ΘΕΩΡΗΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Transcript

1 ΘΕΩΡΗΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ. Να αποδείξετε ότι σε κάθε ορθογώνιο τρίγωνο, το τετράγωνο µιας κάθετης πλευράς του είναι ίσο µε το γινόµενο της υποτείνουσας επί την προβολή της πλευράς αυτής στην υποτείνουσα. ηλαδή ΑΒ = ΒΓ Β Έστω ορθογώνιο τρίγωνο ΑΒΓ και η προβολή της κορυφής Α στην υποτείνουσα ΒΓ. Τα τρίγωνα ΑΒΓ και ΒΑ είναι όµοια γιατί έχουν: A = = Β είναι κοινή γωνία των τριγώνων Εποµένως ισχύει η αναλογία AB ΒΓ = ΑΒ = ΒΓ Β Β ΑΒ ΣΧΟΛΙΟ Το ίχνος της καθέτου που φέρουµε από το Α προς την ΒΓ ονοµάζεται ορθή προβολή ή απλώς προβολή του Α στην ΒΓ. Να αποδείξετε ότι σε κάθε ορθογώνιο τρίγωνο, ο λόγος των τετραγώνων των κάθετων πλευρών του είναι ίσος µε το λόγο των προβολών τους πάνω στην υποτείνουσα. ΑΒ Β ηλαδή = ΑΓ Γ Έστω ορθογώνιο τρίγωνο ΑΒΓ και η προβολή της κορυφής Α στην υποτείνουσα ΒΓ. Ισχύουν οι σχέσεις: ΑΒ = ΒΓ Β και ΑΓ = ΒΓ Γ. ιαιρώντας τις παραπάνω σχέσεις κατά µέλη προκύπτει: ΑΒ BΓ Β ΑΒ Β = = ΑΓ BΓ Γ ΑΓ Γ

2 3. Να αποδείξετε ότι σε κάθε ορθογώνιο τρίγωνο, το άθροισµα των τετραγώνων των κάθετων πλευρών του είναι ίσο µε το τετράγωνο της υποτείνουσας. (Πυθαγόρειο Θεώρηµα) Έστω ορθογώνιο τρίγωνο ΑΒΓ και η προβολή της κορυφής Α στην υποτείνουσα ΒΓ. Θα αποδείξουµε ότι: AB + ΑΓ = ΒΓ Ισχύουν οι σχέσεις: ΑΒ = ΒΓ Β και ΑΓ = ΒΓ Γ. Προσθέτοντας τις παραπάνω σχέσεις κατά µέλη προκύπτει: ΑΒ + ΑΓ = ΒΓ Β + ΒΓ Γ = = ΒΓ(ΒΛ + Γ ) = = ΒΓ ΒΓ = ΒΓ.. Να αποδείξετε ότι αν σε τρίγωνο ΑΒΓ ισχύει ΑΒ + ΑΓ = ΒΓ, τότε το τρίγωνο είναι ορθογώνιο µε A = L. Έστω τρίγωνο ΑΒΓ και ορθή γωνία xôy. Πάνω στις πλευρές Ox, Oy ορθής γωνίας xôy θεωρούµε αντίστοιχα τµήµατα Ο = ΑΒ και ΟΕ = ΑΓ. Επειδή το τρίγωνο Ο Ε είναι ορθογώνιο σύµφωνα µε το Πυθαγόρειο θεώρηµα και την υπόθεση, έχουµε: Ε = Ο + ΟΕ = ΑΒ +ΑΓ = ΒΓ. Άρα Ε = ΒΓ. Εποµένως τα τρίγωνα ΑΒΓ και Ο Ε είναι ίσα, γιατί έχουν και τις τρεις πλευρές ίσες, οπότε θα είναι A = Ô = ηλαδή το τρίγωνο ΑΒΓ είναι ορθογώνιο µε A = L.

3 3 5. Να αποδείξετε ότι σε κάθε ορθογώνιο τρίγωνο, το τετράγωνο του ύψους του που αντιστοιχεί στην υποτείνουσα είναι ίσο µε το γινόµενο των προβολών των κάθετων πλευρών του στην υποτείνουσα. ηλαδή Α = Β Γ. Έστω ορθογώνιο τρίγωνο ΑΒΓ και η προβολή της κορυφής Α στην υποτείνουσα ΒΓ. Τα τρίγωνα ΑΒ και ΓΑ είναι όµοια, αφού είναι ορθογώνια και A = Γ ως συµπληρωµατικές της Β. Εποµένως, Α Γ = Β Α Α = Β Γ. 6. Να αποδείξετε ότι το τετράγωνο πλευράς τριγώνου, που βρίσκεται απέναντι από οξεία γωνία, είναι ίσο µε το άθροισµα των τετραγώνων των δυο άλλων πλευρών του, ελαττωµένο κατά το διπλάσιο γινόµενο της µίας από αυτές επί την προβολή της άλλης πάνω σε αυτή. ηλαδή α = β + γ β Α Έστω τρίγωνο ΑΒΓ µε γωνία Α οξεία και το ύψος του Α. Στα ορθογώνια τρίγωνα ΒΓ, ΒΑ εφαρµόζοντας το πυθαγόρειο θεώρηµα έχουµε : α = Β + Γ () γ = Α + Β Β = γ Α () Αν Γ <, τότε είναι Γ = β Α και από τις ισότητες () και () έχουµε: α = Β + Γ = γ - Α + Γ = γ Α +( β Α ) = = γ Α + β + Α -β Α = β + γ β Α. αν Γ > τότε είναι Γ = Α β και από τις ισότητες () και () έχουµε: α = Β + Γ = γ Α + Γ = γ Α +( Α β) = = γ Α + β + Α β Α = β + γ β Α. αν τέλος Γ =, το συµπίπτει µε το Γ και το ορθογώνιο τρίγωνο ΓΑΒ ισχύει Α = β

