Определение и свойства основных геометрических фигур. Точка в Евклидовой геометрии

Основные понятия и термины по теме : геометрическая фигура, многоугольник, многогранник, круг, конус, окружность, перпендикулярные прямые, параллельные прямые, сфера, треугольник, угол, черырехугольник, шар,

План изучения темы :

1. Свойства геометрических фигур на плоскости (углы, параллельные и перпендикулярные прямые, треугольники, четырехугольники, окружность, круг).

2. Свойства геометрических фигур в пространстве (многогранники и тела вращения).

Краткое изложение теоретических вопросов:

1.Свойства геометрических фигур на плоскости

Планиметрия – это раздел геометрии, в котором изучаются фигуры на плоскости. Геометрическую фигуру определяют как любое множество точек. Отрезок, прямая, круг – геометрические фигуры.

Если все точки геометрической фигуры принадлежат одной плоскости, она называется плоской. Например, отрезок, прямоугольник – это плоские фигуры. Существуют фигуры, не являющиеся плоскими. Это, например, куб, шар, пирамида.

Основные свойства простейших фигур на плоскости выражаются в следующих аксиомах:

1. Какова бы ни была прямая, существуют точки, принадлежащие этой прямой и не принадлежащие ей.

Через любые две точки можно провести прямую, и только одну.

Эта аксиома выражает основное свойство принадлежности точек и прямых на плоскости.

2. Из трех точек на прямой одна и только одна лежит между двумя другими.

Этой аксиомой выражается основное свойство расположения точек на прямой.

3. Каждый отрезок имеет определенную длину, большую нуля. Длина отрезка равна сумме длин частей, на которые он разбивается любой его точкой.

Очевидно, что аксиома 3 выражает основное свойство измерения отрезков.

Этим предложением выражается основное свойство расположения точек относительно прямой на плоскости.

5. Каждый угол имеет определенную градусную меру, большую нуля. Развернутый угол равен 180 о. Градусная мера угла равна сумме градусных мер углов, на которые он разбивается любым лучом, проходящим между его сторонами.

Эта аксиома выражает основное свойство измерения углов.

6. На любой полупрямой от ее начальной точки можно отложить отрезок заданной длины, и только один.

7. От любой полупрямой в заданную полуплоскость можно отложить угол с заданной градусной мерой, меньшей 180 О, и только один.

В этих аксиомах отражаются основные свойства откладывания углов и отрезков.

К основным свойствам простейших фигур относится и существование треугольника, равного данному.

8. Каков бы ни был треугольник, существует равный ему треугольник в заданном расположении относительно данной полупрямой

Основные свойства параллельных прямых выражается следующей аксиомой.

9. Через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести на плоскости не более одной прямой, параллельной данной.

2.Свойства геометрических фигур в пространстве

Простейшими фигурами в пространстве являются точка, прямая и плоскость. Свойства простейших геометрических фигур выражаются аксиомами. Наряду с данными простейшими фигурами в стереометрии рассматриваются геометрические тела и их поверхности. Многогранник представляет собой тело, поверхность которого состоит из конечного числа плоских многоугольников. Эти многоугольники называются гранями многогранника, а стороны и вершины многоугольников называются соответственно ребрами и вершинами многогранника. Многогранники могут быть выпуклыми и невыпуклыми. Выпуклый многогранник расположен по одну сторону относительно плоскости, проходящей через любую его грань.

На прямой а (рис. 7, о) взяты точки А, В и С. Точка В лежит между точками А и С. Можно также сказать, что точки А и С лежат по разные стороны от точки В. Точки А и В лежат по одну сторону от точки С, они не разделяются точкой С. Точки В и С лежат по одну сторону от точки А.

Отрезком называется часть прямой, которая состоит из всех точек этой прямой, лежащих между двумя данными ее точками. Эти точки называются концами отрезка. Отрезок обозначается указанием его концов.

На рисунке 7, б отрезок АВ является частью прямой а. Точка М лежит между точками А и В, а поэтому принадлежит отрезку АВ; точка К не лежит между точками А и В, поэтому не принадлежит отрезку АВ.

Аксиома (основное свойство) расположения точек на прямой формулируется так:

Из трех точек на прямой одна и только одна лежит между двумя другими.

Следующая аксиома выражает основное свойство измерения отрезков.

Каждый отрезок имеет определенную длину, большую нуля. Длина отрезка равна сумме длин частей, на которые он разбивается любой его точкой.

Это значит, что если на отрезке МК взять любую точку С, то длина отрезка МК равна сумме длин отрезков МС и СК (рис. 7, в).

Длину отрезка МК называют также расстоянием между точками М и К.

Пример 1. На прямой даны три точки О, Р и М. Известно, что . Лежит ли точка Р между О и М? Может ли точка В принадлежать отрезку РМ, если ? Объяснить ответ.

Решение. Точка Р лежит между точками О и М, если Проверим выполнение этого условия: . Вывод: точка Р лежит между точками О и М.

Точка В принадлежит отрезку РМ, если она лежит между точками Р и М, т. е. Проверим: , а по условию . Вывод: точка В не принадлежит отрезку РМ.

Пример 2. Можно ли на плоскости расположить 6, 7 и 8 отрезков так, чтобы каждый из них пересекался ровно с тремя другими?

Решение. 6 отрезков расположить так можно (рис. 8, о). 8 отрезков так расположить тоже можно (рис. 8, б). 7 отрезков так расположить нельзя.

Докажем последнее утверждение. Предположим, что такое расположение семи отрезков возможно. Занумеруем отрезки и составим такую таблицу в клетке на пересечении строки и столбца поставим « + », если отрезок пересекается с j-м, и «-», если не пересекается. Если то тоже ставим Подсчитаем двумя способами, сколько знаков в таблице.

С одной стороны, в каждой строке их 3, поэтому всего знаков . С другой стороны, таблица заполнена симметрично относительно диагонали:

если в клетке С: j) стоит то в клетке тоже. Значит, общее количество знаков должно быть четным. Получили противоречие.

Здесь мы воспользовались доказательством методом от противного.

5. Луч.

Полупрямой или лучом называется часть прямой, которая состоит из всех точек этой прямой, лежащих по одну сторону от данной ее точки. Эта точка называется начальной точкой полупрямой или началом луча. Различные полупрямые одной и той же прямой с общей начальной точкой называются дополнительными.

Полупрямые обозначаются строчными латинскими буквами. Можно обозначить полупрямую двумя буквами: начальной и еще какой-нибудь буквой, соответствующей точке, принадлежащей полупрямой. При этом начальная точка ставится на первом месте. Например, на рисунке 9, а изображены лучи АВ и АС, являющиеся дополнительными, на рисунке 9, б изображены лучи МА, MB и луч с.

Следующая аксиома отражает основное свойство откладывания отрезков-.

На любой полупрямой от ее начальной точки можно отложить отрезок заданной длины, и только один.

Пример. Даны две точки А и В. Сколько прямых можно провести через точки А и В? Сколько существует на прямой АВ лучей с началом в точке А, в точке В? Отметить на прямой А В две точки, отличные от А и В. Принадлежат ли они отрезку АВ?

Решение. 1) По аксиоме через точки А и В всегда можно провести прямую, и только одну.

2) На прямой АВ с началом в точке А существуют два луча, которые называются дополнительными. Аналогично и для точки В.

3) Ответ зависит от расположения отмеченных точек. Рассмотрим возможные случаи (рис. 10). Ясно, что в случае а) точки принадлежат отрезку АВ; в случаях б), в) одна точка

принадлежит отрезку, а другая нет; в случаях г) и д) точки М и N не принадлежат отрезку АВ.

6. Окружность. Круг.

Окружностью называется фигура, которая состоит из всех точек плоскости, находящихся на данном расстоянии от данной точки. Эта точка называется центром окружности.

Расстояние от точек окружности до ее центра называется радиусом окружности. Радиусом называется также любой отрезок, соединяющий точку окружности с ее центром.

Отрезок, соединяющий две точки окружности, называется хордой. Хорда, проходящая через центр, называется диаметром.

На рисунке 11, а изображена окружность с центром в точке О. Отрезок ОА - радиус этой окружности, BD - хорда окружности, СМ - диаметр окружности.

Кругом называется фигура, которая состоит из всех точек плоскости, находящихся на расстоянии, не большем данного, от данной точки. Эта точка называется центром круга, а данное расстояние - радиусом круга. Границей круга, является окружность с теми же центром и радиусом (рис. 11, б).

Пример. На какое наибольшее число различных частей, не имеющих общих точек, кроме своих границ, могут разбивать плоскость: а) прямая и окружность; б) две окружности; в) три окружности?

Решение. Изобразим на рисунке соответствующие условию случаи взаимного расположения фигур. Запишем ответ: а) четыре части (рис. 12, о); б) четыре части (рис. 12, б); в) восемь частей (рис. 12, в).

7. Полуплоскость.

Сформулируем еще одну аксиому геометрии.

Прямая разбивает плоскость на две полуплоскости.

На рисунке 13 прямая а разбивает плоскость на две полуплоскости так, что каждая точка плоскости, не принадлежащая прямой о, лежит в одной из них. Это разбиение обладает следующим свойством: если концы какого-нибудь отрезка принадлежат одной полуплоскости, то отрезок не пересекается с прямой; если концы отрезка принадлежат разным полуплоскостям, то отрезок пересекается с прямой. На рисунке 13 точки лежат в одной из полуплоскостей, на которые Прямая а разбивает плоскость. Поэтому отрезок АВ не пересекается с прямой а. Точки С и D лежат в разных полуплоскостях. Поэтому отрезок CD пересекает прямую а.

8. Угол. Градусная мера угла.

Углом называется фигура, которая состоит из точки - вершины угла и двух различных полупрямых, исходящих из этой точки, - сторон угла (рис. 14). Если стороны угла являются дополнительными полупрямыми, то угол называется развернутым.

Угол обозначается либо указанием его вершины, либо указанием его сторон, либо указанием трех точек; вершины и двух точек на сторонах угла. Слово «угол иногда заменяют символом Z.

Угол на рисунке 14 можно обозначить тремя способами:

Говорят, что луч с проходит между сторонами угла если он исходит из его вершины и пересекает какой-нибудь отрезок с концами на сторонах угла.

На рисунке 15 луч с проходит между сторонами угла , так как он пересекает отрезок АВ.

В случае развернутого угла любой луч, исходящий из его вершины и отличный от его сторон, проходит между сторонами угла.

Углы измеряются в градусах. Если взять развернутый угол и разделить его на 180 равных углов, то градусная мера каждого из этих углов называется градусом.

Основные свойства измерения углов выражены в следующей аксиоме:

Каждый угол имеет определенную градусную меру, большую нуля. Развернутый угол равен 180°. Градусная мера угла равна сумме градусных мер углов, на которые он разбивается любым лучом, проходящим между его сторонами.

Это значит, что если луч с проходит между сторонами угла то угол равен сумме углов

Градусная мера угла находится при помощи транспортира.

Угол, равный 90°, называется прямым углом. Угол, меньший 90°, называется острым углом. Угол, больший 90° и меньший 180° называется тупым.

Сформулируем основное свойство откладывания углов.

От любой полупрямой в заданную полуплоскость можно отложить угол с заданной градусной мерой, меньшей 180°, и только один.

Рассмотрим полупрямую а. Продлим ее за начальную точку А. Полученная прямая разбивает плоскость на две полуплоскости. На рисунке 16 показано, как с помощью транспортира отложить от полупрямой а в верхнюю полуплоскость угол с данной градусной мерой 60°.

Если от данной полупрямой отложить в одну полуплоскость два угла, то сторона меньшего угла, отличная от данной полупрямой, проходит между сторонами большего угла.

Пусть углы, отложенные от данной полупрямой а в одну полуплоскость, и пусть угол меньше угла . В теореме 1. 2 утверждается, что луч b проходит между сторонами угла (ас) (рис. 17).

Биссектрисой угла называется луч, который исходит из его вершины, проходит между его сторонами и делит угол пополам. На рисунке 18 луч ОМ - биссектриса угла АОВ.

В геометрии существует понятие плоского угла. Плоским углом называется часть плоскости, ограниченная двумя различными лучами, исходящими из одной точки. Эти лучи называются сторонами угла. Существуют два плоских угла с данными сторонами. Они называются дополнительными. На рисунке 19 заштрихован один из плоских углов со сторонами а и b.

Если плоский угол является частью полуплоскости, то его градусной мерой является градусная мера обычного угла с теми же сторонами. Если плоский угол содержит полуплоскость, то его градусная мера равна 360° - а, где а - градусная мера дополнительного плоского угла.

Пример. Между сторонами угла равного 120°, проходит луч а. Найти углы если их градусные меры относятся как 4:2.

Решение. Луч а проходит между сторонами угла значит, по основному свойству измерения углов (см. п. 8)

Так как градусные меры относятся как 4:2, то

9. Смежные и вертикальные углы.

Два угла называются смежными, если у них одна сторона общая, а другие стороны этих углов являются дополнительными полупрямыми. На рисунке 20 углы смежные.

Сумма смежных углов равна 180°.

Из теоремы 1. 3 следуют свойства:

1) если два угла равны, то смежные с ними углы равны;

2) угол, смежный с прямым углом, есть прямой угол;

3) угол, смежный с острым, является тупым, а смежный с тупым - острым.

Два угла называются вертикальными, если стороны одного угла являются дополнительными полупрямыми сторон другого. На рисунке 21, а углы вертикальные.

Вертикальные углы равны.

Очевидно, что две пересекающиеся прямые образуют смежные и вертикальные углы. Смежные углы дополняют Друг Друга до 180°. Угловая мера меньшего из них называется углом между прямыми.

Пример. На рисунке 21, б угол равен 30.° Чему равны углы АОК и

Решение. Углы COD и АОК вертикальные, следовательно, по теореме 1.4 они равны, т. е. Угол ТЮК смежный с углом СОД значит, по теореме 1.3

10. Центральные и вписанные углы.

Центральным углом в окружности называется плоский угол с вершиной в ее центре. Часть окружности, расположенная внутри плоского угла, называется дугой окружности, соответствующей этому центральному углу. Градусной мерой дуги окружности называется градусная мера соответствующего центрального угла.

На рисунке 22 угол АОВ - центральный угол окружности, его вершина О является центром данной окружности, а стороны ОА и ОВ пересекают окружность. Дуга АВ является частью окружности, расположенной внутри центрального угла.

Градусная мера дуги АВ на рисунке 22 равна градусной мере угла АОВ. Градусная мера дуги АВ обозначается АВ.

Угол, вершина которого лежнт на окружности, а стороны пересекают эту окружность, называется вписанным в окружность. На рисунке 23 изображены вписанные углы.

Вписанный в окружность угол, стороны которого проходят через две данные точки окружности, равен половине угла между радиусами, проведенными в эти точки, или дополняет эту половину до 180°.

При доказательстве теоремы 1. 5 необходимо рассмотреть три разных случая, которые изображены на рисунке 23: одна из сторон вписанного угла проходит через центр окружности (рис. 23, с); центр окружности лежнт внутри вписанного угла (рис. 23, б); центр окружности лежит вне вписанного угла (рис. 23, в).

Из теоремы 1. 5 вытекает следствие: все вписанные в окружность углы, стороны которых проходят через две данные точки окружности, а вершины лежат по одиу сторону от прямой, соединяющей эти точки, равны; вписанные углы, стороны которых проходят через концы диаметра окружности, прямые.

На рисунке 24 стороны вписанного угла ABC проходят через концы диаметра АС, поэтому

Пример. Точки А у В и С лежат на окружности с центром О. Найти угол АОС, если

Решение. Угол ABC, вписанный в окружность, опирается на дугу АС, а центральный угол данной окружности (рис. 25). , значит, по теореме 1. 5, а так как угол АОС центральный, то его градусная мера равна градусной мере дуги АС, т. е.

11. Параллельные прямые.

Две прямые на плоскости называются параллельными, если они не пересекаются.

На рисунке 26 показано, как с помощью угольника и линейки провести через данную точку В прямую 6, параллельную данной прямой а.

Для обозначения параллельности прямых используется символ II. Запись читается: «Прямая а параллельна прямой b».

Аксиома параллельности выражает основное свойство параллельных прямых.

Через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести на плоскости не более одной прямой, параллельной данной.

Две прямые, параллельные третьей, параллельны друг другу.

На рисунке 27 прямые а и b параллельны прямой с. Теорема 1. 6 утверждает, что .

Можно доказать, что через точку, не принадлежащую прямой, можно провести прямую, параллельную данной. На рисунке 28 через точку А, не принадлежащую b, проведена прямая а, параллельная прямой b.

Сопоставляя это утверждение и аксиому параллельных, приходят к важному выводу: на плоскости через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести параллельную ей прямую, и только одиу.

Аксиома параллельности в книге Евклида «Начала называлась «пятый постулат. Геометры древности пытались доказать единственность параллельной. Эти безрезультатные попытки продолжались более 2000 лет, вплоть до XIX в.

Великий русский математик Н. И. Лобачевский и независимо от него венгерский математик Я. Бойяи показали, что, приняв допущение о возможности проведения через точку нескольких прямых, параллельных данной, можно построить другую, столь же «правильную «неевклидову геометрию. Так родилась геометрия Лобачевского.

Примером теоремы, которая использует понятие параллельности, а ее доказательство опирается на аксиому параллельных, служит теорема Фалеса. Фалес Милетский - древнегреческий математик, живший в 625-547 гг. до н. э.

Если параллельные прямые, пересекающие стороны угла, отсекают на одной его стороне равные отрезки, то они отсекают равные отрезки и на другой его стороне (теорема Фалеса).

Пусть точки пересечения параллельных прямых с одной из сторон угла и лежит между (рис. 29). Пусть соответствующие точки пересечения этих прямых с другой стороной угла. Теорема 1.7 утверждает, что если то

Пример 1. Могут ли семь прямых пересекаться в восьми точках?

Решение. Могут. Например, на рисунке 30 изображены семь таких прямых, три из которых параллельны.

Пример 2. Произвольный отрезок АС разделить на 6 равных частей.

Решение. Начертим отрезок АС. Проведем из точки А луч AM, не лежащий на прямой АС. На луче AM от точки А последовательно отложим 6 равных отрезков (рис. 31). Концам отрезков дадим обозначения Соединим точку отрезком с точкой С и через точки проведем прямые, параллельные прямой . Точки пересечения этих прямых с отрезком АС разделят его на 6 равных частей (по теореме 1. 7).

12. Признаки параллельности прямых.

Пусть АВ и CD - две прямые. Пусть АС - третья прямая, пересекающая прямые АВ и CD (рис. 32, с). Прямая АС по отношению к прямым АВ и CD называется секущей. Образованные этими прямыми углы часто рассматриваются попарно. Пары углов получили специальные названия. Так, если точки В и D лежат в одной полуплоскости относительно прямой АС, то углы ВАС и DCA называются внутренними односторонними (рис. 32, с). Если точки В и D лежат в разных полуплоскостях относительно прямой АС, то углы ВАС и DCA называются внутренними накрест лежащими (рис. 32, б).

Секущая АС образует с прямыми АВ и CD две пары внутренних односторонних две пары внутренних накрест лежащих углов рис. 32, в).

Если внутренние накрест лежащие углы равны или сумма внутренних односторонних углов равна 180°, то прямые параллельны.

На рисунке 32, в обозначены цифрами четыре пары углов. Теорема 1.8 утверждает, что если или то прямые с и b параллельны. Теорема 1.8 также утверждает, что если или , то прямые а и b параллельны.

Теоремы 1.6 и 1.8 являются признаками параллельности прямых. Верна и теорема, обратная теореме 1.8.

Если две параллельные прямые пересечены третьей прямой, то внутренние накрест лежащие углы равны, а сумма внутренних односторонних углов равна 180°.

Пример. Один из внутренних односторонних углов, образовавшихся при пересечении двух параллельных прямых третьей прямой, в 4 раза больше другого. Чему равны эти углы?

Решение. По теореме 1.9 сумма внутренних односторонних углов при двух параллельных прямых и секущей равна 180°. Обозначим эти углы буквами а и Р, тогда а известно, что а больше в 4 раза, значит, тогда Итак,

13. Перпендикулярные прямые.

Две прямые называются перпендикулярными, если они пересекаются под прямым углом (рис. 33).

Перпендикулярность прямых записывается при помощи символа Запись читается: «Прямая а перпендикулярна прямой b».

Перпендикуляром к данной прямой называется отрезок прямой, перпендикулярной данной, имеющий концом их точку пересечения. Этот конец отрезка называется основанием перпендикуляра.

На рисунке 34 перпендикуляр А В проведен из точки А к прямой а. Точка В - основание перпендикуляра.

Через каждую точку прямой можно провести перпендикулярную ей прямую, и только одиу.

Из любой точки, не лежащей на дайной прямой, можно опустить на эту прямую перпендикуляр, и только один.

Длина перпендикуляра, опущенного из данной точки на прямую, называется расстоянием от точки до прямой.

Расстоянием между параллельными прямыми называется расстояние от какой-нибудь точки одной прямой до другой прямой.

Пусть ВА - перпендикуляр, опущенный из точки на прямую а, и С - любая точка прямой с, отличная от А. Отрезок ВС называется наклонной, проведенной из точки В к прямой а (рис. 35). Точка С называется основанием наклонной. Отрезок АС называется проекцией наклонной.

Прямую, проходящую через середину отрезка перпендикулярно к нему, называют серединным перпендикуляром.

На рисунке 36 прямая а перпендикулярна к отрезку АВ и проходит через точку С - середину отрезка АВ, т. е. а - серединный перпендикуляр.

Пример. Равные отрезки AD и СВ, заключенные между параллельными прямыми АС и BD, пересекаются в точке О. Доказать, что .

Решение. Проведем из точек А к С перпендикуляры к прямой BD (рис. 37). АК=СМ как расстояние между параллельными прямыми, ZAKD и ДСЛЯВ прямоугольные, они

равны по гипотенузе и катету (см. Т. 1. 25), а значит, равнобедренный (Т. 1.19), а значит, Из равенства треугольников АКТ) и СТАВ следует, что , а тогда , т. е. А. АОС равнобедренный, а значит,

14. Касательная к окружности. Касание окружностей.

Прямая, проходящая через точку окружности перпендикулярно к радиусу, проведенному в эту точку, называется касательной. При этом данная точка окружности называется точкой касания. На рисунке 38 прямая а проведена через точку А окружности перпендикулярно к радиусу ОА. Прямая с является касательной к окружности. Точка А является точкой касания. Можно сказать также, что окружность касается прямой а в точке А.

Говорят, что две окружности, имеющие общую точку, касаются в этой точке, если они имеют в этой точке общую касательную. Касание окружностей называется внутренним, если центры окружностей лежат по одну сторону от их общей касательной. Касание окружностей называется внешним, если центры окружностей лежат по разные стороны от их общей

касательной. На рисунке 39, с касание окружностей внутреннее, а на рисунке 39, б - внешнее.

Пример 1. Построить окружность данного радиуса, касающуюся данной прямой в данной точке.

Решение. Касательная к окружности перпендикулярна к радиусу, проведенному в точку касания. Поэтому центр искомой окружности лежит на перпендикуляре к данной прямой, проходящем через данную точку, и находится от данной точки на расстоянии, равном радиусу. Задача имеет два решения - две окружности, симметричные друг другу относительно данной прямой (рис. 40).

Пример 2. Две окружности диаметром 4 и 8 см касаются внешним образом. Чему равно расстояние между центрами этих окружностей?

Решение. Радиусы окружностей ОА и О, А перпендикулярны общей касательной, проходящей через точку А (рис. 41). Поэтому см.

15. Треугольники.

Треугольником называется фигура, которая состоит из трех точек, не лежащих на одной прямой, и трех отрезков, попарно соединяющих эти точки. Точки называются вершинами треугольника, а отрезки - его сторонами. Треугольник обозначается его вершинами. Вместо слова «треугольник употребляется символ Д.

На рисунке 42 изображен треугольник ABC; А, В, С - вершины этого треугольника; А В, ВС и АС - его стороны.

Углом треугольника ABC при вершине А называется угол, образованный полупрямыми А В и АС. Так же определяются углы треугольника при вершинах В к С.

Если прямая, не проходящая ни через одну из вершин треугольника, пересекает одну из его сторон, то она пересекает только одну из двух других сторон.

Высотой треугольника, опущенной из данной вершины, называется перпендикуляр, проведенный из этой вершины к прямой, содержащей противолежащую сторону треугольника. На рисунке 43, с отрезок AD - высота остроугольного A. ABC, а на рисунке 43, б основание высоты тупоугольного - точка D - лежит на продолжении стороны ВС.

Биссектрисой треугольника называется отрезок биссектрисы угла треугольника, соединяющий вершину с точкой на противолежащей стороне. На рисунке 44 отрезок AD - биссектриса треугольника АВС.

Медианой треугольника, проведенной из данной вершины, называется отрезок, соединяющий эту вершину с серединой

противолежащей стороны треугольника. На рисунке 45 отрезок AD - медиана треугольника

Средней линией треугольника называется отрезок, соединяющий середины двух его сторон.

Средняя линия треугольника, соединяющая середины двух данных сторон, параллельна третьей стороне и равна ее половине.

Пусть DE - средняя линия треугольника ABC (рис. 46).

Теорема утверждает, что .

Неравенством треугольника называется свойство расстояний между тремя точками, которое выражается следующей теоремой:

Каковы бы ни были три точки, расстояние между любыми двумя из этих точек не больше суммы расстояний от них до третьей точки.

Пусть три данные точки. Взаимное расположение этих точек может быть различным: а) две точки из трех или все три совпадают, в этом случае утверждение теоремы очевидно; б) точки различны и лежат на одной прямой (рис. 47, а), одна из них, например В, лежит между двумя другими, в этом случае откуда следует, что каждое из трех расстояний не больше суммы двух других; в) точки не лежат

на одной прямой (рис. 47, б), тогда теорема 1.14 утверждает, что .

В случае в) три точки А, В, С являются вершинами треугольника. Поэтому в любом треугольнике каждая сторона меньше суммы двух других сторон.

Пример 1. Существует ли треугольник ABC со сторонами: а) ; б)

Решение. Для сторон треугольника ABC должны выполняться неравенства:

В случае а) неравенство (2) не выполняется, значит, такого расположения точек быть не может; в случае б) неравенства выполняются, т. е. треугольник существует.

Пример 2. Найти расстояние между пунктами А и , разделенными препятствием.

Решение. Для нахождения расстояния провешиваем базис CD и проводим прямые ВС и AD (рис. 48). Находим точку М - середину CD. Проводим и MPAD. Из следует, что PN - средняя линия, т. е.

Измерив PN, нетрудно найти АВ.

16. Равенство треугольников.

Два отрезка называются равными, если они имеют одинаковую длину. Два угла называются равными, если они имеют одинаковую угловую меру в градусах.

Треугольники ABC и называются равными, если

Кратко это выражают словами: треугольники равны, если у них соответствующие стороны и соответствующие углы равны.

Сформулируем основное свойство существования равных треугольников (аксиому существования треугольника, равного данному):

Каков бы ни был треугольник, существует равный ему треугольник в заданном расположении относительно данной полупрямой.

Справедливы три признака равенства треугольников:

Если две стороны и угол между ними одного треугольника равны соответственно двум сторонам и углу между ними другого треугольника, то такие треугольники равны (признак равенства треугольников по двум сторонам и углу между ними).

Если сторона и прилежащие к ней углы одного треугольника равны соответственно стороне и прилежащим к ней углам другого треугольника, то такие треугольники равны (признак равенства треугольников по стороне и прилежащим к ней углам).

Если три стороны одного треугольника равны соответственно трем сторонам другого треугольника, то такие треугольники равны (признак равенства треугольников по трем сторонам).

Пример. Точки В и D лежат в разных полуплоскостях относительно прямой АС (рис. 49). Известно, что Доказать, что

Решение. по условию, и так как эти углы получены вычитанием из равных углов BCD и DAB равных углов ВС А и DAC. Кроме этого, в указанных треугольниках сторона АС общая. Эти треугольники равны по стороне и прилежащим к ней углам

17. Равнобедренный треугольник.

Треугольник называется равнобедренным, если у него две стороны равны. Эти равные стороны называются боковыми сторонами, а третья сторона называется основанием треугольника.

В треугольнике значит, ABC равнобедренный с основанием АС.

В равнобедренном треугольнике углы при основании равны.

Если в треугольнике два угла равны, то он равнобедренный (обратная теореме Т. 1.18).

