Контрольные вопросы к §1.

Основные свойства простейших геометрических фигур .

Вопрос 1. Приведите примеры геометрических фигур.
Ответ: Примеры геометрических фигур: треугольник, квадрат, окружность.

Вопрос 2. Назовите основные геометрические фигуры на плоскости.
Ответ: Основными геометрическими фигурами на плоскости являются точка и прямая.

Вопрос 3. Как обозначаются точки и прямые?
Ответ: Точки обозначаются прописными латинскими буквами: A, B, C, D, … . Прямые обозначаются строчными латинскими буквами: a, b, c, d, … .
Прямую можно обозначать двумя точками, лежащими на ней. Например, прямую a на рисунке 4 можно обозначить AC, а прямую b можно обозначить BC. Рис.4

Вопрос 4. Сформулируйте основные свойства принадлежности точек и прямых.
Ответ: Какова бы ни была прямая, существуют точки, принадлежащие этой прямой, и точки, не принадлежащие ей.
Через любые две точки можно провести прямую, и только одну.
Вопрос 5. Объясните, что такое отрезок с концами в данных точках.
Ответ: Отрезком называется часть прямой, которая состоит из всех точек этой прямой, лежащих между двумя данными её точками. Эти точки называются концами отрезка. Отрезок обозначается указанием его концов. Когда говорят или пишут: "отрезок AB", то подразумевают отрезок с концами в точках A и B.

Вопрос 6. Сформулируйте основное свойство расположения точек на прямой.
Ответ: Из трёх точек на прямой одна и только одна лежит между двумя другими.

Вопрос 7. Сформулируйте основные свойства измерения отрезков.
Ответ: Каждый отрезок имеет определённую длину, большую нуля. Длина отрезка равна сумме длин частей, на которые он разбивается любой его точкой.
Вопрос 8. Что называется расстоянием между двумя данными точками?
Ответ: Длину отрезка AB называют расстоянием между точками A и B.
Вопрос 9. Какими свойствами обладает разбиение плоскости на две полуплоскости?
Ответ: Разбиение плоскости на две полуплоскости обладает следующим свойством. Если концы какого-нибудь отрезка принадлежат одной полуплоскости, то отрезок не пересекает прямую. Если концы отрезка принадлежат разным полуплоскостям, то отрезок пересекает прямую.

Вопрос 10. Сформулируйте основное свойство расположения точек относительно прямой на плоскости.
Ответ: Прямая разбивает плоскость на две полуплоскости.

Вопрос 11. Что такое полупрямая или луч? Какие полупрямые называются дополнительными?
Ответ: Полупрямой или лучом называется часть прямой, которая состоит из всех точек этой прямой, лежащих по одну сторону от данной её точки. Эта точка называется начальной точкой полупрямой. Различные полупрямые одной и той же прямой, имеющие общую начальную точку, называются дополнительными.

Вопрос 12. Как обозначаются полупрямые?
Ответ: Полупрямые, так же как и прямые, обозначаются строчными латинскими буквами.
Вопрос 13. Какая фигура называется углом?
Ответ: Углом называется фигура, которая состоит из точки - вершины угла - и двух различных полупрямых, исходящих из этой точки, - сторон угла.

Вопрос 14. Как обозначается угол?
Ответ: Угол обозначается либо указанием его вершины, либо указанием его сторон, либо указанием трёх точек: вершины и двух точек на сторонах угла. Слово «угол» иногда заменяют знаком.
Вопрос 15. Какой угол называется развёрнутым?
Ответ: Если стороны угла являются дополнительными полупрямыми одной прямой, то угол называется развёрнутым.

Вопрос 16. Объясните, что означает выражение: «Полупрямая проходит между сторонами угла”.
Ответ: Мы будем говорить, что луч проходит между сторонами данного угла, если он исходит из его вершины и пересекает какой-нибудь отрезок с концами на сторонах угла.
Вопрос 17. В каких единицах измеряются углы и с помощью какого инструмента? Объясните, как проводится измерение.
Ответ: Углы измеряются в градусах при помощи транспортира.

Вопрос 18. Сформулируйте основные свойства измерения углов.
Ответ: Каждый угол имеет определённую градусную меру, большую нуля. Развёрнутый угол равен 180°. Градусная мера угла равна сумме градусных мер углов, на которые он разбивается любым лучом, проходящим между его сторонами.
Вопрос 19. Сформулируйте основные свойства откладывания отрезков и углов.
Ответ: На любой полупрямой от её начальной точки можно отложить отрезок заданной длины, и только один. От любой полупрямой в заданную полуплоскость можно отложить угол с заданной градусной мерой, меньшей 180°, и только один.
Вопрос 20. Что такое треугольник?
Ответ: Треугольником называется фигура, которая состоит из трёх точек, не лежащих на одной прямой, и трёх отрезков, попарно соединяющих эти точки. Точки называются вершинами треугольника, а отрезки - сторонами.

Вопрос 21. Что такое угол треугольника при данной вершине?
Ответ: Углом треугольника ABC при вершине A называется угол, образованный полупрямыми AB и AC. Так же определяются углы треугольника при вершинах B и C.

Вопрос 22. Какие отрезки называются равными?
Ответ: Отрезки называются равными, если их длины равны.
Вопрос 23. Какие углы называются равными?
Ответ: Углы называются равными, если их градусные меры равны.
Вопрос 24. Какие треугольники называются равными?
Ответ: Треугольники называются равными, если у них соответствующие стороны равны и соответствующие углы равны. При этом соответствующие углы должны лежать против соответствующих сторон.
Вопрос 25. Как на рисунке отмечаются у равных треугольников соответствующие стороны и углы?
Ответ: На чертеже равные отрезки обычно отмечают одной, двумя или тремя чёрточками, а равные углы - одной, двумя или тремя дужками.

Вопрос 26. Объясните по рисунку 23 существование треугольника, равного данному.
Ответ: Пусть мы имеем треугольник ABC и луч a (рис. 23, а). Переместим треугольник ABC так, чтобы его вершина A совместилась с началом луча a, вершина B попала на луч a, а вершина C оказалась в заданной полуплоскости относительно луча a и его продолжения. Вершины нашего треугольника в этом новом положении обозначим A 1 ,B 1 ,C 1 (рис. 23, б).
Треугольник A 1 B 1 C 1 равен треугольнику ABC.
Вопрос 27. Какие прямые называются параллельными? Какой знак используется для обозначения параллельности прямых?
Ответ: Две прямые называются параллельными, если они не пересекаются. Для обозначения параллельности прямых используется знак ||. а||b.

Вопрос 28. Сформулируйте основное свойство параллельных прямых.
Ответ: Через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести на плоскости не более одной прямой, параллельной данной.
Вопрос 29. Приведите пример теоремы.
Ответ: Если прямая, не проходящая ни через одну из вершин треугольника, пересекает одну из его сторон, то она пересекает только одну из двух других сторон.

Контрольные вопросы к § 2. Смежные и вертикальные углы .