4 Τότε β + γ β Α = β + γ β = γ β = α 7. Το τετράγωνο πλευράς τριγώνου που βρίσκεται απέναντι από αµβλεία γωνία είναι ίσο µε το άθροισµα των τετραγώνων των δύο άλλων πλευρών, αυξηµένο κατά το διπλάσιο γινόµενο της µίας από αυτές επί την προβολή της άλλης πάνω σε αυτή. ηλαδή α = β + γ + β Α Έστω τρίγωνο ΑΒΓ µε γωνία Α αµβλεία και το ύψος του Α. Στα ορθογώνια τρίγωνα ΒΓ, ΒΑ εφαρµόζοντας το πυθαγόρειο θεώρηµα έχουµε : α = Β + Γ () γ = Α + Β Β = γ Α () Επειδή A > έχουµε Γ = β + Α οπότε από τις παραπάνω σχέσεις προκύπτει: α = Β + Γ = γ Α + Γ = = γ Α + ( β + Α ) = = γ Α + β + Α + β Α = β + γ + β Α. ΣΧΟΛΙΑ Α. Σε κάθε τρίγωνο ΑΒΓ ισχύουν οι ισοδυναµίες:

5 5 (i) α > β + γ Α > (ii) α = β + γ Α = (iii) α < β + γ Α < Επειδή σε κάθε τρίγωνο η µεγαλύτερη πλευρά βρίσκεται απέναντι στη µεγαλύτερη γωνία, συγκρίνοντας το τετράγωνο της µεγαλύτερης πλευράς ενός τριγώνου µε το άθροισµα των τετραγώνων των άλλων πλευρών του, διαπιστώνουµε αν το τρίγωνο είναι οξυγώνιο, ορθογώνιο ή αµβλυγώνιο. Β. Σε κάθε τρίγωνο ΑΒΓ ισχύει η σχέση: α = β + γ βγ συνα. (ΝΟΜΟΣ ΤΩΝ ΣΥΝΗΜΙΤΟΝΩΝ) 8. Να διατυπώσετε και να αποδείξετε το πρώτο και το δεύτερο θεώρηµα διαµέσων ΙΑΤΥΠΩΣΗ Το άθροισµα των τετραγώνων δυο πλευρών ενός τριγώνου ισούται µε το διπλάσιο του τετραγώνου της διαµέσου που περιέχεται µεταξύ των πλευρών αυτών, αυξηµένο κατά το µισό του τετραγώνου της τρίτης πλευράς. Η διαφορά των τετραγώνων δύο πλευρών ενός τριγώνου ισούται µε το διπλάσιο γινόµενο της τρίτης πλευράς επί την προβολή της αντίστοιχης διαµέσου πάνω στην πλευρά αυτή. ηλαδή β + γ = µ α + α ηλαδή β γ = α Μ

6 6 Έστω τρίγωνο ΑΒΓ, η διάµεσος του AM = µ α και το ύψος του Α. Αν ΑΓ > ΑΒ, τότε το ίχνος του ύψους υ α βρίσκεται µεταξύ των Β, Μ και είναι ΑΜΓ >, ενώ ΑΜΒ > Στα τρίγωνα ΑΜΒ και ΑΜΒ έχουµε: β = µ α α + γ = µ α α + + α Μ α Μ Προσθέτοντας κατά µέλη αυτές τις σχέσεις έχουµε: Έστω τρίγωνο ΑΒΓ, η διάµεσος του AM = µ α και το ύψος του Α. Αν ΑΓ > ΑΒ, τότε το ίχνος του ύψους υ α βρίσκεται µεταξύ των Β, Μ και είναι ΑΜΓ >, ενώ ΑΜΒ > Στα τρίγωνα ΑΜΒ και ΑΜΒ έχουµε: β = µ α α + γ = µ α α + + α Μ α Μ Αφαιρώντας κατά µέλη αυτές τις σχέσεις έχουµε: β + γ = µ α α + β + γ = µ α + α β γ = α Μ ( α Μ) β γ = α Μ β γ = α Μ ΣΧΟΛΙΑ Μπορούµε να υπολογίσουµε τα τετράγωνα των διαµέσων ενός τριγώνου ΑΒΓ ως συνάρτηση των πλευρών του α, β, γ µε την βοήθεια του πρώτου θεωρήµατος των διαµέσων ως εξής: β + γ = µ α + α β + γ = µ α + α µ α = β + γ α µ α = και µε κυκλική εναλλαγή των α, β και γ έχουµε για τις άλλες διαµέσους τις σχέσεις β + γ α µ β = α + γ β και µ γ = β + α β 9. Να αποδείξετε ότι αν δυο χορδές ΑΒ, Γ ενός κύκλου τέµνονται σε ένα σηµείο Ρ εσωτερικό του κύκλου, τότε ισχύει: ΡΑ ΡΒ = ΡΓ Ρ.