В равнобедренном треугольнике медиана, проведенная к основанию, является биссектрисой и высотой.

Можно также доказать, что в равнобедренном треугольнике высота, проведенная к основанию, является биссектрисой и медианой. Аналогично биссектриса равнобедренного треугольника, проведенная из вершины, противолежащей основанию, является медианой и высотой.

Внешний угол треугольника ABC. Чтобы не путать угол треугольника при данной прямой, гипотенуза, СВ и ВА - катеты.

Для прямоугольных треугольников можно сформулировать свои признаки равенства.

Если гипотенуза и острый угол одного прямоугольного треугольника соответственно равны гипотенузе и острому углу другого треугольника, то такие треугольники равны (признак равенства по гипотенузе и острому углу).

Если катет и противолежащий ему угол одного прямоугольного треугольника соответственно равны катету и противолежащему углу другого треугольника, то такие треугольники равны (признак равенства по катету и противолежащему углу).

Если гипотенуза и катет одного прямоугольного треугольника соответственно равны гипотенузе и катету другого треугольника, то такие треугольники равны (признак равенства по гипотенузе и катету).

В прямоугольном треугольнике с углом 30° катет, противолежащий атому углу, равен пол шине гипотенузы.

В треугольнике ABC, изображенном на рисунке прямой, Значит, в этом треугольнике .

В прямоугольном треугольнике справедлива теорема Пифагора, названная в честь древнегреческого ученого Пифагора, жившего в VI в. до н. э.

В прямоугольном треугольнике квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов (теорема Пифагора).

Пусть ABC - данный прямоугольный треугольник с прямым углом С, катетами а и b и гипотенузой с (рис. 56). Теорема утверждает, что

Из теоремы Пифагора следует, что в прямоугольном треугольнике любой из катетов меньше гипотенузы.

Из теоремы Пифагора следует, что если к прямой из одной точки проведейы перпендикуляр и наклонная, то наклонная больше перпендикуляра; равные наклонные имеют равные проекции; из двух наклонных больше та, у которой проекция больше.

На рисунке 57 из точки О к прямой а проведен перпендикуляр ОА и наклонные ОВ, ОС и OD, при этом На основании вышесказанного: а)

Периметр прямоугольника KDMA равен 18 см

Пример 3. В окружности, радиус которой 25 см, проведены по одну сторону от ее центра две параллельные хорды длиной 40 и 30 см. Найти расстояние между этими хордами.

Решение. Проведем радиус ОК, перпендикулярный хордам АВ и CD, соединим центр окружности О с точками С, A, D и В (рис. 60). Треугольники COD и АОВ равнобедренные, так как (как радиусы); ОМ и ON - высоты этих треугольников. По теореме 1.20 каждая из высот является одновременно медианой соответствующего треугольника, т. е. и

Треугольники ОСМ и О AN прямоугольные, в них . ON и ОМ найдем по теореме Пифагора .

20. Окружности, вписанные в треугольник и описанные около треугольника.

Окружность называется описанной около треугольника, если она проходит через все его вершины.

Центр окружности, описанной около треугольника, является точкой пересечения серединных перпендикуляров к сторонам треугольника.

На рисунке 61 окружность описана около треугольника ABC. Центр этой окружности О является точкой пересечения серединных перпендикуляров ОМ, ON и OJT, проведенных соответственно к сторонам АВ, ВС и С А.

Окружность называется вписанной в треугольник, если она касается всех его сторон.

Центр окружности, вписанной в треугольник, является точкой пересечения его биссектрис.

На рисунке 62 окружность вписана в треугольник ABC. Центр этой окружности О является точкой пересечения биссектрис АО, ВО и СО соответствующих углов треугольника.

Пример. В прямоугольном треугольнике катеты равны 12 и 16 см. Вычислить радиусы: 1) вписанной в него окружности; 2) описанной окружности.

Решение. 1) Пусть дан треугольник ABC, в котором - центр вписанной окружности (рис. 63, а). Периметр треугольника ABC равен сумме удвоенной гипотенузы и диаметра вписанной в треугольник окружности (используйте определение касательной к окружности и равенство прямоугольных треугольников АОМ и АОК, МОС и LOC по гипотенузе и катету).

Таким образом, откуда по теореме Пифагора , т. е. .

2) Центр описанной около прямоугольного треугольника окружности совпадает с серединой гипотенузы, откуда радиус описанной окружности см (рис. 63, б).

2.1. Геометрические фигуры на плоскости

В последние годы наметилась тенденция к включению значительного по объему геометрического материала в начальный курс математики. Но для того, чтобы мог познакомить учащихся с различными геометрическими фигурами, мог научить их правильно изображать, ему нужна соответствующая математическая подготовка. Учитель должен быть знаком с ведущими идеями курса геометрии, знать основные свойства геометрических фигур, уметь их построить.

При изображении плоской фигуры не возникает никаких геометрических проблем. Чертеж служит либо точной копией оригинала, либо представляет ему подобную фигуру. Рассматривая на чертеже изображение круга, мы получаем такое же зрительное впечатление, как если бы рассматривали круг-оригинал.

Поэтому изучение геометрии начинается с планиметрии.

Планиметрия – это раздел геометрии, в котором изучаются фигуры на плоскости.

Геометрическую фигуру определяют как любое множество точек.

Отрезок, прямая, круг – геометрические фигуры.

Если все точки геометрической фигуры принадлежат одной плоскости, она называется плоской.

Например, отрезок, прямоугольник – это плоские фигуры.

Существуют фигуры, не являющиеся плоскими. Это, например, куб, шар, пирамида.

Так как понятие геометрической фигуры определено через понятие множества, то можно говорить о том, что одна фигура включена в другую, можно рассматривать объединение, пересечение и разность фигур.

Например, объединением двух лучей АВ и МК является прямая КВ, а их пересечение есть отрезок АМ.

Различают выпуклые и невыпуклые фигуры. Фигура называется выпуклой, если она вместе с любыми двумя своими точками содержит также соединяющий их отрезок.

Фигура F 1 – выпуклая, а фигура F 2 – невыпуклая.

Выпуклыми фигурами являются плоскость, прямая, луч, отрезок, точка. нетрудно убедится в том, что выпуклой фигурой является круг.

Если продолжить отрезок XY до пересечения с окружностью, то получим хорду АВ. Так как хорда содержится в круге, то отрезок XY тоже содержится в круге, и, значит, круг – выпуклая фигура.

Основные свойства простейших фигур на плоскости выражаются в следующих аксиомах:

1. Какова бы ни была прямая, существуют точки, принадлежащие этой прямой и не принадлежащие ей.

Через любые две точки можно провести прямую, и только одну.

Эта аксиома выражает основное свойство принадлежности точек и прямых на плоскости.

2. Из трех точек на прямой одна и только одна лежит между двумя другими.

Этой аксиомой выражается основное свойство расположения точек на прямой.

Очевидно, что аксиома 3 выражает основное свойство измерения отрезков.

Этим предложением выражается основное свойство расположения точек относительно прямой на плоскости.

Эта аксиома выражает основное свойство измерения углов.

6. На любой полупрямой от ее начальной точки можно отложить отрезок заданной длины, и только один.

В этих аксиомах отражаются основные свойства откладывания углов и отрезков.

К основным свойствам простейших фигур относится и существование треугольника, равного данному.

8. Каков бы ни был треугольник, существует равный ему треугольник в заданном расположении относительно данной полупрямой.

Основные свойства параллельных прямых выражается следующей аксиомой.

Рассмотрим некоторые геометрические фигуры, которые изучаются в начальной школе.

Угол – это геометрическая фигура, которая состоит из точки и двух лучей, исходящих из этой точки. Лучи называются сторонами угла, а их общее начало – его вершиной.

Угол называется развернутым, если его стороны лежат на одной прямой.

Угол, составляющий половину развернутого угла, называется прямым. Угол, меньший прямого, называется острым. Угол, больший прямого, но меньший развернутого, называется тупым.

Кроме понятия угла, данного выше, в геометрии рассматривают понятие плоского угла.

Плоский угол – это часть плоскости, ограничения двумя различными лучами, исходящими из одной точки.

Существует два плоских угла, образованные двумя лучами с общим началом. Они называются дополнительными. На рисунке изображены два плоских угла со сторонами ОА и ОВ, один из них заштрихован.

Углы бывают смежные и вертикальные.

Два угла называются смежными, если у них одна сторона общая, а другие стороны этих углов являются дополнительными полупрямыми.

Сумма смежных углов равна 180 градусов.

Два угла называются вертикальными, если стороны одного угла являются дополнительными полупрямыми сторон другого.

Углы АОД и СОВ, а также углы АОС и ДОВ – вертикальные.

Вертикальные углы равны.

Параллельные и перпендикулярные прямые.

Две прямые на плоскости называются параллельными, если они не пересекаются.

Если прямая а параллельна прямой в, то пишут а II в.

Две прямые называются перпендикулярными, если они пересекаются под прямым углом.

Если прямая а перпендикулярна прямой в, то пишут а в.

Треугольники.

Треугольников называется геометрическая фигура, которая состоит из трех точек, не лежащих на одной прямой, и трех попарно соединяющих их отрезков.

Любой треугольник разделяет плоскость на две части: внутреннюю и внешнюю.

В любом треугольнике выделяют следующие элементы: стороны, углы, высоты, биссектрисы, медианы, средние линии.

Высотой треугольника, опущенной из данной вершины, называются перпендикуляр, проведенный из этой вершины к прямой, содержащей противоположную сторону.

Биссектрисой треугольника называется отрезок биссектрисы угла треугольника, соединяющий вершину с точкой на противоположной стороне.

Медианой треугольника, проведенной из данной вершины, называется отрезок, соединяющий эту вершину с серединой противолежащей стороны.

Средней линией треугольника называется отрезок, соединяющий середины двух его сторон.

Четырехугольники.

Четырехугольником называется фигура, которая состоит из четырех точек и четырех последовательно соединяющих их отрезков, причем никакие три из данных точек не должны лежать на одной прямой, а соединяющие их отрезки не должны пересекаться. Данные точки называются вершинами треугольника, а соединяющие из отрезки – его сторонами.

Стороны четырехугольника, исходящие из одной вершины, называются противолежащими.

У четырехугольника АВСД вершины А и В – соседние, а вершины А и С – противолежащие; стороны АВ и ВС – соседние, ВС и АД – противолежащие; отрезки АС и ВД – диагонали данного четырехугольника.

Четырехугольники бывают выпуклые и невыпуклые. Так, четырехугольник АВСД – выпуклый, а четырехугольник КРМТ – невыпуклый.

Среди выпуклых четырехугольников выделяют параллелограммы и трапеции.

Параллелограммом называется четырехугольник, у которого противолежащие стороны параллельны.

Трапецией называется четырехугольник, у которого только две противоположные стороны параллельны. Эти параллельные стороны называются основаниями трапеции. Две другие стороны называются боковыми. Отрезок, соединяющий середины боковых сторон, называется средней линией трапеции.

ВС и АД – основания трапеции; АВ и СД – боковые стороны; КМ – средняя линия трапеции.

Из множества параллелограммов выделяют прямоугольники и ромбы.

Прямоугольником называется параллелограмм, у которого все углы прямые.

Ромбом называется параллелограмм, у которого все стороны равны.

Из множества прямоугольников выделяют квадраты.

Квадратом называется прямоугольник, у которого все стороны равны.

Окружность.

Окружностью называется фигура, которая состоит из всех точек плоскости, равноудаленных от данной точки, которая называется центром.

Расстояние от точек до ее центра называется радиусом. Отрезок, соединяющий две точки окружности, называется хордой. Хорда, проходящая через центр, называется диаметром. ОА – радиус, СД – хорда, АВ – диаметр.

По новым учебникам в новых программах М.И. Моро, М.А. Бантовой, Г.В. Бельтюковой, С.И. Волковой, С.В. Степановой в 4 классе даются задачи на построение, такие, которых раньше в программе по математике в начальной школе не было. Это такие задачи, как:

Построить перпендикуляр к прямой;

Разделить отрезок пополам;

Построить треугольник по трем сторонам;

Построить правильный треугольник, равнобедренный треугольник;

Построить шестиугольник;

Построить квадрат, пользуясь свойствами диагоналей квадрата;

Построить прямоугольник, пользуясь свойством диагоналей прямоугольника.

Рассмотрим построение геометрических фигур на плоскости.

Раздел геометрии, изучающий геометрические построения, называется конструктивной геометрией. Основным понятием конструктивной геометрии является понятие "построить фигуру". Основные предложения формируются в виде аксиом и сводятся к следующим.

1. Каждая данная фигура построена.

2. Если построены две (или более) фигуры, то построено и объединение этих фигур.

3. Если построены две фигуры, то можно установить, будет ли их пересечение пустым множеством или нет.

4. Если пересечение двух построенных фигур не пусто, то оно построено.

5. Если построены две фигуры, то можно установить, будет ли их разность пустым множеством или нет.

6. Если разность двух построенных фигур не является пустым множеством, то она построена.

7. Можно простроить точку, принадлежащую простроенной фигуре.

8. Можно построить точку, не принадлежащей построенной фигуре.

Для построения геометрических фигур, обладающих некоторыми указанными свойствами, пользуются различными чертежными инструментами. Простейшими из них являются: односторонняя линейка (в дальнейшем просто линейка), двусторонняя линейка, угольник, циркуль и др.

Различные чертежные инструменты позволяют выполнять различные построения. Свойства чертежных инструментов, используемые для геометрических построений, также выражаются в форме аксиом.

Поскольку в школьном курсе геометрии рассматриваются построения геометрических фигур с помощью циркуля и линейки, мы также остановимся на рассмотрении основных построений, выполняемых именно этими чертежами инструментами.

Итак, с помощью линейки можно выполнить следующие геометрические построения.

1. построить отрезок, соединяющий две построенные точки;

2. построить прямую, проходящую через две построенные точки;

3. построить луч, исходящий из построенной точки и проходящий через построенную точку.

Циркуль позволяет выполнить следующие геометрические построения:

1. построить окружность, если построен ее центр и отрезок, равный радиусу окружности;

2. построить любую из двух дополнительных дуг окружность, если построены центр окружности и концы этих дуг.

Элементарные задачи на построение.

Задачи на построение – это, пожалуй, самые древние математические задачи, они помогают лучше понять свойства геометрических фигур, способствуют развитию графических умений.

