Udaljenosti karakterističnih točaka trokuta

Σχετικά έγγραφα
Udaljenosti karakterističnih točaka trokuta

TRIGONOMETRIJA TROKUTA

4 Sukladnost i sličnost trokuta

6 Primjena trigonometrije u planimetriji

Više dokaza jedne poznate trigonometrijske nejednakosti u trokutu

Proširenje na poučku o obodnom i središnjem kutu

Proširenje na poučku o obodnom i središnjem kutu

Još neki dokazi leptirovog teorema

je B 1 = B 2. Prvi teorem kojeg ćemo dokazati primjenom Menelajeva teorema je Euklidski slučaj poznatog Desargesova 2 teorema. B 2 Z B 1B 2 B 1 O

1.1.** Dokaži da tvrdnja vrijedi ako su točke E i D na produžecima dužina AC i BC kroz C.

Geometrijski trikovi i metode bez imena

1.1.** Dokaži da tvrdnja vrijedi ako su točke E i D na produžecima dužina AC i BC kroz C.

POVRŠINA TANGENCIJALNO-TETIVNOG ČETVEROKUTA

Sveučilište u Zagrebu. Prirodoslovno-matematički fakultet Matematički odsjek. Tonio Škaro. Diplomski rad

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

Ĉetverokut - DOMAĆA ZADAĆA. Nakon odgledanih videa trebali biste biti u stanju samostalno riješiti sljedeće zadatke.

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

Zdaci iz trigonometrije trokuta Izračunaj ostale elemente trokuta pomoću zadanih:

1.4 Tangenta i normala

Temeljni pojmovi o trokutu

2n 2, 2n, 2n + 2. a = 2n 2, b = 2n, c = 2n + 2. a b c. a P =

ISPITNI ZADACI FORMULE. A, B i C koeficijenti (barem jedan A ili B različiti od nule)

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

2s v A. 0 B. 1 C. 2 D. 4 E. A. 4 B. 3 C. 2 D. 1 E. 0

18. listopada listopada / 13

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

3. KRIVULJE DRUGOG REDA

Operacije s matricama

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

( ) ( ) 2 UNIVERZITET U ZENICI POLITEHNIČKI FAKULTET. Zadaci za pripremu polaganja kvalifikacionog ispita iz Matematike. 1. Riješiti jednačine: 4

Rijeseni neki zadaci iz poglavlja 4.5

mogućih vrijednosti rs3. Za m, n N, mn+1 m 2 +n 2 m2 + n 2 mn + 1 je kvadrat prirodnog broja.

Sume kvadrata. mn = (ax + by) 2 + (ay bx) 2.

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

MATEMATIKA 1 8. domaća zadaća: RADIJVEKTORI. ALGEBARSKE OPERACIJE S RADIJVEKTORIMA. LINEARNA (NE)ZAVISNOST SKUPA RADIJVEKTORA.

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

Konstruktivni zadaci. Uvod

12 1. GEOMETRIJA. vrhove novog trokuta. Dokažite da taj trokut ne može biti jednakostraničan.

1. Trigonometrijske funkcije

DRŽAVNO NATJECANJE IZ MATEMATIKE 1. razred srednja škola A kategorija 30. ožujka 2009.

x + y + z = 2 (x + y)(y + z)+(y + z)(z + x)+(z + x)(x + y) =1 x 2 (y + z)+y 2 (z + x)+z 2 (x + y) = 6

Pošto se trebaju napisati sve nastavne cjeline i gradivo sva četiri razreda (opće i jezično) potrajati će duži vremenski period.

OPĆINSKO/ŠKOLSKO NATJECANJE IZ MATEMATIKE

2.7. DEVET RJEŠENJA JEDNOG ZADATKA IZ GEOMETRIJE *)

Matematika 1+ - skripta za dodatnu nastavu u 1. razredu srednje škole - Kristijan Kvaternik

DRŽAVNO NATJECANJE IZ MATEMATIKE 1. razred srednja škola A kategorija 3. svibnja 2007.

M086 LA 1 M106 GRP Tema: Uvod. Operacije s vektorima.

Riješeni zadaci: Limes funkcije. Neprekidnost

12 1. UVODNI DIO c 2 ) 2 2(a 4 + b 4 + c 4 ). (F1)

RJEŠENJA ZA 4. RAZRED

Elementarni zadaci iz Euklidske geometrije II

2. Bez kalkulatora odredi vrijednosti trigonometrijskih funkcija za brojeve (kutove) iz točaka u 1.zadatku.

2.7 Primjene odredenih integrala

9. GRANIČNA VRIJEDNOST I NEPREKIDNOST FUNKCIJE GRANIČNA VRIJEDNOST ILI LIMES FUNKCIJE

( , 2. kolokvij)

Elementi spektralne teorije matrica

KONAČNA MATEMATIKA Egzistencija kombinatornih konfiguracija Dirichlet-ov i Ramseyev teorem

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

0 = 5x 20 => 5x = 20 / : 5 => x = 4.

