Биссектриса в равнобедренном треугольнике - свойства, теоремы и формулы

Общие сведения

Геометрическая фигура является треугольником, если она состоит из трех точек, лежащих в одной плоскости и не лежащих на одной прямой. Она изучается в пятом классе. В геометрии принято сокращенное обозначение при помощи символа Δ, после которого следует писать произвольные три литеры (вершины) в алфавитном порядке. Например, ТUV.

Вершина — точка, из которой исходят два отрезка и образуют две стороны. Отрезок является элементом луча. Обозначается он двумя заглавными литерами (ТU, UV и т. д. ). Луч — часть прямой, имеющая только начало. Он необходим для построения отрезков, из которых состоят все фигуры геометрии.

Прямая — линия, проходящая в бесконечном пространстве. У нее не существует начала и конца. Математики обозначают ее произвольной маленькой латинской буквой (например, m). Кроме того, у равнобедренного Δ существуют и дополнительные параметры — биссектриса, медиана и высота. Первая делит любой угол (сокращенное обозначение — ∠) при вершине, из которой она исходит, на два ∠ с эквивалентной градусной мерой, т. е. пополам.

Медиана соединяет вершину и середину противоположной стороны, а высота — простой перпендикуляр. Он начинается в вершине и находится внутри треугольника, опускаясь на противолежащую сторону.

Равнобедренный Δ - фигура, имеющая две равные боковые стороны. Следует отметить, что любая биссектриса равнобедренного треугольника является медианой. Это правило выполняется, когда она проведена к основанию фигуры. Существует еще один вид Δ. Он называется правильным или равносторонним. Для него справедливо такое утверждение, сформулированное учеными-математиками: любая высота является медианой и биссектрисой. Для решения задач по геометрии рекомендуется знать теорему о биссектрисе равнобедренного треугольника и ее свойства.

Теоремы о биссектрисах

Теорема о биссектрисах треугольника звучит таким образом: точка пересечения биссектрис — инцентр ΔTUV. Доказывается теорема по такому алгоритму:

1. Из вершин T и U нужно провести биссектрисы TT' и UU' на противоположные стороны UV и TV соответственно.
2. На чертеже видно, что они пересекаются в некоторой точке. Последнюю следует обозначить Z.
3. Если предположить, что TT' и UU' не пересекаются, а параллельны (||), то секущей является сторона TU. В этом случае должно выполняться тождество: ∠(Т/2)+∠(U/2)=180.
4. Однако утверждение в третьем пункте противоречит сумме градусных мер ∠ треугольника, поскольку ∠Т+∠U+∠V=180. Из выражения, полученного на третьем шаге алгоритма, следует, что ∠Т+∠U=360.
5. На основании рассуждений можно сделать вывод, что Z — точка пересечения биссектрис.
6. Таким же образом доказывается случай для вершины V и биссектрисы VV'.
7. Точка Z — центр описанной окружности. Чтобы это доказать, нужно просто провести круг. На рисунке все вершины ΔTUV будут лежать на нем. Теорема полностью доказана.

Кроме того, существует еще одно утверждение, имеющее такой вид: любая высота равнобедренного треугольника является его биссектрисой и медианой.

Доказать его можно посредством такой методики:

1. Начертить равнобедренный ΔTUV. У него стороны TU=UV, а TV — основание.
2. Провести высоту UU' на основание.
3. Рассмотреть два прямоугольный Δ: TUU' и UVU'. Они равны между собой, поскольку UU' — общая, TU=UV и углы (∠Т=∠V) при основании — по определению равнобедренного Δ, а ∠ТU'U=∠UU'V — по построению.
4. На основании третьего пункта можно сделать вывод о равенстве сторон TU' и VU', а также ∠U'UТ=∠VU'U. Следовательно, в первом случае UU' — медиана, а во втором — биссектриса.
5. На основании четвертого утверждения теорема доказана.

Кроме того, существуют определенные свойства, которые могут быть полезными при решении задач. Их получают из теорем и других тождеств, доказываемые математиками.