7 7 Τα τρίγωνα ΡΑΓ και ΡΒ είναι όµοια, αφού οι γωνίες ΡAΓ = Ρ Β και ΡΓΑ = ΡΒ (ως εγγεγραµµένες γωνίες που βαίνουν στο ίδιο τόξο). Εποµένως ισχύει: PA PΓ = ΡΑ ΡΒ = ΡΓ Ρ P PA 0. Να αποδείξετε ότι αν οι προεκτάσεις δύο χορδών ΑΒ, Γ ενός κύκλου τέµνονται σε ένα σηµείο Ρ, τότε ισχύει ΡΑ ΡΒ = ΡΓ Ρ Τα τρίγωνα ΡΑΓ και ΡΒ είναι όµοια, αφού οι γωνίες ΡAΓ = Ρ Β και ΡΓΑ = ΡΒ (ως εγγεγραµµένες γωνίες που βαίνουν στο ίδιο τόξο). Εποµένως ισχύει: PA PΓ = ΡΑ ΡΒ = ΡΓ Ρ P PA. Αν από ένα εξωτερικό σηµείο Ρ κύκλου (O,R) φέρουµε το εφαπτόµενο τµήµα ΡΕ και µία ευθεία που τέµνει τον κύκλο στα σηµεία Α, Β, να αποδείξετε ότι ισχύει: ΡΕ = ΡΑ ΡΒ Τα τρίγωνα ΡΕΑ και ΡΕΒ είναι όµοια γιατί έχουν: ΕΡΑ = ΕΡΑ κοινή γωνία ΡΕΑ = ΕΒΑ από χορδή και εφαπτοµένη Εποµένως ισχύει PE PB = ΡΕ = ΡΑ ΡΒ PA PE

8 ΣΧΟΛΙA 8 A. Αν από σηµείο Ρ εκτός κύκλου φέρουµε την ευθεία ΡΟ που τέµνει τον κύκλο στα Γ και και µια τυχαία τέµνουσα ΡΑΒ και θέσουµε ΟΡ = δ, έχουµε: ΡΑ ΡΒ = ΡΓ Ρ = (δ R)(δ + R) = δ R Όµοια αποδεικνύεται ότι ΡΑ ΡΒ = R δ, αν το Ρ είναι εσωτερικό σηµείο του κύκλου. Η διαφορά δ R λέγεται δύναµη του σηµείου Ρ ως προς τον κύκλο (O, R) και συµβολίζεται P (O,R) = δ R B. Για οποιοδήποτε σηµείο Ρ του επιπέδου του κύκλου έχουµε: το Ρ είναι εξωτερικό σηµείο του κύκλου (O, R) το Ρ είναι εσωτερικό σηµείο του κύκλου (O, R) το Ρ είναι σηµείο του κύκλου (O, R) P (O,R) = 0 P (O,R) > 0 P (O,R) < 0. Τι ονοµάζεται πολυγωνικό χωριό; Τι ονοµάζεται πολυγωνική επιφάνεια. ΑΠΑΝΤΗΣΗ Πολυγωνικό χωρίο ονοµάζεται ένα οποιοδήποτε πολύγωνο του επιπέδου µαζί µε τα εσωτερικά του σηµεία. Πολυγωνική επιφάνεια ονοµάζεται ένα σχήµα που αποτελείται από πεπερασµένο πλήθος πολυγωνικών χωρίων, που ανά δύο δεν έχουν κοινά εσωτερικά σηµεία. 3. Τι ονοµάζεται εµβαδόν ενός πολυγωνικού χωρίου. Να αναφέρετε τα αξιώµατα που ισχύουν για το εµβαδό ενός πολυγώνου. Πότε δύο πολύγωνα ονοµάζονται ισοδύναµα; ΑΠΑΝΤΗΣΗ

9 9 Έστω, ένα πολυγωνικό χωρίο S, τότε µέτρηση του χωρίου S λέµε τη σύγκρισή του µε ένα άλλο επίπεδο χωρίο σ, το οποίο επιλέγουµε ως µονάδα. Η σύγκριση αυτή οδηγεί σε µια σχέση της µορφής: S = λ σ, όπου λ θετικός αριθµός. Ο θετικός αριθµός λ λέγεται εµβαδόν του πολυγωνικού χωρίου S και συµβολίζεται µε (S). ΣΧΟΛΙΟ Πολλές φορές το εµβαδόν ενός πολυγωνικού χωρίου ή µιας πολυγωνικής επιφάνειας θα το συµβολίζουµε µε το γράµµα Ε.. Να αναφέρετε τα αξιώµατα που ισχύουν για το εµβαδό ενός πολυγώνου. ΑΠΑΝΤΗΣΗ Για το εµβαδόν δεχόµαστε ότι ισχύουν τα επόµενα αξιώµατα Ίσα πολυγωνικά χωρία έχουν ίσα εµβαδά. Αν ένα πολυγωνικό χωρίο (ή µια πολυγωνική επιφάνεια) χωρίζεται σε πεπερασµένου πλήθους πολυγωνικά χωρία, που δεν έχουν κοινά εσωτερικά σηµεία, τότε το εµβαδόν του ισούται µε το άθροισµα των εµβαδών των επιµέρους πολυγωνικών χωρίων. Το εµβαδόν ενός τετραγώνου πλευράς είναι. Αν ένα πολύγωνο Ρ περιέχεται στο εσωτερικό ενός άλλου πολυγώνου Π, τότε το εµβαδόν του Ρ είναι µικρότερο του εµβαδού του Π. 5. Πότε δύο πολύγωνα ονοµάζονται ισοδύναµα ή ισεµβαδικά; ΑΠΑΝΤΗΣΗ Ισοδύναµα ή ισεµβαδικά ονοµάζονται δύο ή περισσότερα σχήµατα που έχουν το ίδιο εµβαδόν. ΣΧΟΛΙΟ Αν δύο πολυγωνικά χωρία είναι ίσα, τότε έχουν ίσα εµβαδά. Το αντίστροφο δεν ισχύει. 6. ίνεται ορθογώνιο παραλληλόγραµµο ΑΒΓ µε ΑΒ = α και Α = β. Να κατασκευάσετε τετράγωνα ΒΓΘΙ και Γ ΕΖ έτσι, ώστε να µην έχουν κοινά εσωτερικά σηµεία µε το ΑΒΓ. Αν οι προεκτάσεις των ΕΖ και ΙΘ τέµνονται στο σηµείο Η, τότε να αποδείξετε ότι το εµβαδό του ορθογωνίου παραλληλογράµµου ΑΒΓ είναι Ε ΑΒΓ = α β

