Справочник по математике
Геометрия (Планиметрия) Треугольники
Окружность, описанная около треугольника. Треугольник, вписанный в окружность. Теорема синусов
Содержание
Серединный перпендикуляр к отрезку
ОПРЕДЕЛЕНИЕ 1. Серединным перпендикуляром к отрезку называют, прямую, перпендикулярную к этому отрезку и проходящую через его середину (рис. 1).
Рис.1
ТЕОРЕМА 1. Каждая точка серединного перпендикуляра к отрезку находится на одном и том же расстоянии от концов этого отрезка.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Рассмотрим произвольную точку D, лежащую на серединном перпендикуляре к отрезку AB (рис.2), и докажем, что треугольники ADC и BDC равны.
Рис.2
Действительно, эти треугольники являются прямоугольными треугольниками, у которых катеты AC и BC равны, а катет DC является общим. Из равенства треугольников ADC и BDC вытекает равенство отрезков AD и DB.
Теорема 1 доказана.
ТЕОРЕМА 2 (Обратная к теореме 1). Если точка находится на одном и том же расстоянии от концов отрезка, то она лежит на серединном перпендикуляре к этому отрезку.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Докажем теорему 2 методом «от противного».
С этой целью предположим, что некоторая точка E находится на одном и том же расстоянии от концов отрезка, но не лежит на серединном перпендикуляре к этому отрезку. Приведём это предположение к противоречию. Рассмотрим сначала случай, когда точки E и A лежат по разные стороны от серединного перпендикуляра (рис.3). В этом случае отрезок EA пересекает серединный перпендикуляр в некоторой точке, которую мы обозначим буквой D.
Рис.3
Докажем, что отрезок AE длиннее отрезка EB. Действительно,
Таким образом, в случае, когда точки E и A лежат по разные стороны от серединного перпендикуляра, мы получили противоречие.
Рис.4
Теперь рассмотрим случай, когда точки E и A лежат по одну сторону от серединного перпендикуляра (рис.4). Докажем, что отрезок EB длиннее отрезка AE. Действительно,
Полученное противоречие и завершает доказательство теоремы 2.
Окружность, описанная около треугольника
ОПРЕДЕЛЕНИЕ 2. Окружностью, описанной около треугольника, называют окружность, проходящую через все три вершины треугольника (рис.5). В этом случае треугольник называют треугольником, вписанным в окружность, или вписанным треугольником.
Рис.5
Свойства описанной около треугольника окружности. Теорема синусов
| Свойство серединных перпендикуляров к сторонам треугольника |
Свойство Все серединные перпендикуляры, проведённые к сторонам произвольного треугольника, пересекаются в одной точке. |
| Свойство окружности, описанной около треугольника |
Свойство Около любого треугольника можно описать окружность. Центром описанной около треугольника окружности является точка, в которой пересекаются все серединные перпендикуляры, проведённые к сторонам треугольника. |
| Свойство центра описанной около остроугольного треугольника окружности |
|
Свойство Центр описанной около остроугольного треугольника окружности лежит внутри треугольника. |
| Свойство центра описанной около прямоугольного треугольника окружности |
Свойство Центром описанной около прямоугольного треугольника окружности является середина гипотенузы. |
| Свойство центра описанной около тупоугольного треугольника окружности |
Свойство Центр описанной около тупоугольного треугольника окружности лежит вне треугольника. |
| Теорема синусов |
Теорема синусов Для любого треугольника справедливы равенства
где a , b , c – стороны треугольника, A , B , С – углы треугольника, R – радиус описанной окружности. |
| Формула площади треугольника через радиус описанной окружности и углы треугольника |
Свойство Для любого треугольника справедливо равенство S = 2R2 sin A sin B sin C , где A , B , С – углы треугольника, S – площадь треугольника, R – радиус описанной окружности. |
| Формула для радиуса описанной окружности через площадь треугольника и его стороны |
|
Свойство Для любого треугольника справедливо равенство
где a , b , c – стороны треугольника, S – площадь треугольника, R – радиус описанной окружности. |
Доказательства теорем о свойствах описанной около треугольника окружности
ТЕОРЕМА 3. Все серединные перпендикуляры, проведённые к сторонам произвольного треугольника, пересекаются в одной точке.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Рассмотрим два серединных перпендикуляра, проведённых к сторонам AC и AB треугольника ABC, и обозначим точку их пересечения буквой O (рис. 6).
Рис.6
Поскольку точка O лежит на серединном перпендикуляре к отрезку AC, то в силу теоремы 1 справедливо равенство:
CO = AO .
Поскольку точка O лежит на серединном перпендикуляре к отрезку AB, то в силу AC, то в силу теоремы 1 справедливо равенство:
AO = BO .
Следовательно, справедливо равенство:
CO = BO ,
откуда с помощью AC, то в силу теоремы 2 заключаем, что точка O лежит на серединном перпендикуляре к отрезку BC. Таким образом, все три серединных перпендикуляра проходят через одну и ту же точку, что и требовалось доказать.
СЛЕДСТВИЕ. Около любого треугольника можно описать окружность. Центром описанной около треугольника окружности является точка, в которой пересекаются все серединные перпендикуляры, проведённые к сторонам треугольника.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Рассмотрим точку O, в которой пересекаются все серединные перпендикуляры, проведённые к сторонам треугольника ABC (рис. 6).
При доказательстве теоремы 3 было получено равенство:
AO = OB = OC ,
из которого вытекает, что окружность с центром в точке O и радиусами OA, OB, OC проходит через все три вершины треугольника ABC, что и требовалось доказать.
ТЕОРЕМА 4 (теорема синусов). Для любого треугольника (рис. 7)
Рис.7
справедливы равенства:
.
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Докажем сначала, что длина хорды окружности радиуса R, на которую опирается вписанный угол величины φ , вычисляется по формуле:
| l = 2Rsin φ . | (1) |
Рассмотрим сначала случай, когда одна из сторон вписанного угла является диаметром окружности (рис.8).
Рис.8
Угол MPN, как угол, опирающийся на диаметр, является прямым углом, и равенство (1) вытекает из определения синуса угла прямоугольного треугольника.
Поскольку все вписанные углы, опирающиеся на одну и ту же дугу, равны, то для произвольного вписанного угла всегда найдется равный ему вписанный угол, у которого одна из сторон является диаметром окружности.
Формула (1) доказана.
Из формулы (1) для вписанного треугольника ABC получаем (рис.7):
Теорема синусов доказана.