DRŽAVNO NATJECANJE IZ MATEMATIKE

Ako dva trougla imaju dvije stranice proporcionalne i podudaran ugao izme du njih tada su ta dva trougla slična.

RADIJVEKTORI. ALGEBARSKE OPERACIJE S RADIJVEKTORIMA. LINEARNA (NE)ZAVISNOST SKUPA RADIJVEKTORA.

- pravac n je zadan s točkom T(2,0) i koeficijentom smjera k=2. (30 bodova)

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

radni nerecenzirani materijal za predavanja

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

IZVODI ZADACI (I deo)

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

1 Promjena baze vektora

k a k = a. Kao i u slučaju dimenzije n = 1 samo je jedan mogući limes niza u R n :

Op cinsko natjecanje Osnovna ˇskola 4. razred

Analitička geometrija Zadaci. 13. siječnja 2014.

RJEŠENJA ZA 4. RAZRED

Četrnaesto predavanje iz Teorije skupova

Mate Vijuga: Rijeseni zadaci iz matematike za srednju skolu

ŠKOLSKO (GRADSKO) NATJECANJE IZ MATEMATIKE 1. razred srednja škola A varijanta 4. veljače 2010.

DRŽAVNO NATJECANJE IZ MATEMATIKE Poreč, 25.travnja-27.travnja razred-rješenja

IZBORNO NATJECANJE prvi dio rješenja zadataka

Priručnik za nastavnike

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

13. SFERNA TRIGONOMETRIJA

O Fermatovom geometrijskom problemu

16 Lokalni ekstremi. Definicija 16.1 Neka je A R n otvoren, f : A R i c A. Ako postoji okolina U(c) od c na kojoj je f(c) minimum

Numerička analiza 26. predavanje

Kantonalno takmičenje iz matematike učenika srednjih škola sa područja TK

MJERA I INTEGRAL 2. kolokvij 30. lipnja (Knjige, bilježnice, dodatni papiri i kalkulatori nisu dozvoljeni!)

Geometrija 1 Geometrija vježbenica. Sadržaj ove publikacije/emitiranog materijala isključiva je odgovornost XV. gimnazije

1. PROJICIRANJE Uvod

GEOMETRIJA KUGLE I SFERE

OPĆINSKO/ŠKOLSKO NATJECANJE IZ MATEMATIKE 4. razred osnovna škola 29. siječnja 2007.

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

REKURZIVNE FUNKCIJE PRIRODOSLOVNO MATEMATIČKI FAKULTET MATEMATIČKI ODSJEK. Diplomski rad. Voditelj rada: Doc.dr.sc.

Mate Vijuga: Rijeseni zadaci iz matematike za srednju skolu. odsjecak pravca na osi y

Uvod u teoriju brojeva

Transcript:

Udaljenosti karakterističnih točaka trokuta Kristijan Kilassa Kvaternik 1 U trokutu postoje četiri karakteristične točke: težište G, ortocentar H, središte upisane kružnice I i središte opisane kružnice O U ovom ćemo članku odrediti udaljenosti prve tri navedene točke od četvrte, i to koristeći potencije tih točaka u odnosu na opisanu kružnicu trokuta Pritom ćemo kao posljedicu dobiti neke poznate nejednakosti medu - veličinama u trokutu Za početak ćemo definirati pojam koji će nam biti ključan u računu potenciju točke u odnosu na kružnicu Definicija 1 Neka je dana kružnica k(s, r) itočka T unutar nje Povucimo točkom T tetivu AB kružnice k Potencija točke T u odnosu na kružnicu k je umnožak AT TB Slika 1 Slika Analogno definiramo potenciju točke u slučaju kada je T izvan kružnice k: točkom T povučemo pravac koji siječe k utočkama A i B Potencija od T u odnosu na k je umnožak AT TB Ako se T nalazi na k, onda kažemo da je njena potencija u odnosu na k nula Potenciju točke T u odnosu na kružnicu k označavat ćemo s p(t, k) Napomena 1 Lako se pokaže da je gornja definicija dobra, tj da potencija točke T u odnosu na kružnicu k ne ovisi o izboru tetive, odnosno pravca kroz T (ta činjenica slijedi iz sličnosti trokuta) Iz napomene 1 slijedi 1 Autor je student 3 godine matematike na Matematičkom odsjeku PMF-a Sveučilišta u Zagrebu, e-pošta: kkkvate@studentmathhr Matematičko-fizički list, LXIV 3 (013 014) 163