10 0 Έστω ένα ορθογώνιο ΑΒΓ, µε ΑΒ = α και Α = β. Προεκτείνουµε την πλευρά Α κατά τµήµα Ε = α, την ΑΒ κατά ΒΙ = β και σχηµατίζουµε το τετράγωνο ΑΙΗΕ, το οποίο έχει πλευρά α + β και εποµένως είναι: (ΑΙΗΕ) = (α + β) (). Προεκτείνοντας τις Γ και ΒΓ σχηµατίζονται τα τετράγωνα ΓΖΕ, ΒΙΘΓ µε πλευρές α, β αντίστοιχα και το ορθογώνιο ΓΘΗΖ που είναι ίσο µε το ΑΒΓ. Έτσι έχουµε ( ΓΖΕ)=α, (ΒΙΘΓ) = β και (ΓΘΗΖ) = (ΑΒΓ ) () Είναι φανερό όµως ότι (ΑΙΗΕ) = (ΑΒΓ ) + (ΓΘΗΖ) + (ΒΙΘΓ) + ( ΓΖΕ), από την οποία µε τη βοήθεια των () και () προκύπτει ότι: (α + β) = (ΑΒΓ ) + α + β. α +αβ + β = (ΑΒΓ ) + α + β αβ = (ΑΒΓ ) Άρα (ΑΒΓ ) = α β. 7. Να αποδείξετε ότι το εµβαδόν Ε ενός παραλληλογράµµου ισούται µε το γινόµενο µιας πλευράς του επί το ύψος που αντιστοιχεί σε αυτή. ηλαδή είναι : Ε = β υ Έστω παραλληλόγραµµο ΑΒΓ και το ύψος του ΑΖ που αντιστοιχεί στη ΒΓ. Από το φέρουµε Η κάθετη στην προέκταση της ΒΓ. Τα τρίγωνα ΖΒΑ και ΗΓ είναι ίσα γιατί Z = H = 90 ΑΒ = Γ και Β = Γ οπότε:

11 Άρα (ΖΒΑ) = (ΗΓ ) (). Από το σχήµα όµως έχουµε ότι (ΑΒΓ ) = (ABZ) + (ΑΖΓ ), οπότε σύµφωνα µε την () προκύπτει ότι: (ΑΒΓ ) = (ΑΖΓ ) + ( ΓΗ) = (ΑΖΗ ). Εποµένως έχουµε ηλαδή είναι: (ΑΒΓ ) = (ΑΖΗ ) = Α ΑΖ = ΒΓ ΑΖ, (ΑΒΓ ) = ΒΓ ΑΖ. 8. ίνεται τρίγωνο ΑΒΓ µε πλευρές α, β, γ. Αν υ α είναι το ύψος που αντιστοιχεί στην πλευρά α να αποδείξετε ότι το εµβαδόν του τριγώνου δίνεται από την σχέση: Ε = α υα Με πλευρές ΑΒ και ΒΓ σχηµατίζουµε το παραλληλόγραµµο ΑΒΓ, το εµβαδόν του οποίου είναι (ΑΒΓ ) = α υ α (). Όµως τα τρίγωνα ΑΒΓ και ΑΓ είναι ίσα, οπότε: Από το σχήµα έχουµε ότι: (ΑΒΓ) = (Α Γ) (). (ΑΒΓ ) = (ΑΒΓ) + (ΑΓ ) (ΑΒΓ ) = (ΑΒΓ) + (ΑΒΓ) (ΑΒΓ ) = (ΑΒΓ) α υ α = (ΑΒΓ), άρα (ΑΒΓ) = ΣΧΟΛΙΟ α υα Με κυκλική εναλλαγή των γραµµάτων α, β και γ έχουµε: (ΑΒΓ) = α υα = β υβ = γ υγ 9. Να αποδείξετε ότι το εµβαδό ενός τραπεζίου µε βάσεις Β, β και ύψος υ δίνεται από τον τύπο (Β + β) Ε = υ. Θεωρούµε τραπέζιο ΑΒΓ (ΒΓ//Α ), µε βάσεις ΒΓ = Β, Α = β και ύψος υ. Φέρουµε τη διαγώνιο ΑΓ. Τότε έχουµε Ε = (ΑΒΓ ) = (ΑΒΓ) + (ΑΓ ) (). Αλλά τα δύο τρίγωνα ΑΒΓ και ΑΓ έχουν το ίδιο ύψος υ και βάσεις Β, β αντίστοιχα και εποµένως:

12 (ΑΒΓ) = Β υ και (ΑΒ ) = β υ (), Με αντικατάσταση των σχέσεων () στην () προκύπτει ότι: (Β + β) Ε = (ΑΒΓ) + (ΑΓ ) = Β υ + β υ = υ. ΣΧΟΛΙΟ Το εµβαδόν ενός τραπεζίου επιπλέον, ισούται µε το γινόµενο της διαµέσου επί το ύψος του. ΣΗΜΑΝΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ ΤΩΝ ΕΜΒΑ ΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Η διάµεσος ΑΜ του τριγώνου ΑΒΓ χωρίζει το τρίγωνο σε δύο ισοδύναµα τρίγωνα. α Ισόπλευρό µε πλευρά α έχει εµβαδό: Ε= 3 Το εµβαδό ενός τετραπλεύρου µε διαγώνιες κάθετες ισούται µε το ηµιγινόµενο των διαγωνίων του δ και δ. 0. Να αποδείξετε ότι το εµβαδό ενός τριγώνου ισούται µε Ε= τ ρ όπου τ είναι η ηµιπερίµετρος και ρ η ακτίνα του εγγεγραµµένου κύκλου του τριγώνου. Έστω τρίγωνο ΑΒΓ και ο εγγεγραµµένος κύκλος του (Ι, ρ). Φέρουµε τα τµήµατα ΙΑ, ΙΒ και ΙΓ και έτσι το τρίγωνο χωρίζεται στα τρίγωνα ΙΒΓ, ΙΓΑ και ΙΑΒ που έχουν το ίδιο

13 3 ύψος ρ και δεν έχουν κοινά εσωτερικά σηµεία. Είναι : (ΑΒΓ) = (ΑΙΒ) + (ΒΙΓ) + (ΓΙΑ) = = α ρ + β ρ + γ ρ = = (α + β +γ) ρ = τ ρ = τ ρ. ίνεται τρίγωνο ΑΒΓ µε πλευρές α, β, γ εγγεγραµµένο σε κύκλο µε ακτίνα R και Α το ύψος του. α) Να φέρετε την διάµετρο ΑΕ του κύκλου και να αποδείξετε ότι τα τρίγωνα ΑΒ και ΑΕΓ είναι όµοια. β) Να υπολογίσετε το ύψος Α του τριγώνου ως συνάρτηση των πλευρών του β και γ και της ακτίνας R του περιγεγραµµένου του κύκλου. α β γ γ) Να αποδείξετε ότι το εµβαδό Ε του τριγώνου ΑΒΓ δίνεται από τον τύπο Ε= R α) Θεωρούµε τη διάµετρο Α. Τα τρίγωνα ΑΗΓ και ΑΒ είναι όµοια, αφού B = H = και Γ = ως εγγεγραµµένες που βαίνουν στο ίδιο τόξο. β) Από την οµοιότητα των τριγώνων έχουµε ότι: AH AΓ = ΑΒ ΑΓ = Α ΑΗ βγ = Rυ α. AB A γ) Από την σχέση βγ = Rυ α έχουµε ότι υ α = βγ α β γ Ε = α υα = α = R R βγ. Οπότε για το εµβαδό Ε του τριγώνου ΑΒΓ έχουµε: R. Για το εµβαδό Ε ενός τριγώνου ΑΒΓ µε πλευρές α, β, γ να αποδείξετε ότι το εµβαδό του δίνεται από τον τύπο Ε= β γ ηµα.

14 Nα γραφτεί ο προηγούµενος τύπος µε κυκλική εναλλαγή των γραµµάτων του για όλες τις γωνίες του τριγώνου. ιακρίνουµε τις περιπτώσεις Αν A>, στο ορθογώνιο τρίγωνο ΒΑ έχουµε ηµα = υ β γ υ β = γηµα άρα το εµβαδό Ε του τριγώνου είναι: Ε = β υβ = β γηµα Αν A >, πάλι από το ορθογώνιο τρίγωνο ΒΑ προκύπτει ότι: ηµ(80 ο - Α) = υ β γ υ β = γηµ(80 ο - Α) = γηµα άρα το εµβαδό Ε του τριγώνου είναι: Ε = β υβ = β γηµα Αν A =, τότε υ β = γ, εποµένως πάλι ο τύπος ισχύει Άρα σε κάθε περίπτωση έχουµε: Ε = β γηµα ΣΧΟΛΙΟ α β γ Σε κάθε τρίγωνο ΑΒΓ ισχύει η σχέση = = = R, όπου R είναι η ακτίνα του ηµα ηµβ ηµγ περιγγεγραµµένου κύκλου του τριγώνου. Η σχέση αυτή είναι γνωστή ως ο νόµος των ηµιτόνων. 3. Να αποδείξετε ότι αν δύο τρίγωνα έχουν ίσες βάσεις, τότε ο λόγος των εµβαδών τους ισούται µε το λόγο των αντίστοιχων υψών, ενώ αν έχουν ίσα ύψη, τότε ο λόγος των εµβαδών τους ισούται µε το λόγο των αντίστοιχων βάσεων. Θεωρούµε δύο τρίγωνα ΑΒΓ και Α Β Γ µε εµβαδά Ε και Ε αντίστοιχα µε α, α και υ α, υ α οι βάσεις τους και τα αντίστοιχα ύψη τους. Θα αποδείξουµε τις συνεπαγωγές : Ε υ α = α, = α Ε υα Ε α υ α = υ α, = Ε α Για τα εµβαδά Ε και Ε των τριγώνων είναι Ε = α υα και Ε = α υα

