Задача на построение: постройте все треугольники с данной базой AB и заданными длинами медианы из вершины C и высоты из вершины C; исследуйте число решений, дайте критерий существования и опишите построение/аргумент об отсутствии решения
Обозначения: дан отрезок ABABAB. Пусть MMM — его середина, даны числа mmm (длина медианы CMCMCM) и hhh (высота из вершины CCC, т.е. расстояние от CCC до прямой ABABAB). Предполагаем h>0h>0h>0. Критерий существования: m2≥h2.
m^2\ge h^2. m2≥h2.
Если m2<h2m^2<h^2m2<h2 решений нет; если m2=h2m^2=h^2m2=h2 — ровно по одному положению вершины CCC на каждой стороне прямой ABABAB (итого 2 треугольника); если m2>h2m^2>h^2m2>h2 — по два положения на каждой стороне (итого 4 треугольника). Обоснование (коротко): поместим систему координат так, что M=(0,0)M=(0,0)M=(0,0) и прямая ABABAB — ось xxx. Тогда вершина CCC имеет координаты (x,±h)(x,\pm h)(x,±h). Из условия медианы имеем x2+h2=m2⟹x2=m2−h2.
x^2+h^2=m^2\quad\Longrightarrow\quad x^2=m^2-h^2. x2+h2=m2⟹x2=m2−h2.
Отсюда реальные xxx существуют iff m2≥h2m^2\ge h^2m2≥h2. При m2>h2m^2>h^2m2>h2x=±m2−h2x=\pm\sqrt{m^2-h^2}x=±m2−h2 даёт по две точки с y=+hy=+hy=+h и y=−hy=-hy=−h — 4 треугольника; при m2=h2m^2=h^2m2=h2 — x=0x=0x=0, две точки C=(0,±h)C=(0,\pm h)C=(0,±h). Построение: 1. Постройте середину MMM отрезка ABABAB. 2. Постройте две прямые, параллельные ABABAB, на расстоянии hhh от неё (по одну и по другую сторону). 3. Постройте окружность с центром MMM и радиусом mmm. 4. Пересечения окружности с этими двумя параллельными прямыми дают искомые положения вершины CCC. Отсутствие пересечений эквивалентно m2<h2m^2<h^2m2<h2 (нет решений); касание — случай m2=h2m^2=h^2m2=h2 (по одной точке на каждой стороне). Замечание: если считать отражённые относительно прямой ABABAB треугольники тождественными, то числа решений делятся на два: при m2>h2m^2>h^2m2>h2 — 2 (пары зеркал), при m2=h2m^2=h^2m2=h2 — 1.
Критерий существования:
m2≥h2. m^2\ge h^2.
m2≥h2. Если m2<h2m^2<h^2m2<h2 решений нет; если m2=h2m^2=h^2m2=h2 — ровно по одному положению вершины CCC на каждой стороне прямой ABABAB (итого 2 треугольника); если m2>h2m^2>h^2m2>h2 — по два положения на каждой стороне (итого 4 треугольника).
Обоснование (коротко): поместим систему координат так, что M=(0,0)M=(0,0)M=(0,0) и прямая ABABAB — ось xxx. Тогда вершина CCC имеет координаты (x,±h)(x,\pm h)(x,±h). Из условия медианы имеем
x2+h2=m2⟹x2=m2−h2. x^2+h^2=m^2\quad\Longrightarrow\quad x^2=m^2-h^2.
x2+h2=m2⟹x2=m2−h2. Отсюда реальные xxx существуют iff m2≥h2m^2\ge h^2m2≥h2. При m2>h2m^2>h^2m2>h2 x=±m2−h2x=\pm\sqrt{m^2-h^2}x=±m2−h2 даёт по две точки с y=+hy=+hy=+h и y=−hy=-hy=−h — 4 треугольника; при m2=h2m^2=h^2m2=h2 — x=0x=0x=0, две точки C=(0,±h)C=(0,\pm h)C=(0,±h).
Построение:
1. Постройте середину MMM отрезка ABABAB.
2. Постройте две прямые, параллельные ABABAB, на расстоянии hhh от неё (по одну и по другую сторону).
3. Постройте окружность с центром MMM и радиусом mmm.
4. Пересечения окружности с этими двумя параллельными прямыми дают искомые положения вершины CCC. Отсутствие пересечений эквивалентно m2<h2m^2<h^2m2<h2 (нет решений); касание — случай m2=h2m^2=h^2m2=h2 (по одной точке на каждой стороне).
Замечание: если считать отражённые относительно прямой ABABAB треугольники тождественными, то числа решений делятся на два: при m2>h2m^2>h^2m2>h2 — 2 (пары зеркал), при m2=h2m^2=h^2m2=h2 — 1.