биссектрисой и медианой.
Докажем одну из них, например теорему 2.5.
Доказательство. Рассмотрим равнобедренный треугольник ABC с основанием ВС и докажем, что ∠ В = ∠ С. Пусть AD - биссектриса треугольника ABC (рис.1). Треугольники ABD и ACD равны по первому признаку равенства треугольников (АВ = АС по условию, AD - общая сторона, ∠ 1 = ∠ 2, так как AD - биссектриса). Из равенства этих треугольников следует, что ∠ В = ∠ С. Теорема доказана.
С использованием теоремы 1 устанавливается следующая теорема.
Теорема 5. Третий признак равенства треугольников. Если три стороны одного треугольника соответственно равны трем сторонам другого треугольника, то такие треугольники равны (рис. 2).
Замечание. Предложения, установленные в примерах 1 и 2, выражают свойства серединного перпендикуляра к отрезку. Из этих предложений следует, что серединные перпендикуляры к сторонам треугольника пересекаются в одной точке .
Пример 1. Доказать, что точка плоскости, равноудаленная от концов отрезка, лежит на серединном перпендикуляре к этому отрезку.
Решение. Пусть точка М равноудалена от концов отрезка АВ (рис. 3), т. е. AM = ВМ.
Тогда Δ АМВ равнобедренный. Проведем через точку М и середину О отрезка АВ прямую р. Отрезок МО по построению есть медиана равнобедренного треугольника АМВ, а следовательно (теорема 3), и высота, т. е. прямая МО, есть серединный перпендикуляр к отрезку АВ.
Пример 2. Доказать, что каждая точка серединного перпендикуляра к отрезку равноудалена от его концов.
Решение. Пусть р - серединный перпендикуляр к отрезку АВ и точка О - середина отрезка АВ (см. рис. 3).
Рассмотрим произвольную точку М, лежащую на прямой р. Проведем отрезки AM и ВМ. Треугольники АОМ и ВОМ равны, так как у них углы при вершине О прямые, катет ОМ общий, а катет ОА равен катету ОВ по условию. Из равенства треугольников АОМ и ВОМ следует, что AM = ВМ.
Пример 3. В треугольнике ABC (см. рис. 4) АВ = 10 см, ВС = 9 см, АС = 7 см; в треугольнике DEF DE = 7 см, EF = 10 см, FD = 9 см.
Сравнить треугольники ABC и DEF. Найти соответственно равные углы.
Решение. Данные треугольники равны по третьему признаку. Соответственно равные углы: А и Е (лежат против равных сторон ВС и FD), В и F (лежат против равных сторон АС и DE), С и D (лежат против равных сторон АВ и EF).
Пример 4. На рисунке 5 АВ = DC, ВС = AD, ∠B = 100°.
Найти угол D.
Решение. Рассмотрим треугольники ABC и ADC. Они равны по третьему признаку (АВ = DC, ВС = AD по условию и сторона АС - общая). Из равенства этих треугольников следует, что ∠ В = ∠ D, но угол В равен 100°, значит, и угол D равен 100°.
Пример 5. В равнобедренном треугольнике ABC с основанием AC внешний угол при вершине C равен 123°. Найдите величину угла ABC . Ответ дайте в градусах.
Видео-решение.
Среди всех треугольников есть два особенных вида: прямоугольные треугольники и равнобедренные треугольники. Чем же эти виды треугольников такие уж особенные? Ну, во-первых, такие треугольники чрезвычайно часто оказываются главными действующими «лицами» задач ЕГЭ первой части. А во-вторых, задачи про прямоугольные и равнобедренные треугольники решаются гораздо легче, чем другие задачи по геометрии. Нужно всего лишь знать несколько правил и свойств. Все самое интересное обсуждается в соответствующей теме, а сейчас рассмотрим равнобедренные треугольники. И прежде всего, что же такое - равнобедренный треугольник. Или, как говорят математики, каково определение равнобедренного треугольника?
Посмотри, как это выглядит:
Как и у прямоугольного треугольника, у равнобедренного треугольника есть специальные названия для сторон. Две равные стороны называются боковыми сторонами , а третья сторона - основанием .
И снова внимание на картинку:
Может быть, конечно, и так:
Так что будь внимательным: боковая сторона - одна из двух равных сторон в равнобедренном треугольнике, а основание - третья сторона.
Чем же так уж хорош равнобедренный треугольник? Чтобы это понять, давай проведём высоту к основанию. Ты помнишь, что такое высота?
Что же получилось? Из одного равнобедренного треугольника получилось два прямоугольных.
Это уже хорошо, но так получится в любом, самом «кособедренном» треугольнике.
Чем же отличается картинка для равнобедренного треугольника? Смотри ещё раз:
Ну, во-первых, конечно, этим странным математикам мало просто видеть - нужно непременно доказывать. А то вдруг эти треугольники чуть-чуть разные, а мы будем считать их одинаковыми.
Но не переживай: в данном случае доказывать почти так же просто, как и видеть.
Начнём? Посмотри внимательно, у нас есть:
И, значит, ! Почему? Да мы просто найдём и, и из теоремы Пифагора (помня ещё при этом, что)
Удостоверились? Ну вот, теперь у нас
А уж по трём сторонам - самый легкий (третий) признак равенства треугольников.
Ну вот, наш равнобедренный треугольник разделился на два одинаковых прямоугольных.