Вопрос 1. Какие углы называются смежными?
Ответ: Два угла называются смежными, если у них одна сторона общая, а другие стороны этих углов являются дополнительными полупрямыми.
На рисунке 31 углы (a 1 b) и (a 2 b) смежные. У них сторона b общая, а стороны a 1 и a 2 являются дополнительными полупрямыми.

Вопрос 2. Докажите, что сумма смежных углов равна 180°.
Ответ: Теорема 2.1. Сумма смежных углов равна 180°.
Доказательство. Пусть угол (a 1 b) и угол (a 2 b) - данные смежные углы (см. рис.31). Луч b проходит между сторонами a 1 и a 2 развёрнутого угла. Поэтому сумма углов (a 1 b) и (a 2 b) равна развёрнутому углу, т. е. 180°. Что и требовалось доказать.

Вопрос 3. Докажите, что если два угла равны, то смежные с ними углы также равны.
Ответ:

Из теоремы 2.1 следует, что если два угла равны, то смежные с ними углы равны.
Допустим, углы (a 1 b) и (c 1 d) равны. Нам нужно доказать, что углы (a 2 b) и (c 2 d) тоже равны. Сумма смежных углов равна 180°. Из этого следует, что a 1 b + a 2 b = 180° и c 1 d + c 2 d = 180°. Отсюда, a 2 b = 180° - a 1 b и c 2 d = 180° - c 1 d. Так как углы (a 1 b) и (c 1 d) равны, то мы получаем, что a 2 b = 180° - a 1 b = c 2 d. По свойству транзитивности знака равенства следует, что a 2 b = c 2 d. Что и требовалось доказать.

Вопрос 4. Какой угол называется прямым (острым, тупым)?
Ответ: Угол, равный 90°, называется прямым углом. Угол, меньший 90°, называется острым углом. Угол, больший 90° и меньший 180°, называется тупым.

Вопрос 5. Докажите, что угол, смежный с прямым, есть прямой угол.
Ответ: Из теоремы о сумме смежных углов следует, что угол, смежный с прямым углом, есть прямой угол: x + 90° = 180°, x= 180° - 90°, x = 90°.

Вопрос 6. Какие углы называются вертикальными?
Ответ: Два угла называются вертикальными, если стороны одного угла являются дополнительными полупрямыми сторон другого.

Вопрос 7. Докажите, что вертикальные углы равны.
Ответ: Теорема 2.2. Вертикальные углы равны.
Доказательство. Пусть (a 1 b 1) и (a 2 b 2)- данные вертикальные углы (рис. 34). Угол (a 1 b 2) является смежным с углом (a 1 b 1) и с углом (a 2 b 2). Отсюда по теореме о сумме смежных углов заключаем, что каждый из углов (a 1 b 1) и (a 2 b 2) дополняет угол (a 1 b 2) до 180°, т.е. углы (a 1 b 1) и (a 2 b 2) равны. Что и требовалось доказать.

Вопрос 8. Докажите, что если при пересечении двух прямых один из углов прямой, то остальные три угла тоже прямые.
Ответ: Предположим, что прямые AB и CD пересекают друг друга в точке O. Предположим, что угол AOD равен 90°. Так как сумма смежных углов равна 180°, то получаем, что AOC = 180°-AOD = 180°- 90°=90°. Угол COB вертикален углу AOD, поэтому они равны. То есть угол COB = 90°. Угол COA вертикален углу BOD, поэтому они равны. То есть угол BOD = 90°. Таким образом, все углы равны 90°, то есть они все – прямые. Что и требовалось доказать.

Вопрос 9. Какие прямые называются перпендикулярными? Какой знак используется для обозначения перпендикулярности прямых?
Ответ: Две прямые называются перпендикулярными, если они пересекаются под прямым углом. Перпендикулярность прямых обозначается знаком ⊥.. Запись a ⊥b читается: «Прямая a перпендикулярна прямой b».

Вопрос 10. Докажите, что через любую точку прямой можно провести перпендикулярную ей прямую, и только одну.
Ответ: Теорема 2.3. Через каждую прямую можно провести перпендикулярную ей прямую, и только одну.
Доказательство. Пусть a - данная прямая и A - данная точка на ней. Обозначим через a 1 одну из полупрямых прямой a с начальной точкой A (рис. 38). Отложим от полупрямой a 1 угол (a 1 b 1), равный 90°. Тогда прямая, содержащая луч b 1 , будет перпендикулярна прямой a.

Допустим, что существует другая прямая, тоже проходящая через точку A и перпендикулярная прямой a. Обозначим через c 1 полупрямую этой прямой, лежащую в одной полуплоскости с лучом b 1 . Углы (a 1 b 1) и (a 1 c 1), равные каждый 90°, отложены в одну полуплоскость от полупрямой a 1 . Но от полупрямой a 1 в данную полуплоскость можно отложить только один угол, равный 90°. Поэтому не быть другой прямой, проходящей через точку A и перпендикулярной прямой a. Теорема доказана.

Вопрос 11. Что такое перпендикуляр к прямой?
Ответ: Перпендикуляром к данной прямой называется отрезок прямой, перпендикулярной данной, который имеет одним из своих концов их точку пересечения. Этот конец отрезка называется основанием перпендикуляра.

Вопрос 12. Объясните, в чём состоит доказательство от противного.
Ответ: Способ доказательства, который мы применили в теореме 2.3, называется доказательством от противного. Этот способ доказательства состоит в том, что мы сначала делаем предположение, противоположное тому, что утверждается теоремой. Затем путем рассуждений, опираясь на аксиомы и доказанные теоремы, приходим к выводу, противоречащему либо условию теоремы, либо одной из аксиом, либо доказанной ранее теореме. На этом основании заключаем, что наше предположение было неверным, а значит, верно утверждение теоремы.

Вопрос 13. Что называется биссектрисой угла?
Ответ: Биссектрисой угла называется луч, который исходит из вершины угла, проходит между его сторонами и делит угол пополам.

Контрольные вопросы к § 3. Признаки равенства треугольников.