15 5 Ε α υ Και διαιρώντας κατά µέλη προκύπτει: = α Ε α υα Από την τελευταία σχέση προκύπτουν οι ζητούµενες συνεπαγωγές.. Αν δύο τρίγωνα είναι όµοια µε λόγο οµοιότητας λ να αποδείξετε ότι ο λόγος των εµβαδών τους Ε είναι ίσος µε το τετράγωνο του λόγου οµοιότητας, δηλαδή = λ. Ε Έστω τα όµοια τρίγωνα ΑΒΓ και Α'Β'Γ' µε A = A' και Β = B'. α υ Τότε = α α υα = λ (), όπου λ ο λόγος οµοιότητας. Για τα εµβαδά Ε και Ε των τριγώνων είναι Ε = α υα και Ε = α υα που διαιρώντας κατά µέλη Ε υ προκύπτει: = α Ε α υα α ) ( α α = = λ λ = λ. α α 5. Να δείξετε ότι ο λόγος των εµβαδών δύο όµοιων πολυγώνων είναι ίσος µε το τετράγωνο του λόγου οµοιότητας τους. Θεωρούµε δυο όµοια πολύγωνα π.χ. τα πεντάγωνα ΑΒΓ Ε και Α'Β'Γ' 'Ε' µε λόγο οµοιότητας λ, τότε ισχύουν οι αναλογίες Φέρουµε τις διαγώνιους των πολυγώνων από τις κορυφές Α και Α', οπότε αυτά χωρίζονται σε ισάριθµα τρίγωνα όµοια µεταξύ τους. Αν Ε, Ε, Ε 3 και Ε', Ε', Ε' 3 είναι τα εµβαδά των αντίστοιχων τριγώνων, τότε έχουµε : E AB = = λ E E και αντίστοιχα έχουµε: E A B = 3 E E = λ, εποµένως είναι: 3

16 6 λ E E = = E E E = 3 E E = + E + E 3 E + E + E 3 3 ( ΑΒΓ Ε) = ( Α Β Γ Έ ) 6. Aν µια γωνία ενός τριγώνου είναι ίση µε µια γωνία ενός άλλου τριγώνου, τότε ο λόγος των εµβαδών τους είναι ίσος µε τον λόγο των γινοµένων των πλευρών που περιέχουν τις γωνίες αυτές. Θεωρούµε τα τρίγωνα ΑΒΓ και Α'Β'Γ' και διακρίνουµε τις περιπτώσεις. Αν A = A' τότε ηµα = ηµα και ισχύει: Ε = Ε βγηµα = β γ ηµα βγ β γ Αν A + A' = 80 Α = 80 ο Α τότε ηµα = ηµ(80 ο Α ) = ηµα', και πάλι ισχύει: Ε = Ε βγηµα = β γ ηµα βγ β γ 7. Πότε ένα πολύγωνο ονοµάζεται κανονικό; Να αποδείξετε ότι σε κάθε κανονικό πολύγωνο µε ν πλευρές η γωνία του φ ν είναι ίση µε 80 ο ο 360. ν ΑΠΑΝΤΗΣΗ Ένα πολύγωνο ονοµάζεται κανονικό, όταν έχει όλες τις πλευρές του ίσες και όλες τις γωνίες του ίσες. Έστω Α Α...Α ν ένα κανονικό πολύγωνο µε ν πλευρές και έστω A = A =... = A ν = φ ν Επειδή το άθροισµα των γωνιών κάθε κυρτού ν-γώνου είναι (ν - )80, θα έχουµε: φ ν + φ ν + + φ ν = (ν ) 80 ν φ ν = 80 ν 360 o o 80 ν 360 φ ν = φ ν = 80 ο ν ν ο 360 ν