Полезные свойства

Математики вывели пять полезных свойств для биссектрисы в равнобедренном Δ.

К ним относятся следующие:

1. Свойство биссектрисы, проведенной к основанию равнобедренного треугольника: она есть медиана и высота.
2. При проведении из вершин, образующих основание, углы, образованные ими, эквивалентны между собой.
3. Если провести биссектрису TT' из вершины при основании, то будет выполняться следующее тождество: TU/TV=UT'/T'V (отношение стороны к основанию эквивалентно частному из двух отрезков, полученных при построении).
4. Длина биссектрисы, проведенной к основанию, эквивалентна корню второй степени из квадрата боковой стороны без четвертой части квадрата основания: UU'=[m ² — (¼)*n ² ](^½), где m и n — длина боковой стороны и основания.
5. Через точку пересечения проходит круг, касающийся вершин основания.

Следует отметить, что в равностороннем треугольнике каждая биссектриса будет отсекать равные углы из каждой вершины.

В нем можно провести их всего три, а в равнобедренном — 2 высоты, 2 медианы, 2 биссектрисы, а также одну к основанию.

Пример решения

Чтобы усвоить материал, необходимо решить задачу по геометрии. Ее условие имеет такой вид:

1. Периметр равнобедренного Δ равен 40 см.
2. Основание больше боковой стороны на 10 см.

Необходимо найти значение высоты. Решать нужно по такому алгоритму:

1. Составить уравнение: 40=2*t+(t+10), где t — боковая сторона, а (t+10) — основание.
2. Раскрыть скобки: 40=2*t+t+10.
3. Привести подобные коэффициенты:3t=30.
4. Найти неизвестную: t=10 (см).
5. Вычислить основание: 10+10=20 (см).
6. Определить высоту: h= [100+((¼)*20)^2]^(½)=5[5]^(½) (см).

Следовательно, высота равнобедренного Δ со сторонами 10 и 20 см эквивалентна 5[5]^(½) см. Существуют и более сложные задачи, в которых требуется составлять уравнения. Например, условие одной из них имеет такой вид:

1. Высота, опущенная из вершины на основание (ТТ'), равна 20 см.
2. Основание больше стороны на 5 см.

Необходимо найти периметр треугольника. Для решения задачи необходимо составить определенный алгоритм:

1. Обозначить стороны: основание — n, сторона — m и высота — h.
2. Периметр P: Р=2m+n.
3. Записать формулу, руководствуясь первым и четвертым свойствами биссектрисы: h=[m ² -(¼)*n ² ]^(½).
4. Записать связь сторон, обозначив боковую сторону переменной t: t=t+5.
5. Подставить в соотношение во втором пункте: 20=[t ² -(¼)*(t+5)^2]^(½).
6. Возвести обе части в квадрат: 400=t ² -(¼)*(t+5)^2.
7. Раскрыть скобки: 400=t ² -(¼)*(t ² +10+25)=t ² -(¼)t ² −10/4−25/4=(¾)t ² -(10/4)-25/4=(¼)*(3t ² -10−25).
8. Решить квадратное уравнение, сократив на ¼ обе части: (3t ² -10t-25)=200.
9. Первый корень равен -7, а второй — +25. Второе значение подходит, поскольку является положительным числом.
10. Основание вычисляется таким образом: n=25+5=30 (см).
11. Если подставить полученное значение для проверки в соотношение h=[t ² -(¼)*(t+5)^2]^(½), то получится такое выражение: 20=[25 ² -(¼)*30 ² ]^(½)=[625−900/4]^(½)=[625−225]^(½)=20. Значение найдено верно.
12. Периметр находится по формуле: P=25*2+30=80 (см).

Задача решена в полном объеме. Из методики решения видно, что сначала нужно записать основную формулу, а затем найти неизвестные в ней величины по другим вспомогательным тождествам.

Таким образом, при решении задач по геометрии необходимо знать основные определения, формулы, свойства и теоремы, которые также могут быть полезны.