Вопрос 1. Докажите первый признак равенства треугольников. Какие аксиомы используются при доказательстве теоремы 3.1?
Ответ: Первый признак равенства треугольников - Теорема 3.1. (признак равенства треугольников по двум сторонам и углу между ними). Если две стороны и угол между ними одного треугольника равны соответственно двум сторонам и углу между ними другого треугольника, то такие треугольники равны.
Доказательство. Пусть у треугольников ABC и A 1 B 1 C 1 угол A= углу A 1 , AB=A 1 B 1 , AC=A 1 C 1 (рис. 44). Рис. 44.
Докажем, что треугольники равны. Пусть A 1 B 2 C 2 - треугольник, равный треугольнику ABC, с вершиной B 2 на луче A 1 B 1 и вершиной C 2 в той же полуплоскости относительно прямой A 1 B 1 , где лежит вершина C 1 (рис. 45, а). Так как A 1 B 1 =A 1 B 2 , то вершина B 2 совпадает с вершиной B 1 (рис. 45, б). Так как угол B 1 A 1 C 1 = углу B 2 A 1 C 2 , то луч A 1 C 2 совпадает с лучом A 1 C 1 (рис. 45, в). Так как A 1 C 1 =A 1 C 2 , то вершина C 2 совпадает с вершиной C 1 (рис. 45, г).
Итак, треугольник A 1 B 1 C 1 совпадает с треугольником A 1 B 2 C 2 , значит, равен треугольнику ABC. Теорема доказана.
В начале доказательства рисуют треугольник A 1 B 2 C 2 равный треугольнику ABC с вершиной B 2 на луче A 1 B 1 и вершиной C 2 в той же полуплоскости относительно прямой A 1 B 1 , где лежит вершина C 1 (рис. 45, а). Такой треугольник существует по аксиоме о существовании треугольника, равного данному (каков бы ни был треугольник, существует равный ему треугольник в заданном расположении относительно данной полупрямой).
Затем утверждается совпадение вершин B 1 и B 2 на том основании, что A 1 B 1 = A 1 B 2 . Здесь используется аксиома откладывания отрезков (на любой полупрямой от её начальной точки можно отложить отрезок заданной длины, и только один).
Далее утверждается совпадение лучей A 1 C 2 и A 1 C 1 на том основании, что ∠B 2 A 1 C 1 = ∠B 2 A 1 C 2 . Здесь используется аксиома откладывания углов (от любой полупрямой в заданную полуплоскость можно отложить угол с заданной градусной мерой, меньшей 180°, и только один). Наконец, утверждается совпадение вершин C 1 и C 2 , так как A 1 C 1 = A 2 C 2 . Здесь снова используется аксиома откладывания отрезков (на любой полупрямой от её начальной точки можно отложить отрезок заданной длины, и только один).
Итак, при доказательстве теоремы 3.1 используются аксиомы откладывания отрезков и углов и аксиома о существовании треугольника, равного данному.

Вопрос 2. Сформулируйте и докажите второй признак равенства треугольников.
Ответ: Второй признак равенства треугольников - Теорема 3.2 (признак равенства треугольников по стороне и прилежащим к ней углам). Если сторона и прилежащие к ней углы одного треугольника равны соответственно стороне и прилежащим к ней углам другого треугольника, то такие треугольники равны.
Доказательство. Пусть ABC и A 1 B 1 C 1 - два треугольника, у которых AB= A 1 B 1 , угол A= углу A 1 и угол B= углу B 1 (рис. 47). Докажем, что треугольники равны.
Пусть A 1 B 2 C 2 - треугольник, равный треугольнику ABC, с вершиной B 2 на луче A 1 B 1 и вершиной C 2 в той же полуплоскости относительно прямой A 1 B 1 , где лежит вершина C 1 .
Так как A 1 B 2 =A 1 B 1 , то вершина B 2 совпадает с вершиной B 1 . Так как угол B 1 A 1 C 2 = углу B 1 A 1 C 1 и угол A 1 B 1 C 2 = углу A 1 B 1 C 1 , то луч A 1 C 2 совпадает с лучом A 1 C 1 , а луч B 1 C 2 совпадает с лучом B 1 C 1 . Отсюда следует, что вершина C 2 совпадает с вершиной C 1 .
Итак, треугольник A 1 B 1 C 1 совпадает с треугольником A 1 B 2 C 2 , а значит, равен треугольнику ABC. Теорема доказана.

Вопрос 3. Какой треугольник называется равнобедренным? Какие стороны равнобедренного треугольника называются боковыми сторонами? Какая сторона называется основанием?
Ответ: Треугольник называется равнобедренным, если у него две стороны равны. Эти равные стороны называются боковыми сторонами, а третья сторона называется основанием треугольника.

Вопрос 4. Докажите, что в равнобедренном треугольнике углы при основании равны.
Ответ: Теорема 3.3 (свойство углов равнобедренного треугольника). В равнобедренном треугольнике углы при основании равны.
Доказательство. Пусть ABC- равнобедренный треугольник с основанием AB (рис. 48). Докажем, что у него угол A= углу B.

Треугольник CAB равен треугольнику CBA по первому признаку равенства треугольников. Действительно, CA= CB, CB= CA, угол C= углу C. Из равенства треугольников следует, что угол A= углу B. Теорема доказана.

Вопрос 5. Какой треугольник называется равносторонним?
Ответ: Треугольник, у которого все стороны равны, называется равносторонним.

Вопрос 6. Докажите, что если в треугольнике два угла равны, то он равнобедренный.
Ответ: Теорема 3.4 (признак равнобедренного треугольника). Если в треугольнике два угла равны, то он равнобедренный.
Доказательство. Пусть ABC – треугольник, в котором угол A= углу B (рис. 50). Докажем, что он равнобедренный с основанием AB.

Треугольник ABC равен треугольнику BAC по второму признаку равенства треугольников. Действительно, AB=BA, угол B= углу A, угол A= углу B. Из равенства треугольников следует, что AC= BC. Значит, по определению треугольник ABC равнобедренный. Теорема доказана.

Вопрос 7. Объясните, что такое обратная теорема. Приведите пример. Для всякой ли теоремы верна обратная?
Ответ: Теорема 3.4 называется обратной теореме 3.3. Заключение теоремы 3.3 является условием теоремы 3.4. А условие теоремы 3.3 является заключением теоремы 3.4. Не всякая теорема имеет обратную, то есть если данная теорема верна, то обратная теорема может быть неверна. Поясним это на примере теоремы о вертикальных углах. Эту теорему можно сформулировать так: если два угла вертикальные, то они равны. Обратная ей теорема была бы такой: если два угла равны, то они вертикальные. А это, конечно, неверно. Два равных угла вовсе не обязаны быть вертикальными.

Вопрос 8. Что такое высота треугольника?
Ответ: Высотой треугольника, опущенной из данной вершины, называется перпендикуляр, проведённый из этой вершины к прямой, которая содержит противолежащую сторону треугольника (рис. 51, а-б).

Вопрос 9. Что такое биссектриса треугольника?
Ответ: Биссектрисой треугольника, проведённой из данной вершины, называется отрезок биссектрисы угла треугольника, соединяющий эту вершину с точкой на противолежащей стороне (рис. 52, а).

Вопрос 10. Что такое медиана треугольника?
Ответ: Медианой треугольника, проведённой из данной вершины, называется отрезок, соединяющий эту вершину с серединой противолежащей стороны треугольника (рис. 52, б).

Вопрос 11. Докажите, что в равнобедренном треугольнике медиана, проведённая к основанию, является биссектрисой и высотой.
Ответ: Теорема 3.5 (свойство медианы равнобедренного треугольника). В равнобедренном треугольнике медиана, проведённая к основанию, является биссектрисой и высотой.
Доказательство. Пусть ABC – данный равнобедренный треугольник с основанием AB и CD – медиана, проведённая к основанию (рис. 53). Треугольники CAD и CBD равны по первому признаку равенства треугольников. (У них стороны AC и BC равны, потому что треугольник ABC равнобедренный. Углы CAD и CBD равны как углы при основании равнобедренного треугольника. Сторона AD и BD равны, потому что D – середина отрезка AB.)
Из равенства треугольников следует равенство углов: угол ACD = углу BCD, угол ADC = углу BDC. Так как углы ACD и BCD равны, то CD – биссектриса. Так как углы ADC и BDC смежные и равны, то они прямые, поэтому CD – высота треугольника.

