Дан ромб с известной диагональю и углом при одной вершине; предложите способ определить радиусы вписанной и описанной окружностей и обоснуйте формулы через тригонометрию или координаты

21 Ноя в 10:53
2 +2
0
Ответы
1
Обозначим известную диагональ через d1d_1d1 , данный угол при вершине через α\alphaα. Пусть вторая диагональ равна d2d_2d2 , сторона ромба — aaa.
1) Связь сторон и диагоналей (тригонометрия). Диагонали ромба делят углы пополам и являются диагоналями параллелограмма, поэтому
d1=2asin⁡α2,d2=2acos⁡α2. d_1=2a\sin\frac\alpha2,\qquad d_2=2a\cos\frac\alpha2.
d1 =2asin2α ,d2 =2acos2α .
Отсюда
a=d12sin⁡(α/2),d2=d1cot⁡(α/2). a=\frac{d_1}{2\sin(\alpha/2)},\qquad d_2=d_1\cot(\alpha/2).
a=2sin(α/2)d1 ,d2 =d1 cot(α/2).

2) Радиус вписанной окружности rrr. Площадь ромба через диагонали S=d1d22S=\dfrac{d_1d_2}{2}S=2d1 d2 , полупериметр s=2as=2as=2a. Для вписанной окружности r=S/sr=S/sr=S/s, значит
r=d1d24a. r=\frac{d_1d_2}{4a}.
r=4ad1 d2 .
Подставляя выражения для d2d_2d2 и aaa,
r=d1⋅(d1cot⁡(α/2))4⋅(d1/(2sin⁡(α/2)))=d12cos⁡α2. r=\frac{d_1\cdot(d_1\cot(\alpha/2))}{4\cdot\big(d_1/(2\sin(\alpha/2))\big)}
=\frac{d_1}{2}\cos\frac\alpha2.
r=4(d1 /(2sin(α/2)))d1 (d1 cot(α/2)) =2d1 cos2α .
(Аналогично: r=d22sin⁡(α/2)r=\dfrac{d_2}{2}\sin(\alpha/2)r=2d2 sin(α/2).)
3) Радиус описанной окружности RRR. Описанная окружность, проходящая через все 4 вершины, существует только если ромб циклический, т.е. когда противоположные углы в сумме дают π\piπ. Для ромба это выполняется только при α=π/2\alpha=\pi/2α=π/2 (квадрат). В этом случае центр — пересечение диагоналей, и
R=d12. R=\frac{d_1}{2}.
R=2d1 .
(Также при квадрате R=a2R=\dfrac{a}{\sqrt2}R=2 a .)
Краткая координатная проверка: поместите центр ромба в начало координат, вершины в (±d1/2,0)(\pm d_1/2,0)(±d1 /2,0), (0,±d2/2)(0,\pm d_2/2)(0,±d2 /2). Уравнение стороны и расстояние от начала координат до этой прямой дают тот же результат r=d1/2cos⁡(α/2)r=d_1/2\cos(\alpha/2)r=d1 /2cos(α/2).
Итого:
a=d12sin⁡(α/2),d2=d1cot⁡(α/2),r=d12cos⁡(α/2), a=\frac{d_1}{2\sin(\alpha/2)},\qquad d_2=d_1\cot(\alpha/2),\qquad r=\frac{d_1}{2}\cos(\alpha/2),
a=2sin(α/2)d1 ,d2 =d1 cot(α/2),r=2d1 cos(α/2),
и описанная окружность есть только при α=π/2\alpha=\pi/2α=π/2, тогда R=d1/2R=d_1/2R=d1 /2.
21 Ноя в 11:59
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир