Дан произвольный треугольник ABC; исследуйте условие, при котором сумма площадей треугольников, образованных высотами (треугольники у вершин с основаниями на сторонах), равна площади ABC, и докажите полученное утверждение или предложите корректировку

21 Ноя в 10:54
2 +2
0
Ответы
1
Обозначим основания высот: HaH_aHa на BCBCBC, HbH_bHb на CACACA, HcH_cHc на ABABAB. Рассмотрим треугольник у вершины AAA с основанием HcHbH_cH_bHc Hb . Пусть AB=c, AC=b, ∠A=αAB=c,\ AC=b,\ \angle A=\alphaAB=c, AC=b, A=α. Площадь ABCABCABC S=12 bcsin⁡α. S=\tfrac12\,b c\sin\alpha.
S=21 bcsinα.
Координатно (или по проекциям) получаем для площади треугольника AHcHbAH_cH_bAHc Hb SA=12⋅bcos⁡α⋅ccos⁡α⋅sin⁡α=12 bcsin⁡αcos⁡2α=Scos⁡2α. S_A=\tfrac12\cdot b\cos\alpha\cdot c\cos\alpha\cdot\sin\alpha=\tfrac12\,b c\sin\alpha\cos^2\alpha=S\cos^2\alpha.
SA =21 bcosαccosαsinα=21 bcsinαcos2α=Scos2α.
Аналогично
SB=Scos⁡2β,SC=Scos⁡2γ. S_B=S\cos^2\beta,\qquad S_C=S\cos^2\gamma.
SB =Scos2β,SC =Scos2γ.
Сумма трёх площадей равна
SA+SB+SC=S(cos⁡2α+cos⁡2β+cos⁡2γ). S_A+S_B+S_C=S\big(\cos^2\alpha+\cos^2\beta+\cos^2\gamma\big).
SA +SB +SC =S(cos2α+cos2β+cos2γ).
Из известной тождественности для углов треугольника
cos⁡2α+cos⁡2β+cos⁡2γ+2cos⁡αcos⁡βcos⁡γ=1 \cos^2\alpha+\cos^2\beta+\cos^2\gamma+2\cos\alpha\cos\beta\cos\gamma=1
cos2α+cos2β+cos2γ+2cosαcosβcosγ=1
получаем
cos⁡2α+cos⁡2β+cos⁡2γ=1−2cos⁡αcos⁡βcos⁡γ. \cos^2\alpha+\cos^2\beta+\cos^2\gamma=1-2\cos\alpha\cos\beta\cos\gamma.
cos2α+cos2β+cos2γ=12cosαcosβcosγ.
Следовательно сумма площадей равна площади ABCABCABC тогда и только тогда, когда
cos⁡2α+cos⁡2β+cos⁡2γ=1 ⟺ cos⁡αcos⁡βcos⁡γ=0, \cos^2\alpha+\cos^2\beta+\cos^2\gamma=1\iff\cos\alpha\cos\beta\cos\gamma=0,
cos2α+cos2β+cos2γ=1cosαcosβcosγ=0,
то есть ровно в том случае, когда один из косинусов равен нулю, т.е. один из углов равен 90∘90^\circ90.
Итог: сумма площадей указанных треугольников равна площади ABCABCABC тогда и только тогда, когда ABCABCABC — прямоугольный треугольник. (Для острого треугольника сумма меньше SSS, для тупого — больше.)
21 Ноя в 12:01
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