Составьте и обоснуйте конструкцию треугольника по следующим данным: длина основания a, длина медианы к этому основанию m и длина высоты h; определите условия разрешимости (единичности, двузначности или отсутствия решений) и приведите алгоритм построения с разбором вырожденных случаев
Краткий вывод (основание координат и условие). Поместим основание BCBCBC на ось xxx с центром в начале: B(−a2,0), C(a2,0)B(-\tfrac a2,0),\; C(\tfrac a2,0)B(−2a,0),C(2a,0). Обозначим середину M(0,0)M(0,0)M(0,0). Вершина AAA имеет координаты (x,h)(x,h)(x,h) (высота по модулю равна hhh, берём h>0h>0h>0). Медиана к основанию: AM=mAM=mAM=m, даёт уравнение x2+h2=m2⇒x=± m2−h2 .
x^2+h^2=m^2\quad\Rightarrow\quad x=\pm\sqrt{\,m^2-h^2\,}. x2+h2=m2⇒x=±m2−h2.
Так как основание ограничено, проекция AAA на BCBCBC равна (x,0)(x,0)(x,0) и должна лежать на отрезке BCBCBC, поэтому требуется ∣x∣≤a2⟺m≥h и m2−h2≤(a2)2.
|x|\le\frac a2 \quad\Longleftrightarrow\quad m\ge h\ \text{ и }\ m^2-h^2\le\Big(\frac a2\Big)^2. ∣x∣≤2a⟺m≥hиm2−h2≤(2a)2. Условия разрешимости и краткая классификация: - Нет решений, если m<hm<hm<h (тогда xxx не вещественно). - Нет решений, если m≥hm\ge hm≥h но m2−h2>(a2)2m^2-h^2>\big(\tfrac a2\big)^2m2−h2>(2a)2 (точки пересечения круга и параллельной линии находятся вне проекции отрезка BCBCBC). - Единственное (не с учётом симметрий) решение, если m=hm=hm=h (тогда x=0x=0x=0, треугольник равнобедренный: A(0,h)A(0,h)A(0,h)). - Два симметричных решения, если m>hm>hm>h и 0<m2−h2<(a2)20< m^2-h^2<\big(\tfrac a2\big)^20<m2−h2<(2a)2 (вершина в двух симметричных положениях x=±m2−h2x=\pm\sqrt{m^2-h^2}x=±m2−h2). - Частный граничный случай: m2−h2=(a2)2m^2-h^2=\big(\tfrac a2\big)^2m2−h2=(2a)2. Тогда x=±a2x=\pm\tfrac a2x=±2a — высота падает в конец основания (прямой угол у одного из концов). Формально допустимы два симметричных положения A(±a2,h)A(\pm\tfrac a2,h)A(±2a,h); если считать треугольники эквивалентными при переименовании концов основания, то это один класс (прямой треугольник). Пояснение (обоснование): вершина AAA обязана лежать на окружности радиуса mmm с центром в MMM (медиана) и на прямой, параллельной BCBCBC, на расстоянии hhh от неё (условие высоты). Решения — точки пересечения этой окружности и этой прямой; аналитически это даёт указанное уравнение и неравенство ∣x∣≤a/2|x|\le a/2∣x∣≤a/2. Построение (алгоритм): 1. Проверить входные данные: a>0, h>0, m>0a>0,\ h>0,\ m>0a>0,h>0,m>0. Если m<hm<hm<h — остановиться: решений нет. 2. На листе отложить отрезок BCBCBC длины aaa. Найти и отметить середину MMM. 3. Построить окружность с центром в MMM радиуса mmm. 4. Через линию BCBCBC провести две прямые, параллельные ей, на расстоянии hhh (верхнюю и нижнюю). (Обычно берут одну сторону, дающую вершину над основанием.) 5. Пересечения окружности и выбранной параллельной прямой дают возможные положения AAA. - Нет пересечений → нет решений. - Одна точка (касание) — единственный треугольник (случай m=hm=hm=h). - Две точки — два симметричных треугольника; если одна из точек даёт проекцию вне отрезка BCBCBC, её отбрасывают (это соответствует условию ∣x∣≤a/2|x|\le a/2∣x∣≤a/2). 6. Для найденной точки(ек) AAA опустить перпендикуляр на BCBCBC (уже будет длина hhh) и соединить AAA с концами BBB и CCC. Вспомогательные формулы (при необходимости): если x=±m2−h2x=\pm\sqrt{m^2-h^2}x=±m2−h2, то длины боковых сторон AB=(x+a2)2+h2,AC=(x−a2)2+h2.