Propozicija 1 Za potenciju točke T u odnosu na kružnicu k(s, r) vrijedi p(t, k) = ST r Dokaz Ako se T nalazi na k, tvrdnja očito vrijedi Ukoliko je T unutar k, povucimo tetivu AB kojoj je T polovište (to je tetiva okomita na pravac ST ) Sada je prema napomeni 1 p(t, k) = AT TB = AT = SA ST = r ST Slika 3 Slika 4 Ako se T nalazi izvan k, onda povučemo tangentu iz T na k AkojeA diralište te tangente, prema napomeni 1 opet dobivamo p(t, k) = AT = ST SA = ST r Propozicija 1 nam daje efikasan način računanja udaljenosti točke od središta opisane kružnice trokuta: naime, dovoljno je odrediti potenciju točke s obzirom na opisanu kružnicu Sada možemo odrediti udaljenosti središta opisane kružnice od preostalih karakterističnih točaka trokuta Pritom ćemo duljine stranica trokuta označavati s a, b, c, mjere unutarnjih kutova s α, β, γ, polumjere opisane, odnosno upisane kružnice s R i r redom, a opisanu kružnicu trokuta ABC s (ABC) Teorem 1 Udaljenost težišta G od središta O opisane kružnice trokuta ABC dana je s GO = R a + b + c Dokaz Neka je AP težišnica u trokutu ABC ineka pravac AP siječe opisanu kružnicu (ABC) utočki M Zbog jednakosti obodnih kutova nad istom tetivom u kružnici vrijedi <)MBC = <)MAC i <)BMA = <)BCA pa su trokuti BPM i APC slični Zato imamo BP PM = AP PC Budući da je AP težišnica, vrijedi BP = PC = 1 a Slika 5 164 Matematičko-fizički list, LXIV 3 (013 014)

Uvrštavanjem dobivamo 1 a 1 b + c PM = a, PM = 1 a a b + c a Budući da je AP = 1 b + c a (jednakost dobivamo iz Eulerove relacije paralelograma) i da težište dijeli težišnicu u omjeru : 1 (računajući od vrha), vrijedi AG = 3 AP = 1 3 b + c a, GP = 1 3 AP = 1 6 b + c a Zato za potenciju težišta vrijedi p(g, (ABC)) = AG GM = 1 3 b + c a ( 1 b + c 6 a + a b + c a = b + c a + a 18 6 = a + b + c Budući da se težište trokuta nalazi unutar njega, prema propoziciji 1 slijedi R GO = a + b + c = GO = R a + b + c ) Korolar 1 U trokutu sa stranicama duljina a, b, c i polumjerom opisane kružnice R vrijedi nejednakost a + b + c R Korolar Ako su α, β, γ kutovi trokuta, onda vrijede nejednakosti sin α + sin β + sin γ 3 3 3 3, sin α sin β sin γ 8 Dokaz Prema korolaru 1 i teoremu o sinusima vrijedi nejednakost sin α + sin β + sin γ 4 Budući da su sinusi kutova u trokutu nenegativni realni brojevi, primjenom nejednakosti izmedu - kvadratne i aritmetičke sredine dobivamo sin α + sin β + sin γ sin α + sin β + sin γ 3 3 3 3, a primjenom nejednakosti izmedu - aritmetičke i geometrijske sredine, ( ) 3 sin α + sin β + sin γ sin α sin β sin γ 3 3 3 8 Matematičko-fizički list, LXIV 3 (013 014) 165

Propozicija Za trokut površine P kojemu je radijus opisane kružnice R, vrijedi P 3R 3 4 Drugim riječima, površina trokuta nije veća od površine jednakostraničnog trokuta stranice 3R, gdje je R radijus opisane mu kružnice Dokaz Površina trokuta je jednaka polovini umnoška duljine dviju njegovih stranica i sinusa kuta medu - njima Primjenom teorema o sinusima dobijemo P = 1 ab sin γ = R sin α sin β sin γ Sada primjenom druge nejednakosti korolara dobivamo zadanu nejednakost Za računanje udaljenosti središta upisane kružnice trokuta od središta opisane, koristit ćemo neke pomoćne tvrdnje Lema 1 Simetrala stranice trokuta i simetrala toj stranici nasuprotnog kuta sijeku se na opisanoj kružnici trokuta Dokaz Neka simetrala stranice BC siječe opisanu kružnicu (ABC) utočki T Zbog svojstva simetrale dužine vrijedi BT = TC = <)BCT = <)CBT Sada zbog jednakosti obodnih kutova nad istom tetivom imamo <)BAT = <)BCT = <)CBT = <)CAT, pa je AT simetrala kuta <)BAC Slika 6 Lema Zadan je trokut ABC sa središtem I upisane kružnice Središte kružnice (IBC) je polovište T onog luka BC kružnice (ABC) koji ne sadrži točku A Dokaz Uočimo da je točka T, prema lemi 1, sjecište simetrale dužine BC i simetrale kuta <)BAC Zato je dovoljno dokazati TI = TB Označimo unutarnje kutove trokuta ABC s α, β, γ Vrijedi <)TBI = <)CBI + <)TBC = <)CBI + <)TAC = α + β, <)TIB = <)IBA + <)IAB = α + β, pa imamo <)TBI = <)TIB = TI = TB Slika 7 166 Matematičko-fizički list, LXIV 3 (013 014)

Teorem Udaljenost središta I upisane kružnice od središta O opisane kružnice trokuta ABC dana je s IO = R Rr Dokaz Neka pravac AI siječe kružnicu (ABC) u točki T Prema lemi je T središte kružnice (IBC) i vrijedi TB = TI = TC Neka je P nožište okomice iz T na BC i Q nožište okomice iz I na AB Uočimo da je P polovište dužine BC i IQ = r Sada iz pravokutnih trokuta AQI i BPT dobivamo AI sin α = IQ = AI = r sin α, BP = TB cos α = a TI = TB = cos α = R sin α cos α = R sin α Slika 8 Za potenciju točke I imamo p(i, (ABC)) = AI IT = r sin α R sin α = Rr, akakosetočka I uvijek nalazi unutar trokuta ABC, R IO = Rr = IO = R Rr Korolar 3 U trokutu s polumjerima R i r opisane, odnosno upisane kružnice vrijedi nejednakost R r Udaljenost ortocentra od središta opisane kružnice odredit ćemo u slučaju šiljastokutnog trokuta (u tom se slučaju ortocentar nalazi unutar trokuta, odnosno opisane kružnice) Najprije ćemo dokazati jedno svojstvo ortocentra u trokutu Lema 3 Osnosimetrične slike ortocentra s obzirom na stranice šiljastokutnog trokuta leže na opisanoj kružnici tog trokuta Dokaz Neka je N A nožište okomice iz vrha A na stranicu BC i neka produžetak visine AN A siječe kružnicu (ABC) utočki H A Imamo <)H A BN A = <)N A AC = 0 γ jer su to obodni kutovi nad tetivom H A C Nadalje, BH AC = <)N A BH = 0 <)BCA = 0 γ Slijedi, <)H A BN A = <)N A BH pa su trokuti BN A H A i BN A H sukladni (KSK teorem), odakle imamo HN A = N A H A Slika Matematičko-fizički list, LXIV 3 (013 014) 167

Teorem 3 Udaljenost ortocentra H od središta opisane kružnice O šiljastokutnog trokuta ABC dana je s HO = R 1 8cosα cos β cos γ Dokaz Neka su N A, N B nožišta okomica iz vrhova A, B na stranice BC, CA redom i neka pravac AN A siječe kružnicu po drugi put u točki H A Iz pravokutnih trokuta BN A H, AN B H, AN A B dobivamo HN A = BN A ctg γ = AB cos β ctg γ, AH = AN B AB cos α = sin γ sin γ Sada koristeći lemu 3 i teorem o sinusima, računamo potenciju točke H p(h, (ABC)) = AH HH A = AH HN A cos α cos β cos γ = AB sin γ ( ) AB = cos α cos β cos γ sin γ Slika 10 = 8R cos α cos β cos γ Budući da je trokut šiljastokutan, ortocentar se nalazi unutar trokuta pa imamo R HO = 8R cos α cos β cos γ = HO = R 1 8cosα cos β cos γ Napomena Iako smo lemu 3 i teorem 3 dokazali za slučaj šiljastokutnog trokuta, analogni se dokazi provode i u slučaju tupokutnog trokuta (s time da u dokazu teorema 3 koristimo formulu redukcije za kosinus cos(180 ϕ) = cos ϕ ) Zato jednakost dana u teoremu 3 vrijedi i za tupokutan trokut Uočimo tako - der kako je ta jednakost trivijalno ispunjena za pravokutan trokut Zato ćemo sljedeći korolar iskazati za bilo koji trokut Korolar 4 Ako su α, β, γ kutovi trokuta, vrijedi nejednakost cos α cos β cos γ 1 8 Literatura [1] M BOMBARDELLI, D ILIŠEVIĆ, Elementarna geometrija, skripta, verzija 10, PMF Matematički odsjek, Zagreb, 007 [] B PAVKOVIĆ, D VELJAN, Matematika 1, zbirka zadataka, Školska knjiga, Zagreb, 001 168 Matematičko-fizički list, LXIV 3 (013 014)