17 7 8. Να αποδείξετε ότι δύο κανονικά πολύγωνα µε τον ίδιο αριθµό πλευρών είναι όµοια. Θεωρούµε δύο κανονικά πολύγωνα ΑΒΓ...Τ, Α'Β'Γ'...Τ' µε τον ίδιο αριθµό πλευρών ν. Τότε η γωνία καθενός είναι ν, άρα είναι ίσες, δηλαδή ισχύει: A = A, Β = Β',..., Τ = Τ' (). Επίσης, έχουν και τις πλευρές τους ίσες, δηλαδή ισχύει: ΑΒ = ΒΓ =... = ΤΑ και Α'Β' = Β'Γ' =... = Τ'Α' Άρα AB A' B' BΓ TA = =... = () B' Γ' T' A' Από τις () και () προκύπτει ότι τα πολύγωνα ΑΒΓ... Τ και Α'Β'Γ'...Τ' είναι όµοια. ΣΧΟΛΙΑ Α. Κάθε κανονικό πολύγωνο έχει έναν περιγεγραµµένο και έναν εγγεγραµµένο κύκλο που έχουν κοινό κέντρο. Β. Το κοινό κέντρο των δύο αυτών κύκλων λέγεται κέντρο του πολυγώνου. Γ. Η ακτίνα R του περιγεγραµµένου κύκλου λέγεται ακτίνα του πολυγώνου.. Η απόσταση του κέντρου του πολυγώνου από µια πλευρά του, δηλαδή η ακτίνα του εγγεγραµµένου κύκλου λέγεται απόστηµα του πολυγώνου. Ε. Η γωνία υπό την οποία φαίνεται κάθε πλευρά του πολυγώνου από το κέντρο του, λέγεται κεντρική γωνία του πολυγώνου 9. ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ ΣΤΑ ΚΑΝΟΝΙΚΑ ΠΟΛΥΓΩΝΑ R η ακτίνα του κύκλου µέσα στο οποίο συνήθως σχεδιάζουµε κανονικό πολύγωνο δ η διάµετρος του προηγούµενου κύκλου. ν ο αριθµός των πλευρών ενός κανονικού πολυγώνου λ ν η πλευρά ενός κανονικού πολυγώνου α ν το απόστηµα ενός κανονικού πολυγώνου. ω ν η κεντρική γωνία ενός κανονικού πολυγώνου φ ν η γωνία ενός κανονικού πολυγώνου Ε ν το εµβαδό ενός κανονικού πολυγώνου P ν η περίµετρος ενός κανονικού πολυγώνου

18 8 30. Να αποδείξετε ότι σε κάθε κανονικό πολύγωνο εγγεγραµµένο σε κύκλο ακτίνας R ισχύει: λ ν + α ν = R Έστω ΑΒΓ...Τ ένα κανονικό ν-γωνο, R η ακτίνα του, ΑΒ = λ ν η πλευρά του και OH = α ν το απόστηµά του. Από το ορθογώνιο τρίγωνο ΗΟΑ, µε εφαρµογή του Πυθαγόρειου θεωρήµατος προκύπτει OH +HA =OA λ ν + α ν = R 3. Να αποδείξετε ότι σε κάθε κανονικό πολύγωνο εγγεγραµµένο σε κύκλο ακτίνας R ισχύουν οι 360 o σχέσεις: α) Ρ ν = ν λ και β) ω ν = ν Έστω ΑΒΓ...Τ ένα κανονικό ν-γωνο, R η ακτίνα του, ΑΒ = λ ν η πλευρά του και OH = α ν το απόστηµά του. α) Επειδή ΑΒ = ΒΓ =... = ΤΑ = λ ν, θα είναι Ρ ν = ν λ ν. β) Επειδή AB = BΓ =... = TA θα είναι ΑÔΒ = ΒÔΓ =... = ΤÔΑ = ω ν και αφού οι γωνίες ΑÔΒ, ΒÔΓ,... και ΤÔΑ έχουν άθροισµα 360, έχουµε: o 360 ν ω ν = 360 ω ν = ν 3. Να αποδείξετε ότι σε κάθε καν. πολύγωνο εγγεγραµµένο σε κύκλο ακτίνας R ισχύει Ε ν = Ρν α ν. Έστω ΑΒΓ...Τ ένα κανονικό ν-γωνο, R η ακτίνα του, ΑΒ = λ ν η πλευρά του και OH = α ν το απόστηµά του. Τα τρίγωνα ΟΑΒ, ΟΒΓ,..., ΟΤΑ είναι ίσα, άρα και ισεµβαδικά και εποµένως έχουµε: Ε ν = ν (ΟΑΒ) = ν ΑΒ ΟΗ = ν λν α ν = ν λν.(αφού Ρ ν = νλ ν )

19 9 33. Να αποδείξετε ότι σε δύο κανονικά ν-γωνα ο λόγος των πλευρών τους ισούται µε το λόγο των λ ν R ν α ακτίνων τους και το λόγο των αποστηµάτων τους. ηλαδή ισχύει: = = λ ν R' ν α ν Έστω δύο κανονικά πολύγωνα ΑΒΓ...Τ και Α'Β Τ'...Τ' µε το ίδιο πλήθος πλευρών, έστω ν (ν 3) και Ο, Ο' τα κέντρα τους. Τα τρίγωνα ΟΑΒ και Ο'Α'Β' είναι όµοια γιατί είναι ισοσκελή και o 360 έχουν ΑÔΒ = Α'Ô'Β' = ν εποµένως, AB A' B' OA OH = = O' A' O' H' λ ν λ ν = R ν α = R' ν α ν όπου ΟΗ, Ο'Η' τα ύψη των τριγώνων. 3. Σε κύκλο µε κέντρο Ο και ακτίνα R να εγγράψετε τετράγωνο και να υπολογίσετε το απόστηµα και την πλευρά του ως συνάρτηση της ακτίνας του. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Έστω ένας κύκλος (Ο,R). Για την κατασκευή τετραγώνου φέρουµε δύο κάθετες διαµέτρους ΑΓ και Β, τότε θα είναι ΑÔΒ = ΒÔΓ = ΓÔ = ÔΑ = 90, οπότε ΑΒ = BΓ = Γ = Α και εποµένως το ΑΒΓ είναι τετράγωνο. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΠΛΕΥΡΑΣ Από το ορθογώνιο και ισοσκελές τρίγωνο ΟΑΒ µε εφαρµογή του Πυθαγόρειου θεωρήµατος έχουµε ΑΒ = ΟΑ + ΟΒ λ = R + R λ = R λ = R ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΠΟΣΤΗΜΑΤΟΣ λ Ισχύει: + α = R α = R λ = R R = R R = R α = R εποµένως α = R R R = = α = R