Задача на построение считается решенной, если указан способ построения фигуры и доказано, что в результате выполнения указанных построений действительно получается фигура с требуемыми свойствами.

Рассмотрим некоторые элементарные задачи на построение.

1. Построить на данной прямой отрезок СД, равный данному отрезку АВ.

Возможность только построения вытекает из аксиомы откладывания отрезка. С помощью циркуля и линейки оно осуществляется следующим образом. Пусть даны прямая а и отрезок АВ. Отмечаем на прямой точку С и строим с центром в точке С окружность с прямой а обозначаем Д. Получаем отрезок СД, равный АВ.

2. Через данную точку провести прямую, перпендикулярную данной прямой.

Пусть даны точки О и прямая а. Возможны два случая:

1. Точка О лежит на прямой а;

2. Точка О не лежит на прямой а.

В первом случае из обозначим точку С, не лежащую на прямой а. Из точки С как из центра списываем окружность произвольного радиуса. Пусть А и В – точки ее пересечения. Из точек А и В описываем окружность одного радиуса. Пусть точка О – точка их пересечения, отличная от С. Тогда полупрямая СО – это биссектриса развернутого угла, а также и перпендикуляр к прямой а.

Во втором случае из точки О как из центра проводим окружность, пересекающую прямую а, а затем из точек А и В тем же, радиусом проводим еще две окружности. Пусть О – точка их пересечения, лежащая в полуплоскости, отличной от той, в которой лежит точка О. Прямая ОО/ и есть перпендикуляр к данной прямой а. Докажем это.

Обозначим через С точку пересечения прямых АВ и ОО/. Треугольники АОВ и АО/В равны по трем сторонам. Поэтому угол ОАС равен углу О/АС равны по двум сторонам и углу между ними. Отсюда из углы АСО и АСО/ равны. А так как углы смежные, то они прямые. Таким образом, ОС есть перпендикуляр к прямой а.

3. Через данную точку провести прямую, параллельную данной.

Пусть даны прямая а и точка А вне этой прямой. Возьмем на прямой а какую-нибудь точку В и соединим ее с точкой А. Через точку А проведем прямую С, образующую с АВ такой же угол, какой АВ образует с данной прямой а, но на противоположной стороне от АВ. Построенная прямая будет параллельна прямой а., что следует из равенства накрест лежащих углов, образованных при пересечении прямых а и с секущей АВ.

4. Построить касательную к окружности, проходящую через данную на ней точку.

Дано: 1) окружность Х (О, ч)

2) точка А х

Построить: касательную АВ.

Построение.

2. окружность Х (А, ч), где ч – произвольный радиус (аксиома 1 циркуля)

3. точки М и N пересечения окружности х 1 , и прямой АО, то есть {М, N} = х 1 АО (аксиома 4 общая)

4. окружность х (М, r 2), где r 2 – произвольный радиус, такой что r 2 r 1 (аксиома 1 циркуля)

И внешне – своим открытым поведением, а внутренне – своим психическими процессами и чувствами. Выводы по первому разделу Для развития всех познавательных процессов младшего школьника необходимо соблюдать следующие условия: 1. Учебная деятельность должна быть целенаправленной, вызывать и поддерживать постоянный интерес у учащихся; 2. Расширять и развивать познавательные интересы у...

Всему тесту в целом, что говорит о том, что у них уровни развития мыслительных операций сравнения и обобщения выше, чем у слабоуспевающих школьников. Если анализировать индивидуальные данные по субтестам, то затруднения при ответах на отдельные вопросы говорят о слабом владении данными логическими операциями. Данные затруднения наиболее часто встречаются именно у слабоуспевающих школьников. Это...

Младшего школьника. Объект исследования: развитие образного мышления у учащихся 2 класса средней школы №1025. Метод: тестирование. Глава 1. Теоретические основы исследования образного мышления 1.1. Понятие о мышлении Наше познание окружающей действительности начинается с ощущений и восприятия и переходит к мышлению. Функция мышления – расширение границ познания путем выхода за...

4. Треугольники, четырехугольники, многоугольники. Формулы площадей треугольника, прямоугольника, параллелограмма, трапеции.

5. Окружность, круг.

Треугольники

Треугольник – одна из простейших геометрических фигур. Но его изучение породило целую науку – тригонометрию, которая возникла из практических потребностей при измерении земельных участков, составлении карт местности, конструировании различных механизмов.

Треугольником называется геометрическая фигура, которая состоит из трех точек, не лежащих на одной прямой, и трех попарно соединяющих их отрезков.

Любой треугольник разделяет плоскость на две части: внутреннюю и внешнюю. Фигуру, состоящую из треугольника и его внутренней области, также называют треугольником (или плоским треугольником).

В любом треугольнике выделяют следующие элементы: стороны, углы, высоты, биссектрисы, медианы, средние линии.

Углом треугольника АВС при вершине А называется угол, образованный полупрямыми АВ и АС.

Высотой треугольника, опущенной из данной вершины, называется перпендикуляр, проведенный из этой вершины к прямой, содержащей противоположную сторону.

Биссектрисой треугольника называется отрезок биссектрисы угла треугольника, соединяющей вершину с точкой на противоположной стороне.

Медианой треугольника, проведенной из данной вершины, называется отрезок, соединяющий эту вершину с серединой противолежащей стороны.

Средней линией треугольника называется отрезок, соединяющий середины двух его сторон.

Треугольники называются равными, если у них соответствующие стороны и соответствующие углы равны. При этом соответствующие углы должны лежать против соответствующих сторон.

На практике и в теоретических построениях часто пользуются признаками равенства треугольников, обеспечивающих более быстрое решение вопроса об отношениях ме5жду ними. Таких признаков три:

1. Если две стороны и угол между ними одного треугольника равны соответственно двум сторонам и углу между ними другого треугольника, то такие треугольники равны.

2. Если сторона и прилежащие к ней углы одного треугольника равны соответственно стороне и прилежащим к ней углам другого треугольника, то такие треугольники равны.

3. Если три стороны одного треугольника равны соответственно трем сторонам другого треугольника, то такие треугольники равны.

Треугольник называется равнобедренным , если у него две стороны равны. Эти равные стороны называются боковыми, а третья сторона называется основанием треугольника.

Равнобедренные треугольники обладают рядом свойств, например:

В равнобедренном треугольнике медиана, проведенная к основанию, является биссектрисой и высотой.

Отметим несколько свойств треугольников.

1. Сумма углов треугольника равна 180º.

Из этого свойства следует, что в любом треугольнике хотя бы два угла острые.

2. Средняя линия треугольника, соединяющая середины двух сторон, параллельна третьей стороне и равна ее половине.

3. В любом треугольнике каждая сторона меньше суммы двух других сторон.

Для прямоугольного треугольника верна теорема Пифагора: квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов.

Четырехугольники

Четырехугольником называется фигура, которая состоит из четырех точек и четырех последовательно соединяющих их отрезков, причем никакие три из данных точек не должны лежать на одной прямой, а соединяющие их отрезки не должны пересекаться. Данные точки называются вершинами четырехугольника, а соединяющие их отрезки – его сторонами.

Любой четырехугольник разделяет плоскость на две части: внутреннюю и внешнюю. Фигуру, состоящую из четырехугольника и его внутренней области, также называется четырехугольником (или плоским четырехугольником).