Вопрос 12. Докажите третий признак равенства треугольников.
Ответ: Третий признак равенства треугольников - Теорема 3.6 (признак равенства треугольников по трём сторонам). Если три стороны одного треугольника равны соответственно трём сторонам другого треугольника, то такие треугольники равны.

Доказательство. Пусть ABC и A 1 B 1 C 1 – два треугольника, у которых AB = A 1 B 1 , AC = A 1 C 1 , BC = B 1 C 1 (рис. 55). Требуется доказать, что треугольники равны.
Допустим, треугольники не равны. Тогда у них угол A не = углу A 1 , угол B не = углу B 1 , угол C не = углу C 1 . Иначе они были бы равны по первому признаку.
Пусть A 1 B 1 C 2 – треугольник, равный треугольнику ABC, у которого вершина C 2 лежит в одной полуплоскости с вершиной C 1 относительно прямой A 1 B 1 (см. рис. 55).
Пусть D – середина отрезка C 1 C 2 . Треугольники A 1 C 1 C 2 и B 1 C 1 C 2 – равнобедренные с общим основанием C 1 C 2 . Поэтому их медианы A 1 D и B 1 D являются высотами. Значит, прямые A 1 D и B 1 D перпендикулярны прямой C 1 C 2 . Прямые A 1 D и B 1 D не совпадают, так как точки A 1 , B 1 , D не лежат на одной прямой. Но через точку D прямой C 1 C 2 можно провести только одну перпендикулярную ей прямую. Мы пришли к противоречию. Теорема доказана.

Контрольные вопросы к §4. Сумма углов треугольника .

Вопрос 1. Докажите, что две прямые, параллельные третьей, параллельны.
Ответ: Теорема 4.1. Две прямые, параллельные третьей, параллельны.
Доказательство. Пусть прямые a и b параллельны прямой c. Допустим, что a и b не параллельны (рис. 69). Тогда они не пересекаются в некоторой точке C. Значит, через точку C проходят две прямые, параллельные прямой c. Но это невозможно, так как через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести не более одной прямой, параллельной данной. Теорема доказана.

Вопрос 2. Объясните, какие углы называются внутренними односторонними. Какие углы называются внутренними накрест лежащими?
Ответ: Пары углов, которые образуются при пересечении прямых AB и CD секущей AC, имеют специальные названия.
Если точки B и D лежат в одной полуплоскости относительно прямой AC, то углы BAC и DCA называются внутренними односторонними (рис. 71, а).
Если точки B и D лежат в разных полуплоскостях относительно прямой AC, то углы BAC и DCA называются внутренними накрест лежащими (рис. 71, б).

Вопрос 3. Докажите, что если внутренние накрест лежащие углы одной пары равны, то внутренние накрест лежащие углы другой пары тоже равны, а сумма внутренних односторонних углов каждой пары равна 180°.
Ответ: Секущая AC образует с прямыми AB и CD две пары внутренних односторонних и две пары внутренних накрест лежащих углов. Внутренние накрест лежащие углы одной пары, например, угол 1 и угол 2, являются смежными внутренним накрест лежащим углам другой пары: угол 3 и угол 4 (рис. 72). Рис. 72

Поэтому если внутренние накрест лежащие углы одной пары равны, то внутренние накрест лежащие углы другой пары тоже равны.
Пара внутренних накрест лежащих углов, например угол 1 и угол 2, и пара внутренних односторонних углов, например угол 2 и угол 3, имеют один угол общий – угол 2, а два других угла смежные: угол 1 и угол 3.
Поэтому если внутренние накрест лежащие углы равны, то сумма внутренних углов равна 180°. И обратно: если сумма внутренних накрест лежащих углов равна 180°, то внутренние накрест лежащие углы равны. Что и требовалось доказать.

Вопрос 4. Докажите признак параллельности прямых.
Ответ: Теорема 4.2 (признак параллельности прямых). Если внутренние накрест лежащие углы равны или сумма внутренних односторонних углов равна 180°, то прямые параллельны.
Доказательство. Пусть прямые a и b образуют с секущей AB равные внутренние накрест лежащие углы (рис. 73, а). Допустим, прямые a и b не параллельны, а значит, пересекаются в некоторой точке C (рис. 73, б). Рис. 73

Секущая AB разбивает плоскость на две полуплоскости. В одной из них лежит точка C. Построим треугольник BAC 1 , равный треугольнику ABC, с вершиной C 1 в другой полуплоскости. По условию внутренние накрест лежащие углы при параллельных a, b и секущей AB равны. Так как соответствующие углы треугольников ABC и BAC 1 с вершинами A и B равны, то они совпадают с внутренними накрест лежащими углами. Значит, прямая AC 1 совпадает с прямой a, а прямая BC 1 совпадает с прямой b. Получается, что через точки C и C 1 проходят две различные прямые a и b. А это невозможно. Значит, прямые a и b параллельны.
Если у прямых a и b и секущей AB сумма внутренних односторонних углов равна 180°, то, как мы знаем, внутренние накрест лежащие углы равны. Значит, по доказанному выше, прямые a и b параллельны. Теорема доказана.

Вопрос 5. Объясните, какие углы называются соответственными. Докажите, что если внутренние накрест лежащие углы равны, то соответственные углы тоже равны, и наоборот.

Ответ: Если у пары внутренних накрест лежащих углов один угол заменить вертикальным ему, то получится пара углов, которые называются соответственными углами данных прямых с секущей. Что и требовалось объяснить.
Из равенства внутренних накрест лежащих углов следует равенство соответственных углов, и наоборот. Допустим, у нас есть две параллельные прямые (так как по условию внутренние накрест лежащие углы равны) и секущая, которые образуют углы 1, 2, 3. Углы 1 и 2 равны как внутренние накрест лежащие. А углы 2 и 3 равны как вертикальные. Получаем: ∠1 = ∠2 и ∠2 = ∠3. По свойству транзитивности знака равенства следует, что ∠1 = ∠3.

3. Аналогично доказывается и обратное утверждение.
Отсюда получается признак параллельности прямых по соответственным углам. Именно: прямые параллельны, если соответственные углы равны. Что и требовалось доказать.

Вопрос 6. Докажите, что через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести параллельную ей прямую. Сколько прямых, параллельных данной, можно провести через точку, не лежащую на этой прямой?

Ответ: Задача (8). Даны прямая AB и точка C, не лежащая на этой прямой. Докажите, что через точку C можно провести прямую, параллельную прямой AB.
Решение. Прямая AC разбивает плоскость на две полуплоскости (рис. 75). Точка B лежит в одной из них. Отложим от полупрямой CA в другую полуплоскость угол ACD, равный углу CAB. Тогда прямые AB и CD будут параллельны. В самом деле, для этих прямых и секущей AC углы BAC и DCA внутренние накрест лежащие. А так как они равны, то прямые AB и CD параллельны. Что и требовалось доказать. Сопоставляя утверждение задачи 8 и аксиомы IX (основного свойства параллельных прямых), приходим к важному выводу: через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести параллельную ей прямую, и только одну.