20 0 35. Σε κύκλο µε κέντρο Ο και ακτίνα R να εγγράψετε κανονικό εξάγωνο και να υπολογίσετε το απόστηµα και την πλευρά του ως συνάρτηση της ακτίνας του. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Έστω ένας κύκλος (Ο,R), για την κατασκευή κανονικού εξαγώνου παίρνουµε πάνω στον κύκλο έξι διαδοχικά τόξα ΑΒ, BΓ, Γ, Ε, ΕΖ και ΖΑ µε αντίστοιχη χορδή R, το καθένα. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΠΛΕΥΡΑΣ Είναι ΑÔΒ = ω 6 = 60 και επειδή OA = OB (=R) το τρίγωνο ΟΑΒ είναι ισόπλευρο. Άρα AB = OA = R, δηλαδή λ 6 = R ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΠΟΣΤΗΜΑΤΟΣ λ 6 Ισχύει: + α 6 = R α 6 = R λ 6 = R R = R R = 3R 3R 3R R 3 R 3 α 6 = α 6 = = δηλαδή α 6 = 36. Σε κύκλο µε κέντρο Ο και ακτίνα R να εγγράψετε ισόπλευρο τρίγωνο και να υπολογίσετε το απόστηµα και την πλευρά του ως συνάρτηση της ακτίνας του. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Έστω ένας κύκλος (Ο,R), για την κατασκευή ισοπλεύρου τριγώνου παίρνουµε τα σηµεία Α, Β, Γ,, Ε και Ζ που διαιρούν τον κύκλο σε έξι ίσα τόξα, τότε τα σηµεία Α, Γ, Ε είναι κορυφές ισόπλευρου τριγώνου, αφού ΑΓ = ΓΕ = ΕΑ = 0. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΠΛΕΥΡΑΣ Επειδή ΑΓ = 80, η Α είναι διάµετρος και εποµένως το τρίγωνο ΑΓ είναι ορθογώνιο, οπότε λ 3 = ΑΓ = Α - Γ = (R) - R = 3R λ 3 = 3R λ 3 = 3R = R 3, δηλαδή είναι λ 3 = R 3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΠΟΣΤΗΜΑΤΟΣ λ 3 Ισχύει: + α 3 = R α 3 = R λ 3 = R R 3 = R 3R = R α 3 = R α 3 = R R R = δηλαδή α 6 =

21 37. Ο αριθµός π L Έστω κύκλος µε διάµετρο R. Aν συµβολίσουµε µε L το µήκος του τότε λόγος του µήκους του R κύκλου προς τη διάµετρό του είναι σταθερός, δηλαδή είναι ο ίδιος για κάθε κύκλο. Η σταθερή αυτή τιµή του λόγου ΣΧΟΛΙΑ L R συµβολίζεται διεθνώς µε το Ελληνικό γράµµα π (αρχικό της λέξης περιφέρεια) ηλαδή π = Α. Ο αριθµός π είναι ένας άρρητος, υπερβατικός αριθµός και µια προσέγγισή του, που στην πράξη χρησιµοποιείται, είναι π 3,. Β. Ο Αρχιµήδης χρησιµοποιούσε ως προσέγγιση του π το 7 L R 38. ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΣΧΕΣΕΙΣ ΠΟΥ ΙΣΧΥΟΥΝ ΣΤΟΝ ΚΥΚΛΟ. Το µήκος L του κύκλου ακτίνας R δίνεται από τη σχέση L = πr. Ένα τόξο l, µετρηµένο σε µοίρες µ ο πrµ, κύκλου ακτίνας R έχει µήκος l = Ακτίνο (rad) ονοµάζεται ένα τόξο κύκλου µε µήκος R.. Ένα τόξο l, µετρηµένο σε ακτίνια α, κύκλου ακτίνας R έχει µήκος l = αr 5. Η σχέση που µετατρέπει µια γωνία από µοίρες σε ακτίνια και αντίστροφα είναι: µ α = 80 π 6. Το εµβαδόν Ε ενός κυκλικού δίσκου ακτίνας R δίνεται από τη σχέση E = πr. 7. Θεωρούµε έναν κύκλο (O,R) και µία επίκεντρη γωνία ΑÔΒ. Το σύνολο των κοινών σηµείων της επίκεντρης γωνίας ΑÔΒ και του κυκλικού δίσκου (O,R) λέγεται κυκλικός τοµέας κέντρου Ο και ακτίνας R. Το εµβαδόν ενός κυκλικού τοµέα (ΟΑΒ) δίνεται από τις σχέσεις: (Ο AB ) = πr µ = αr Έστω ένας κύκλος (O,R) και µια χορδή του ΑΒ. Η ΑΒ χωρίζει τον κυκλικό δίσκο σε δύο µέρη που βρίσκονται εκατέρωθεν αυτής. Καθένα από αυτά τα µέρη λέγεται κυκλικό τµήµα. Το εµβαδόν ε του κυκλικού τµήµατος που περιέχεται στην κυρτή γωνία ΑΟΒ είναι ε = (Ο AB ) ( ΟΑΒ)