Видишь, как интересно? Получилось, что:
Как же об этом принято говорить у математиков? Давай по порядку:
(Вспоминаем тут, что медиана - линия, проведённая из вершины, которая делит сторону пополам, а биссектриса - угол.)
Ну вот, здесь мы обсудили, что хорошего можно увидеть, если дан равнобедренный треугольник. Мы вывели, что у равнобедренного треугольника углы при основании равны, а высота, биссектриса и медиана, проведенные к основанию, совпадают.
И теперь возникает другой вопрос: а как узнать равнобедренный треугольник? То есть, как говорят математики, каковы признаки равнобедренного треугольника?
И оказывается, что нужно просто «перевернуть» все высказывания наоборот. Так, конечно, не всегда бывает, но равнобедренный треугольник всё-таки отличная штука! Что же получится после «переворачивания»?
Ну вот смотри:
Если совпадают высота и медиана, то:
Если совпадают высота и биссектриса, то:
Если совпадают биссектриса и медиана, то:
Ну вот, не забывай и пользуйся:
- Если дан равнобедренный треугольный треугольник, смело проводи высоту, получай два прямоугольных треугольника и решай задачу уже про прямоугольный треугольник.
- Если дано, что два угла равны , то треугольник точно равнобедренный и можно проводить высоту и ….(Дом, который построил Джек…).
- Если оказалось, что высота разделена сторону пополам, то треугольник - равнобедренный со всеми вытекающими бонусами.
- Если оказалось, что высота разделила угол полам - тоже равнобедренный!
- Если биссектриса разделила сторону пополам или медиана - угол, то это тоже бывает только в равнобедренном треугольнике
Давай посмотрим, как выглядит в задачах.
Задача 1 (самая простая)
В треугольнике стороны и равны, а. Найти.
Решаем:
Сначала рисунок.
Что здесь - основание? Конечно, .
Вспоминаем, что если, то и.
Обновлённый рисунок:
Обозначим за. Чему там равна сумма углов треугольника? ?
Пользуемся:
Вот и ответ: .
Несложно, правда? Даже высоту проводить не пришлось.
Задача 2 (Тоже не очень хитрая, но нужно повторить тему )
В треугольнике, . Найти.
Решаем:
Треугольник-то - равнобедренный! Проводим высоту (это и есть фокус, с помощью которого сейчас все решится).
Теперь «вычёркиваем из жизни» , рассмотрим только.
Итак, в имеем:
Вспоминаем табличное значения косинусов (ну, или глядим в шпаргалку…)
Осталось найти: .
Ответ: .
Заметим, что нам тут очень потребовались знания, касающиеся прямоугольного треугольника и «табличных» синусов и косинусов. Очень часто так и бывает: темы , «Равнобедренный треугольник» и в задачках ходят в связках, а с другими темами не слишком дружат.
Равнобедренный треугольник. Средний уровень.
Эти две равные стороны называются боковыми сторонами , а третья сторона - основание равнобедренного треугольника.
Посмотри на рисунок: и - боковые стороны, - основание равнобедренного треугольника.
Давай на одном рисунке поймём, почему так выходит. Проведем из точки высоту.
Значит, у них равны все соответствующие элементы.
Всё! Одним махом (высотой) доказали сразу все утверждения.
И ты запомни : чтобы решить задачу про равнобедренный треугольник часто бывает очень полезно опустить высоту на основание равнобедренного треугольника и разделить его на два равных прямоугольных треугольника.
Признаки равнобедренного треугольника
Верны и обратные утверждения:
Почти все из этих утверждений снова можно доказать «одним махом».
1. Итак, пусть в оказались равны и.
Проведём высоту. Тогда
2. a) Теперь пусть в каком-то треугольнике совпадают высота и биссектриса .
2. б) А если совпадают высота и медиана ? Все почти так же, ничуть не сложнее!
 |
- по двум катетам |
2. в) А вот если нет высоты , которая опущена на основание равнобедренного треугольника, то нет и никаких изначально прямоугольных треугольников. Плохо!
Но выход есть - читай его в следующем уровне теории, поскольку тут доказательство посложнее, а пока просто запомни, что если медиана и биссектриса совпали, то треугольник тоже окажется равнобедренным, и высота всё-таки тоже совпадёт с этими биссектрисой и медианой.
Подытожим:
- Если треугольник равнобедренный, то углы при основании равны, и высота, биссектриса и медиана, проведенные к основанию, совпадают.
- Если в каком-то треугольнике найдутся два равных угла, или какие-то две из трех линий (биссектриса, медиана, высота) совпадут, то такой треугольник - равнобедренный.
Равнобедренный треугольник. Краткое описание и основные формулы
Равнобедренный треугольник - треугольник, у которого есть две равные стороны.
Признаки равнобедренного треугольника:
- Если в некотором треугольнике два угла равны , то он - равнобедренный.
- Если в некотором треугольнике совпадают
:
а) высота и биссектриса или
б) высота и медиана или
в) медиана и биссектриса ,
проведённые к одной стороне, то такой треугольник - равнобедренный.
ОСТАВШИЕСЯ 2/3 СТАТЬИ ДОСТУПНЫ ТОЛЬКО УЧЕНИКАМ YOUCLEVER!
Стать учеником YouClever,
Подготовиться к ОГЭ или ЕГЭ по математике по цене "чашка кофе в месяц",
А также получить бессрочный доступ к учебнику "YouClever", Программе подготовки (решебнику) "100gia", неограниченному пробному ЕГЭ и ОГЭ, 6000 задач с разбором решений и к другим сервисам YouClever и 100gia.