Вопрос 7. Докажите, что если две прямые пересекаются третьей прямой, то внутренние накрест лежащие углы равны, а сумма внутренних односторонних углов равна 180°.

Ответ: Теорема 4.3 (обратная теореме 4.2). Если две параллельные прямые пересекаются третьей прямой, то внутренние накрест лежащие углы равны, а сумма внутренних односторонних углов равна 180°.
Доказательство. Пусть a и b – параллельные прямые и c – прямая, пересекающая их в точках A и B. Проведём через точку A прямую a 1 так, чтобы внутренние накрест лежащие углы, образованные секущей c с прямыми a 1 и b, были равны (рис. 76). По признаку параллельности прямых прямые a 1 и b параллельны. А так как через точку A проходит только одна прямая, параллельная прямой b, то прямая a совпадает с прямой a 1 . Значит, внутренние накрест лежащие углы, образованные секущей с параллельными прямыми a и b, равны. Теорема доказана.

Вопрос 8. Докажите, что две прямые, перпендикулярные третьей, параллельны. Если прямая перпендикулярна одной из двух параллельных прямых, то она перпендикулярна и другой.
Ответ: Из теоремы 4.2 следует, что две прямые, перпендикулярные третьей, параллельны.
Предположим, что две какие-либо прямые перпендикулярны третьей прямой. Значит, эти прямые пересекаются с третьей прямой под углом, равным 90°. Из свойства углов, образованных при пересечении параллельных прямых секущей, следует, что если прямая перпендикулярна одной из параллельных прямых, то она перпендикулярна и другой.

Вопрос 9. Докажите, что сумма углов треугольника равна 180°.

Ответ: Теорема 4.4. Сумма углов треугольника равна 180°.
Доказательство. Пусть ABC – данный треугольник. Проведём через вершину B прямую, параллельную прямой AC. Отметим на ней точку D так, чтобы точки A и D лежали по разные стороны от прямой BC (рис. 78). Углы DBC и ACB равны как внутренние накрест лежащие, образованные секущей BC с параллельными прямыми AC и BD. Поэтому сумма углов треугольника при вершинах B и C равна углу ABD.
А сумма всех трёх углов треугольника равна сумме углов ABD и BAC. Так как эти углы внутренние односторонние для параллельных AC и BD и секущей AB, то их сумма равна 180°. Теорема доказана.

Вопрос 10. Докажите, что у любого треугольника по крайней мере два угла острые.
Ответ: Действительно, допустим, что у треугольника только один острый угол или вообще нет острых углов. Тогда у этого треугольника есть два угла, каждый из которых не меньше 90°. Сумма этих двух углов уже не меньше 180°. А это невозможно, так как сумма всех углов треугольника равна 180°. Что и требовалось доказать.

Вопрос 11. Что такое внешний угол треугольника?
Ответ: Внешним углом треугольника при данной вершине называется угол, смежный с углом треугольника при этой вершине (рис. 79).

Вопрос 12. Докажите, что внешний угол треугольника равен сумме двух внутренних углов, не смежных с ним.

Ответ: Теорема 4.5. Внешний угол треугольника равен сумме двух внутренних углов, не смежных с ним.
Доказательство. Пусть ABC – данный треугольник (рис. 80). По теореме о сумме углов треугольника ∠A + ∠B + ∠C = 180°. Отсюда следует, что ∠A + ∠B = 180° - ∠C. В правой части этого равенства стоит градусная мера внешнего угла треугольника при вершине C. Теорема доказана.

Вопрос 13. Докажите, что внешний угол треугольника больше любого внутреннего угла, не смежного с ним.
Ответ: Из теоремы 4.5 следует, что внешний угол треугольника больше любого внутреннего угла, не смежного с ним.

Вопрос 14. Какой треугольник называется прямоугольным?
Ответ: Треугольник называется прямоугольным, если у него есть прямой угол.

Вопрос 15. Чему равна сумма острых углов прямоугольного треугольника?
Ответ: Так как сумма углов треугольника равна 180°, то у прямоугольного треугольника только один прямой угол. Два других угла прямоугольного треугольника острые. Сумма острых углов прямоугольного треугольника равна 180° - 90° = 90°.

Вопрос 16. Какая сторона прямоугольного треугольника называется гипотенузой? Какие стороны называются катетами?

Ответ: Сторона прямоугольного треугольника, противолежащая прямому углу, называется гипотенузой, две другие стороны называются катетами (рис. 82).

Вопрос 17. Сформулируйте признак равенства прямоугольных треугольников по гипотенузе и катету.

Ответ: Если гипотенуза и катет одного прямоугольного треугольника соответственно равны гипотенузе и катету другого треугольника, то такие треугольники равны.

Вопрос 18. Докажите, что из любой точки, не лежащей на данной прямой, можно опустить на эту прямую перпендикуляр, и только один.

Ответ: Теорема 4.6. Из любой точки, не лежащей на данной прямой, можно опустить на эту прямую перпендикуляр, и только один.
Доказательство. Пусть a – данная прямая и A – не лежащая на ней точка (рис. 85). Проведём через какую – нибудь точку прямой a перпендикулярную прямую. А теперь проведём через точку A параллельную ей прямую b. Она будет перпендикулярна прямой a, так как прямая a, будучи перпендикулярна одной из параллельных прямых, перпендикулярна и другой. Отрезок AB прямой b и есть перпендикуляр, проведенный из точки A к прямой a.
Докажем единственность перпендикуляра AB. Допустим, существует другой перпендикуляр AC. Тогда у треугольника ABC будут два прямых угла. А это, как мы знаем, невозможно. Теорема доказана.

Вопрос 19. Что называется расстоянием от точки до прямой?
Ответ: Длина перпендикуляра, опущенного из данной точки на прямую, называется расстоянием от точки до прямой.

Вопрос 20. Объясните, что такое расстояние между параллельными прямыми.
Ответ: Расстоянием между параллельными прямыми называется расстояние от какой – нибудь точки одной прямой до другой прямой.

Контрольные вопросы к §5. Геометрические построения.

Вопрос 1. Что такое окружность, центр окружности, радиус?
Ответ: Окружностью называется фигура, которая состоит из всех точек плоскости, равноудалённых от данной точки. Эта точка называется центром окружности. Расстояние от точек окружности до её центра называется радиусом. Радиусом называется также любой отрезок, соединяющий точку окружности с её центром.

Вопрос 2. Что такое хорда окружности? Какая хорда называется диаметром?
Ответ: Отрезок, соединяющий две точки окружности, называется хордой. Хорда, проходящая через центр, называется диаметром.

Вопрос 3. Какая окружность называется описанной около треугольника?
Ответ: Окружность называется описанной около треугольника, если она проходит через все его вершины.

Вопрос 4. Докажите, что центр окружности, описанной около треугольника, лежит на пересечении серединных перпендикуляров к сторонам треугольника.
Ответ: Теорема 5.1. Центр окружности, описанной около треугольника, является точкой пересечения перпендикуляров к сторонам треугольника, проведённых через середины этих сторон.
Доказательство. Пусть ABC – данный треугольник и O – центр описанной около него окружности (рис. 93). Треугольник AOC равнобедренный: у него стороны OA и OC равны как радиусы. Медиана OD этого треугольника одновременно является его высотой. Поэтому центр окружности лежит на прямой, перпендикулярной стороне AC и проходящей через её середину. Точно так же доказывается, что центр окружности лежит на перпендикулярах к двум другим сторонам треугольника. Теорема доказана.