AB=\sqrt{\big(x+\tfrac a2\big)^2+h^2},\qquad AC=\sqrt{\big(x-\tfrac a2\big)^2+h^2}. AB=(x+2a)2+h2,AC=(x−2a)2+h2. Вырожденные/пограничные случаи: - h=0h=0h=0 — треугольник вырожден (все три точки на одной прямой); обычно исключается. - a=0a=0a=0 — основание вырождено в точку; условие медианы и высоты несовместимо с обычным треугольником. - m=hm=hm=h — вершина над серединой: единственное (равнобедренное) решение. - m2−h2=(a/2)2m^2-h^2=(a/2)^2m2−h2=(a/2)2 — высота падает в конец основания (прямой угол); симметричные положения апекса возможны (см. замечание о учёте эквивалентности при переименовании концов). Это всё; при необходимости могу привести чертёжный пошаговый набор инструментов для циркуля-линейки.
x2+h2=m2⇒x=± m2−h2 . x^2+h^2=m^2\quad\Rightarrow\quad x=\pm\sqrt{\,m^2-h^2\,}.
x2+h2=m2⇒x=±m2−h2 . Так как основание ограничено, проекция AAA на BCBCBC равна (x,0)(x,0)(x,0) и должна лежать на отрезке BCBCBC, поэтому требуется
∣x∣≤a2⟺m≥h и m2−h2≤(a2)2. |x|\le\frac a2 \quad\Longleftrightarrow\quad m\ge h\ \text{ и }\ m^2-h^2\le\Big(\frac a2\Big)^2.
∣x∣≤2a ⟺m≥h и m2−h2≤(2a )2.
Условия разрешимости и краткая классификация:
- Нет решений, если m<hm<hm<h (тогда xxx не вещественно).
- Нет решений, если m≥hm\ge hm≥h но m2−h2>(a2)2m^2-h^2>\big(\tfrac a2\big)^2m2−h2>(2a )2 (точки пересечения круга и параллельной линии находятся вне проекции отрезка BCBCBC).
- Единственное (не с учётом симметрий) решение, если m=hm=hm=h (тогда x=0x=0x=0, треугольник равнобедренный: A(0,h)A(0,h)A(0,h)).
- Два симметричных решения, если m>hm>hm>h и 0<m2−h2<(a2)20< m^2-h^2<\big(\tfrac a2\big)^20<m2−h2<(2a )2 (вершина в двух симметричных положениях x=±m2−h2x=\pm\sqrt{m^2-h^2}x=±m2−h2 ).
- Частный граничный случай: m2−h2=(a2)2m^2-h^2=\big(\tfrac a2\big)^2m2−h2=(2a )2. Тогда x=±a2x=\pm\tfrac a2x=±2a — высота падает в конец основания (прямой угол у одного из концов). Формально допустимы два симметричных положения A(±a2,h)A(\pm\tfrac a2,h)A(±2a ,h); если считать треугольники эквивалентными при переименовании концов основания, то это один класс (прямой треугольник).
Пояснение (обоснование): вершина AAA обязана лежать на окружности радиуса mmm с центром в MMM (медиана) и на прямой, параллельной BCBCBC, на расстоянии hhh от неё (условие высоты). Решения — точки пересечения этой окружности и этой прямой; аналитически это даёт указанное уравнение и неравенство ∣x∣≤a/2|x|\le a/2∣x∣≤a/2.
Построение (алгоритм):
1. Проверить входные данные: a>0, h>0, m>0a>0,\ h>0,\ m>0a>0, h>0, m>0. Если m<hm<hm<h — остановиться: решений нет.
2. На листе отложить отрезок BCBCBC длины aaa. Найти и отметить середину MMM.
3. Построить окружность с центром в MMM радиуса mmm.
4. Через линию BCBCBC провести две прямые, параллельные ей, на расстоянии hhh (верхнюю и нижнюю). (Обычно берут одну сторону, дающую вершину над основанием.)
5. Пересечения окружности и выбранной параллельной прямой дают возможные положения AAA.
- Нет пересечений → нет решений.
- Одна точка (касание) — единственный треугольник (случай m=hm=hm=h).
- Две точки — два симметричных треугольника; если одна из точек даёт проекцию вне отрезка BCBCBC, её отбрасывают (это соответствует условию ∣x∣≤a/2|x|\le a/2∣x∣≤a/2).
6. Для найденной точки(ек) AAA опустить перпендикуляр на BCBCBC (уже будет длина hhh) и соединить AAA с концами BBB и CCC.
Вспомогательные формулы (при необходимости): если x=±m2−h2x=\pm\sqrt{m^2-h^2}x=±m2−h2 , то длины боковых сторон
AB=(x+a2)2+h2,AC=(x−a2)2+h2. AB=\sqrt{\big(x+\tfrac a2\big)^2+h^2},\qquad AC=\sqrt{\big(x-\tfrac a2\big)^2+h^2}.
AB=(x+2a )2+h2 ,AC=(x−2a )2+h2 .
Вырожденные/пограничные случаи:
- h=0h=0h=0 — треугольник вырожден (все три точки на одной прямой); обычно исключается.
- a=0a=0a=0 — основание вырождено в точку; условие медианы и высоты несовместимо с обычным треугольником.
- m=hm=hm=h — вершина над серединой: единственное (равнобедренное) решение.
- m2−h2=(a/2)2m^2-h^2=(a/2)^2m2−h2=(a/2)2 — высота падает в конец основания (прямой угол); симметричные положения апекса возможны (см. замечание о учёте эквивалентности при переименовании концов).
Это всё; при необходимости могу привести чертёжный пошаговый набор инструментов для циркуля-линейки.