Постройте с помощью циркуля и линейки треугольник по данным длинам высот и обсудите, при каких соотношениях высот такая конструкция возможна и является единственной

24 Ноя в 12:35
2 +2
0
Ответы
1
Краткий ответ с построением и обоснованием.
Обозначим данные высоты ha,hb,hc>0\,h_a,h_b,h_c>0ha ,hb ,hc >0. Введём обозначения
xa=1ha,xb=1hb,xc=1hc. x_a=\frac{1}{h_a},\qquad x_b=\frac{1}{h_b},\qquad x_c=\frac{1}{h_c}.
xa =ha 1 ,xb =hb 1 ,xc =hc 1 .

1) Необходимое и достаточное условие существования.
Пусть искомый треугольник имеет стороны a,b,ca,b,ca,b,c против вершин A,B,CA,B,CA,B,C и площадь SSS. Тогда
a=2Sha,b=2Shb,c=2Shc, a=\frac{2S}{h_a},\quad b=\frac{2S}{h_b},\quad c=\frac{2S}{h_c},
a=ha 2S ,b=hb 2S ,c=hc 2S ,
и поэтому
a:b:c=xa:xb:xc. a:b:c = x_a:x_b:x_c.
a:b:c=xa :xb :xc .
Подставляя в неравения треугольника, получаем независимые от SSS условия
1ha<1hb+1hc,1hb<1ha+1hc,1hc<1ha+1hb, \frac{1}{h_a}<\frac{1}{h_b}+\frac{1}{h_c},\quad
\frac{1}{h_b}<\frac{1}{h_a}+\frac{1}{h_c},\quad
\frac{1}{h_c}<\frac{1}{h_a}+\frac{1}{h_b},
ha 1 <hb 1 +hc 1 ,hb 1 <ha 1 +hc 1 ,hc 1 <ha 1 +hb 1 ,
или кратко — числа xa,xb,xcx_a,x_b,x_cxa ,xb ,xc удовлетворяют неравенствам треугольника. Эти условия также достаточны (см. ниже). Если хотя бы одно равенство выполняется строго в знак равенства, треугольник вырождается, поэтому требований строгости нужно.
2) Единственность.
Из уравнений выше площадь SSS однозначно определяется соотношением (через Heron для треугольника со сторонами xa,xb,xcx_a,x_b,x_cxa ,xb ,xc ). Пусть SxS_xSx — площадь (числовая величина) треугольника со сторонами xa,xb,xcx_a,x_b,x_cxa ,xb ,xc . Тогда прямой алгебраический вывод даёт
S=14Sx. S=\frac{1}{4S_x}.
S=4Sx 1 .
Тогда стороны a,b,ca,b,ca,b,c вычисляются однозначно: a=2Sxa, b=2Sxb, c=2Sxca=2Sx_a,\; b=2Sx_b,\; c=2Sx_ca=2Sxa ,b=2Sxb ,c=2Sxc . Следовательно (с точностью до зеркального отражения) треугольник единственен.
3) Построение (компасом и линейкой), схема.
- Выполните проверку условий: убедитесь, что xa,xb,xcx_a,x_b,x_cxa ,xb ,xc удовлетворяют неравенствам треугольника. Если нет — построение невозможно.
- Постройте численно (геометрически) отрезки пропорциональные xa,xb,xcx_a,x_b,x_cxa ,xb ,xc . Практически: построьте отрезки, каждому заданному hih_ihi сопоставив отрезок xix_ixi как обратную величину (построение обратного отношения делением отрезков с помощью подобия: взять произвольный «единичный» отрезок uuu, и по треугольнику получить xi=u/hix_i=u/h_ixi =u/hi ). (Все операции сложения, вычитания, умножения, деления и извлечения квадратного корня выполнимы циркулем и линейкой.)
- По отрезкам xa,xb,xcx_a,x_b,x_cxa ,xb ,xc постройте треугольник XXX со сторонами ровно xa,xb,xcx_a,x_b,x_cxa ,xb ,xc (возможен по проверке выше).
- Найдите его площадь SxS_xSx геометрически (формула Герона: сначала полупериметр px=(xa+xb+xc)/2p_x=(x_a+x_b+x_c)/2px =(xa +xb +xc )/2, затем Sx=px(px−xa)(px−xb)(px−xc)S_x=\sqrt{p_x(p_x-x_a)(p_x-x_b)(p_x-x_c)}Sx =px (px xa )(px xb )(px xc ) — все четыре операции конструктивны).
- Возьмите масштабный множитель
λ=12Sx. \lambda=\frac{1}{2S_x}.
λ=2Sx 1 .
Умножив треугольник XXX на коэффициент λ\lambdaλ (построить отрезки λxa,λxb,λxc\lambda x_a,\lambda x_b,\lambda x_cλxa ,λxb ,λxc стандартными приёмами подобия), получите искомые стороны
a=λxa,b=λxb,c=λxc. a=\lambda x_a,\quad b=\lambda x_b,\quad c=\lambda x_c.
a=λxa ,b=λxb ,c=λxc .
- Дальше собрать треугольник по трём сторонам — это стандартная конструкция.
4) Краткое обоснование корректности.
Для полученных таким образом a,b,ca,b,ca,b,c выполнено a=2Shaa=\dfrac{2S}{h_a}a=ha 2S с тем самым S=14SxS=\dfrac{1}{4S_x}S=4Sx 1 , поэтому высоты будут равны заданным ha,hb,hch_a,h_b,h_cha ,hb ,hc . Формулы доказывают, что при выполнении условий на xix_ixi значение SSS и, следовательно, a,b,ca,b,ca,b,c уникальны.
Итог: конструкция возможна тогда и только тогда, когда числа 1ha,1hb,1hc\dfrac{1}{h_a},\dfrac{1}{h_b},\dfrac{1}{h_c}ha 1 ,hb 1 ,hc 1 могут быть длинами сторон некоторого треугольника (то есть удовлетворяют треугольным неравенствам). При этом треугольник, если существует, единствен (с точностью до зеркального отражения).
24 Ноя в 13:46
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