Вопрос 5. Какая прямая называется касательной к окружности?
Ответ: Прямая, проходящая через точку окружности перпендикулярно к радиусу, проведённому в эту точку, называется касательной. При этом данная точка окружности называется точкой касания.

Вопрос 6. Что значит: окружности касаются в данной точке?
Ответ: Говорят, что две окружности, имеющие общую точку, касаются в этой точке, если они имеют в этой точке общую касательную (рис. 97).

Вопрос 7. Какое касание окружностей называется внешним, какое – внутренним?
Ответ: Касание окружностей называется внутренним, если центры окружностей лежат по одну сторону от их общей касательной (рис. 97, а). Касание окружностей называется внешним, если центры окружностей лежат по разные стороны от их общей касательной (рис. 97, б).

Вопрос 8. Какая окружность называется вписанной в треугольник?
Ответ: Окружность называется вписанной в треугольник, если она касается всех его сторон.

Вопрос 9. Докажите, что центр окружности, вписанной в треугольник, лежит на пересечении его биссектрис.
Ответ: Теорема 5.2. Центр окружности, вписанной в треугольник, является точкой пересечения его биссектрис.
Доказательство. Пусть ABC – данный треугольник, O – центр вписанной в него окружности, D, E и F – точки касания окружности со сторонами (рис. 98). Прямоугольные треугольники AOD и AOE равны по гипотенузе и катету. У них гипотенуза AO общая, а катеты OD и OE равны как радиусы. Из равенства треугольников следует равенство углов OAD и OAE. А это значит, что точка O лежит на биссектрисе треугольника, проведённой из вершины A. Точно так же доказывается, что точка O лежит на двух других биссектрисах треугольника. Теорема доказана.

Вопрос 10. Объясните, как построить треугольник по трём сторонам.
Ответ: Задача 5.1. Построить треугольник с данными сторонами a, b, c (рис. 99, а).
Решение. С помощью линейки проводим произвольную прямую и отмечаем на ней произвольную точку B (рис. 99, б). Раствором циркуля, равным a, описываем окружность с центром B и радиусом a. Пусть C – точка её пересечения с прямой. Теперь раствором циркуля, равным c, описываем окружность из центра B, а раствором циркуля, равным b, описываем окружность из центра C. Пусть A – точка пересечения этих окружностей. Проведём отрезки AB и AC. Треугольник ABC имеет стороны, равные a, b, c. Что и требовалось объяснить.

Вопрос 11. Объясните, как отложить от данной полупрямой в данную полуплоскость угол, равный данному углу.
Ответ: Задача 5.2. Отложить от данной полупрямой в данную полуплоскость угол, равный данному углу.
Решение. Проведём произвольную окружность с центром в вершине A данного угла (рис.100,а). Пусть B и C – точки пересечения окружности со сторонами угла. Радиусом AB проведём окружность с центром в точке O – начальной точке данной полупрямой (рис.100,б). Точку пересечения этой окружности с данной полупрямой обозначим B 1 . Опишем окружность с центром B 1 и радиусом BC. Точка C 1 пересечения построенных окружностей в указанной полуплоскости лежит на стороне искомого угла. Для доказательства достаточно заметить, что треугольники ABC и OB 1 C 1 равны как треугольники с соответственно равными сторонами. Углы A и O являются соответствующими углами этих треугольников. Что и требовалось объяснить.

Вопрос 12. Объясните, как разделить данный угол пополам.
Ответ: Задача 5.3. Построить биссектрису данного угла.
Решение. Из вершины A данного угла как из центра описываем окружность произвольного радиуса (рис. 101). Пусть B и C – точки её пересечения со сторонами угла. Из точек B и C тем же радиусом описываем окружности. Пусть D – точка их пересечения, отличная от A. Проводим полупрямую AD. Луч AD является биссектрисой, так как делит угол BAC пополам. Это следует из равенства треугольников ABD и ACD, у которых углы DAB и DAC являются соответствующими. Что и требовалось объяснить.

Вопрос 13. Объясните, как разделить отрезок пополам.
Ответ: Задача 5.4. Разделить отрезок пополам.
Решение. Пусть AB – данный отрезок (рис. 102). Из точек A и B радиусом AB описываем окружности. Пусть C и C 1 – точки пересечения этих окружностей. Они лежат в разных полуплоскостях относительно прямой AB. Отрезок CC 1 пересекает прямую AB в некоторой точке O. Эта точка есть середина отрезка AB. Действительно, треугольники CAC 1 и CBC 1 равны по третьему признаку равенства треугольников. Отсюда следует равенство углов ACO и BCO. Треугольники ACO и BCO равны по первому признаку равенства треугольников. Стороны AO и BO этих треугольников являются соответствующими, а поэтому они равны. Таким образом, O – середина отрезка AB. Что и требовалось объяснить.

Вопрос 14. Объясните, как через данную точку провести прямую, перпендикулярную данной прямой.
Ответ: Задача 5.5. Через данную точку O провести прямую, перпендикулярную данной прямой a.
Решение. Возможны два случая:
1) точка O лежит на прямой a;
2) точка O не лежит на прямой a.
Рассмотрим первый случай (рис. 103).
Из точки O проводим произвольным радиусом окружность. Она пересекает прямую a в двух точках: A и B. Из точек A и B проводим окружности радиусом AB. Пусть C – точка их пересечения. Искомая прямая проходит через точки O и C.
Перпендикулярность прямых OC и AB следует из равенства углов при вершине O треугольников ACO и BCO. Эти треугольники раны по третьему признаку равенства треугольников.
Рассмотрим второй случай (рис. 104).
Из точки O проводим окружность, пересекающую прямую a. Из точек A и B тем же радиусом проводим окружности. Пусть O1 – точка их пересечения, лежащая в полуплоскости, отличной от той, в которой лежит точка O. Искомая прямая проходит через точки O и O1. Докажем это.
Обозначим через C точку пересечения прямых AB и OO1. Треугольники AOB и AO1B равны по третьему признаку. Поэтому угол OAC равен углу O1AC. А тогда треугольники OAC и O1AC равны по первому признаку. Значит, их углы ACO и ACO1 равны. А так как они смежные, то они прямые. Таким образом, OC – перпендикуляр, опущенный из точки O на прямую a. Что и требовалось объяснить.