Вершины четырехугольника называют соседними, если они являются концами одной из его сторон. Вершины, не являющиеся соседними, называются противолежащими. Отрезки, соединяющие противолежащие вершины четырехугольника, называются диагоналями .

Стороны четырехугольника, исходящие из одной вершины, называются соседними. Стороны, не имеющие общего конца, называются противолежащими. У четырехугольника АВСD вершины А и В – противолежащие, стороны АВ и ВС – соседние, ВС и АD – противолежащие; отрезки АС и ВD – диагонали данного четырехугольника.

Четырехугольники бывают выпуклые и невыпуклые. Так, четырехугольник АВСD – выпуклый, а четырехугольник КРМТ – невыпуклый. Среди выпуклых четырехугольников выделяют параллелограммы и трапеции.

Параллелограммом называется четырехугольник, у которого противолежащие стороны параллельны.

Пусть АВСD – параллелограмм. Из вершины В на прямую АD опустим перпендикуляр ВЕ. Тогда отрезок ВЕ называется высотой параллелограмма, соответствующей сторонам ВС и АD. Отрезок

СМ – высота параллелограмм, соответствующая сторонам СD и АВ.

Чтобы упростить распознавание параллелограммов, рассматривают следующий признак: если диагонали четырехугольника пересекаются и точкой пересечения делятся пополам, то данный четырехугольник – параллелограмм.

Ряд свойств параллелограмма, которые не содержатся в его определении, формулируют в виде теорем и доказывают. Среди них:

1. Диагонали параллелограмма пересекаются и точкой пересечения делятся пополам.

2. У параллелограмма противолежащие стороны и противолежащие углы равны.

Рассмотрим теперь определение трапеции и ее основное свойство.

Трапецией называется четырехугольник, у которого только две противолежащие стороны параллельны.

Эти параллельные стороны называются основаниями трапеции. Две другие стороны называются боковыми.

Отрезок, соединяющий середины боковых сторон, называется средней линией трапеции.

Средняя линия трапеции обладает свойством: она параллельна основаниям и равна их полусумме.

Из множества параллелограммов выделяют прямоугольники и ромбы.

Прямоугольником называется параллелограмм, у которого все углы прямые.

Исходя из этого определения, можно доказать, что диагонали прямоугольника равны.

Ромбом называется параллелограмм, у которого все стороны равны.

Пользуясь этим определением, можно доказать, что диагонали ромба пересекаются под прямым углом и являются биссектрисами его углов.

Из множества прямоугольников выделяют квадраты.

Квадратом называют прямоугольник, у которого все стороны равны.

Так как стороны квадрата равны, то он является также ромбом. Следовательно, квадрат обладает свойствами прямоугольника и ромба.

Многоугольники

Обобщением понятия треугольника и четырехугольника является понятие многоугольника. Определяется оно через понятие ломаной.

Ломаной А₁А₂А₃…Аn называется фигура, которая состоит из точек А₁, А₂, А₃, …, Аn и соединяющих их отрезков А₁А₂, А₂А₃, …, Аn-₁Аn. Точки А₁, А₂, А₃, …, Аn называются вершинами ломаной, а отрезки А₁А₂, А₂А₃, …, Аn-₁Аn – ее звеньями.

Если ломаная не имеет самопересечений, то она называется простой. Если ее концы совпадают, то она называется замкнутой. О ломаных, изображенных на рисунке можно сказать: а) – простая; б) – простая замкнутая; в) – замкнутая ломаная, не являющаяся простой.

а) б) в)

Длиной ломаной называется сумма длин ее звеньев.

Известно, что длина ломаной не меньше длины отрезка, соединяющего ее концы.

Многоугольником называется простая замкнутая ломаная, если ее соседние звенья не лежат на одной прямой.

Вершины ломаной называют вершинами многоугольника, а ее звенья – его сторонами. Отрезки, соединяющие несоседние вершины, называются диагоналями.

Любой многоугольник разделяет плоскость на две части, одна из которых называется внутренней, а другая – внешней областью многоугольника (или плоским многоугольником).

Различают выпуклые и невыпуклые многоугольники.

Выпуклый многоугольник называется правильным, если у него все стороны и все углы равны.

Правильным является равносторонний треугольник, правильным четырехугольником – квадрат.

Углом выпуклого многоугольника при данной вершине называется угол, образуемый его сторонами, сходящимися в этой вершине.

Известно, что сумма углов выпуклого n-угольника равна 180º (n – 2).

В геометрии, кроме выпуклых и невыпуклых многоугольников, рассматривают еще многоугольные фигуры.

Многоугольной фигурой называется объединение конечного множества многоугольников.

а) б) в)

Многоугольники, из которых состоит многоугольная фигура, могут не иметь общих внутренних точек, могут иметь общие внутренние точки.

Говорят, что многоугольная фигура F состоит из многоугольных фигур, если она является их объединением, а сами фигуры не имеют общих внутренних точек. Например, о многоугольных фигурах, изображенных на рисунке а) и в), можно сказать, что они состоят из двух многоугольных фигур или что они разбиты на две многоугольные фигуры.

Окружность и круг

Окружностью называется фигура, которая состоит из всех точек плоскости, равноудаленных от данной точки, называемой центром .

Любой отрезок, соединяющий точку окружности с ее центром, называется радиусом окружности. Радиусом называется также расстояние от любой точки окружности до ее центра.

Отрезок, соединяющий две точки окружности, называется хордой . Хорда, проходящая через центр, называется диаметром .

Границей круга является окружность с теми же центром и радиусом.

Напомним некоторые свойства окружности и круга.

Говорят, что прямая и окружность касаются, если они имеют единственную общую точку. Такую прямую называют касательной, а общую точку прямой и окружности – точкой касания. Доказано, что если прямая касается окружности, то она перпендикулярна радиусу, проведенному в точку касания. Справедливо и обратное утверждение (рис. а).

Угол, вершина которого лежит на окружности, а стороны пересекают ее, называется вписанным в эту окружность (рис.в).

Угол, вписанный в окружность, обладает следующим свойством: он равен половине соответствующего центрального угла. В частности, углы, опирающиеся на диаметр – прямые.

Окружность называется описанной около треугольника, если она проходит через все его вершины.

Чтобы описать окружность около треугольника, надо найти ее центр. Правило его нахождения обосновывается следующей теоремой:

Центр окружности, описанной около треугольника, является точкой пересечения перпендикуляров к его сторонам, проведенных через середины этих сторон (рис.а).

Окружность называется вписанной в треугольник, если она касается всех его сторон.

Правило нахождения центра такой окружности обосновывается теоремой:

Центр окружности, вписанной в треугольник, является точкой пересечения его биссектрис (рис.б)

Таким образом, серединные перпендикуляры и биссектрисы пересекаются в одной точке соответственно. В геометрии доказано, что медианы треугольника пересекаются в одной точке. Эту точку называют центром тяжести треугольника, а точку пересечения высот – ортоцентром.

Таким образом, во всяком треугольнике существует четыре замечательные точки: центр тяжести, центры вписанной и описанной окружностей и ортоцентр.

Около всякого правильного многоугольника можно описать окружность и во всякий правильный многоугольник можно вписать окружность, причем центры описанной и вписанной окружностей совпадают.