Вопрос 15. Что представляет собой геометрическое место точек, равноудалённых от двух данных точек?
Ответ: Теорема 5.3. Геометрическое место точек, равноудаленных от двух данных точек, есть прямая, перпендикулярная к отрезку, соединяющему эти точки, и проходящая через его середину.
Доказательство. Пусть A и B – данные точки, a – прямая, проходящая через середину O отрезка AB перпендикулярно к нему (рис. 105). Мы должны доказать, что:
1) Каждая точка прямой a равноудалена от точек A и B;
2) Каждая точка D плоскости, равноудаленная от точек A и B, лежит на прямой a.
То, что каждая точка C прямой a находится на одинаковом расстоянии от точек A и B, следует из равенства треугольников AOC и BOC. У этих треугольников углы при вершине O прямые, сторона OC общая, а AO=OB, так как O – середина отрезка AB.
Покажем теперь, что каждая точка D плоскости, равноудаленная от точек A и B, лежит на прямой a. Рассмотрим треугольник ADB. Он равнобедренный, так как AD=BD. В нем DO – медиана. По свойству равнобедренного треугольника медиана, проведенная к основанию, является высотой. Значит, точка D лежит на прямой a. Теорема доказана.

Прямая на плоскости – необходимые сведения.

В этой статье мы подробно остановимся на одном из первичных понятий геометрии – на понятии прямой линии на плоскости. Сначала определимся с основными терминами и обозначениями. Далее обсудим взаимное расположение прямой и точки, а также двух прямых на плоскости, приведем необходимые аксиомы. В заключении, рассмотрим способы задания прямой на плоскости и приведем графические иллюстрации.

Навигация по странице.

• Прямая на плоскости - понятие.
• Взаимное расположение прямой и точки.
• Взаимное расположение прямых на плоскости.
• Способы задания прямой на плоскости.

Прямая на плоскости - понятие.

Прежде чем дать понятие прямой на плоскости, следует четко представлять себе что же представляет собой плоскость. Представление о плоскости позволяет получить, к примеру, ровная поверхность стола или стены дома. Следует, однако, иметь в виду, что размеры стола ограничены, а плоскость простирается и за пределы этих границ в бесконечность (как будто у нас сколь угодно большой стол).

Если взять хорошо заточенный карандаш и дотронуться его стержнем до поверхности «стола», то мы получим изображение точки. Так мы получаем представление о точке на плоскости .

Теперь можно переходить и к понятию прямой линии на плоскости .

Положим на поверхность стола (на плоскость) лист чистой бумаги. Для того чтобы изобразить прямую линию, нам необходимо взять линейку и провести карандашом линию на сколько это позволяют сделать размеры используемой линейки и листа бумаги. Следует отметить, что таким способом мы получим лишь часть прямой. Прямую линию целиком, простирающуюся в бесконечность, мы можем только вообразить.

К началу страницы

Взаимное расположение прямой и точки.

Начать следует с аксиомы: на каждой прямой и в каждой плоскости имеются точки.

Точки принято обозначать большими латинскими буквами, например, точки А и F . В свою очередь прямые линии обозначают малыми латинскими буквами, к примеру, прямые a и d .

Возможны два варианта взаимного расположения прямой и точки на плоскости : либо точка лежит на прямой (в этом случае также говорят, что прямая проходит через точку), либо точка не лежит на прямой (также говорят, что точка не принадлежит прямой или прямая не проходит через точку).

Для обозначения принадлежности точки некоторой прямой используют символ « ». К примеру, если точка А лежит на прямой а , то можно записать . Если точка А не принадлежит прямой а , то записывают .

Справедливо следующее утверждение: через любые две точки проходит единственная прямая.

Это утверждение является аксиомой и его следует принять как факт. К тому же, это достаточно очевидно: отмечаем две точки на бумаге, прикладываем к ним линейку и проводим прямую линию. Прямую, проходящую через две заданные точки (например, через точки А и В ), можно обозначать двумя этими буквами (в нашем случае прямая АВ или ВА ).

Следует понимать, что на прямой, заданной на плоскости, лежит бесконечно много различных точек, причем все эти точки лежат в одной плоскости. Это утверждение устанавливается аксиомой: если две точки прямой лежат в некоторой плоскости, то все точки этой прямой лежат в этой плоскости.

Множество всех точек, расположенных между двумя заданными на прямой точками, вместе с этими точками называют отрезком прямой или просто отрезком . Точки, ограничивающие отрезок, называются концами отрезка. Отрезок обозначают двумя буквами, соответствующими точкам концов отрезка. К примеру, пусть точки А и В являются концами отрезка, тогда этот отрезок можно обозначить АВ или ВА . Обратите внимание, что такое обозначение отрезка совпадает с обозначением прямой. Чтобы избежать путаницы, рекомендуем к обозначению добавлять слово «отрезок» или «прямая».

Для краткой записи принадлежности и не принадлежности некоторой точки некоторому отрезку используют все те же символы и . Чтобы показать, что некоторый отрезок лежит или не лежит на прямой пользуются символами и соответственно. К примеру, если отрезок АВ принадлежит прямой а , можно кратко записать .

Следует также остановиться на случае, когда три различных точки принадлежат одной прямой. В этом случае одна, и только одна точка, лежит между двумя другими. Это утверждение является очередной аксиомой. Пусть точки А , В и С лежат на одной прямой, причем точка В лежит между точками А и С . Тогда можно говорить, что точки А и С находятся по разные стороны от точки В . Также можно сказать, что точки В и С лежат по одну сторону то точки А , а точки А и В лежат по одну сторону от точки С .

Для полноты картины заметим, что любая точка прямой делит эту прямую на две части – двалуча . Для этого случая дается аксиома: произвольная точка О , принадлежащая прямой, делит эту прямую на два луча, причем две любые точки одного луча лежат по одну сторону от точкиО , а две любые точки разных лучей – по разные стороны от точки О .

К началу страницы

Статья рассказывает о понятии прямой на плоскости. Рассмотрим основные термины и их обозначения. Поработаем со взаимным расположением прямой и точки и двух прямых на плоскости. Поговорим об аксиомах. В итоге обсудим методы и способы задания прямой на плоскости.

Прямая на плоскости – понятие

Для начала необходимо иметь четкое представление о том, что такое плоскость. Любую поверхность чего-либо можно отнести к плоскости, только от предметов она отличается своей безграничностью. Если представить, что плоскость – это стол, то в нашем случае он не будет иметь границ, а будет бесконечно огромен.

Если карандашом дотронуться до стола, останется отметина, которую можно называть «точкой». Таким образом, получим представление о точке на плоскости.

Рассмотрим понятие прямой линии на плоскости. Если провести прямую на листе, то она отобразится на нем с ограниченной длиной. Мы получили не всю прямую, а только ее часть, так как на самом деле она не имеет конца, как и плоскость. Поэтому изображение прямых и плоскостей в тетради формальное.

Имеем аксиому:

Определение 1

На каждой прямой и в каждой плоскости могут быть отмечены точки.

Точки обозначают как большими, так и маленькими латинскими буквами. Например, А и D или a и d .

Для точки и прямой известны только два варианта расположения: точка на прямой, иначе говоря, что прямая проходит через нее, или точка не на прямой, то есть прямая не проходит через нее.

Чтобы обозначить, принадлежит точка плоскости или точка прямой, используют знак « ∈ ». Если в условии дано, что точка A лежит на прямой a , тогда это имеет такую форму записи A ∈ a . В случае, когда точка А не принадлежит, тогда другая запись A ∉ a .

Справедливо суждение:

Определение 2

Через любые две точки, находящиеся в любых плоскостях, существует единственная прямая, которая проходит через них.

Данное высказывание считается акисомой, поэтому не требует доказательств. Если рассмотреть это самостоятельно, видно, что при существующих двух точках имеется только один вариант их соединения. Если имеем две заданные точки А и В, то прямую, проходящую через них можно назвать данными буквами, например, прямая А В. Рассмотрим рисунок, приведенный ниже.

Прямая, расположенная на плоскости, имеет большое количество точек. Отсюда исходит аксиома:

Определение 3

Если две точки прямой лежат в плоскости, то и все остальные точки данной прямой принадлежат плоскости.

Множество точек, находящееся между двумя заданными, называют отрезком прямой. Он имеет начало и конец. Введено обозначение двумя буквами.

Если дано, что точки А и Р – концы отрезка, значит, его обозначение примет вид Р А или А Р. Так как обозначения отрезка и прямой совпадают, рекомендовано дописывать или договаривать слова «отрезок», «прямая».

Краткая запись принадлежности включает в себя использование знаков ∈ и ∉ . Для того, чтобы зафиксировать расположение отрезка относительно заданной прямой, применяют ⊂ . Если в условии дано, что отрезок А Р принадлежит прямой b , значит, и запись будет выглядеть следующим образом: А Р ⊂ b .

Случай принадлежности одновременно трех точек одной прямой имеет место быть. Это верно, когда одна точка лежит между двумя другими. Данное утверждение принято считать аксиомой. Если даны точки А, В, С, которые принадлежат одной прямой, а точка В лежит между А и С, следует, что все заданные точки лежат на одной прямой, так как лежат по обе стороны относительно точки B .

Точка делит прямую на две части, называемые лучами.Имеем аксиому:

Определение 4

Любая точка O , находящаяся на прямой, делит ее на два луча, причем две любые точки одного луча лежат по одну сторону луча относительно точки O , а другие – по другую сторону луча.

Расположение прямых на плоскости может принимать вид двух состояний.

Определение 5

совпадать .

Такая возможность появляется, когда прямые имеют общие точки. Исходя из аксиомы, написанной выше, имеем, что через две точки проходит прямая и только одна. Значит, что при прохождении 2 прямых через заданные 2 точки, они совпадают.

Определение 6

Две прямые на плоскости могут пересекаться .

Данный случай показывает, что имеется одна общая точка, которую называют пересечением прямых. Вводится обозначение пересечение знаком ∩ . Если имеется форма записи a ∩ b = M , то отсюда следует, что заданные прямые a и b пересекаются в точке M .

При пересечении прямых имеем дело образовавшимся углом. Отдельному рассмотрению подвергается раздел пересечения прямых на плоскости с образованием угла в 90 градусов, то есть прямого угла. Тогда прямые называют перпендикулярными.Форма записи двух перпендикулярных прямых такая: a ⊥ b , а это значит, что прямая a перпендикулярна прямой b .

Определение 7

Две прямые на плоскости могут быть параллельны .

Только в том случае, если две заданные прямые не имеют общих пересечений, а, значит, и точек, они параллельны. Используется обозначение, которое можно записать при заданной параллельности прямых a и b: a ∥ b .

Прямая на плоскости рассматривается вместе с векторами. Особое значение придается нулевым векторам, которые лежат на данной прямой или на любой из параллельных прямых, имеют название направляющие векторы прямой. Рассмотрим рисунок, расположенный ниже.

Ненулевые векторы, расположенные на прямых, перпендикулярных данной, иначе называют нормальными векторами прямой. Подробно имеется описание в статье нормальный вектор прямой на плоскости. Рассмотрим рисунок ниже.

Если на плоскости даны 3 линии, их расположение может быть самое разное. Есть несколько вариантов их расположения: пересечение всех, параллельность или наличие разных точек пересечения. На рисунке показано перпендикулярное пересечение двух прямых относительно одной.

Для этого приводим необходимы факторы, доказывающие их взаимное расположение:

• если две прямые параллельны третьей, тогда они все параллельны;
• если две прямые перпендикулярны третьей, тогда эти две прямые параллельны;
• если на плоскости прямая пересекла одну параллельную прямую, тогда пересечет и другую.

Рассмотрим это на рисунках.

Прямая на плоскости может быть задана несколькими способами. Все зависит от условия задачи и на чем будет основано ее решение. Эти знания способны помочь для практического расположения прямых.

Определение 8

Прямая задается при помощи указанных двух точек, расположенных в плоскости.

Из рассмотренной аксиомы следует, что через две точки можно провести прямую и притом только одну единственную. Когда прямоугольная система координат указывает координаты двух несовпадающих точек, тогда можно зафиксировать уравнение прямой, проходящей через две заданные точки. Рассмотрим рисунок, где имеем прямую, проходящую через две точки.

Определение 9

Прямая может быть задана через точку и прямую, которой она параллельна.

Данный способ имеет место на существование, так как через точку можно провести прямую, параллельную заданной, причем, только одну. Доказательство известно еще из школьного курса по геометрии.

Если прямая задана относительно декартовой системы координат, тогда возможно составление уравнения прямой, проходящей через заданную точку параллельно заданной прямой. Рассмотрим принцип задания прямой на плоскости.

Определение 10

Прямая задается через указанную точку и направляющий вектор.

Когда прямая задается в прямоугольной системе координат, есть возможность составления канонического и параметрического уравнений на плоскости. Рассмотрим на рисунке расположение прямой при наличии направляющего вектора.

Четвертым пунктом задания прямой имеет смысл, когда указана точка, через которую ее следует начертить, и прямая, перпендикулярная ей. Из аксиомы имеем:

Определение 11

Через заданную точку, расположенную на плоскости, пройдет только одна прямая, перпендикулярная заданной.

И последний пункт, относящийся к заданию прямой на плоскости, это при указанной точке, через которую проходит прямая, и при наличии нормального вектора прямой. При известных координатах точки, которая расположена на заданной прямой, и координатах нормального вектора есть возможность записывания общего уравнения прямой.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

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.

Треугольник, у которого все стороны равны, называется равносторонним.

Пример. В треугольнике ADB угол D равен 90°. На продолжении стороны AD отложен отрезок (точка D лежит между точками А и С) (рис. 51). Доказать, что треугольник ABC равнобедренный.

Внешний угол треугольника равен сумме двух внутренних углов, не смежных с ним.

Из теоремы 1.22 следует, что внешний угол треугольника больше любого внутреннего угла, не смежного с ним.

Пример. В треугольнике

Биссектриса AD этого треугольника отсекает от него Найти углы этого треугольника.

Решение. так как AD - биссектриса угла А (см. п. как внешний угол по теореме о сумме углов

19. Прямоугольный треугольник. Теорема Пифагора.

Треугольник называется прямоугольным, если у него есть прямой угол. Так как сумма углов треугольника равна 180°, то у прямоугольного треугольника только один прямой угол. Два других угла прямоугольного треугольника острые, причем они дополняют друг друга до 90°. Сторона прямоугольного треугольника, противолежащая прямому углу, называется гипотенузой, две другие стороны называются катетами. A ABC, изображенный на рисунке 54, прямоугольный, 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).