В треугольнике ABC известно, что угол при вершине A равен сумме углов при вершинах B и C; исследуйте возможные соотношения сторон и углов и докажите полученные утверждения
Пусть обозначения углов стандартные: A=∠BAC, B=∠ABC, C=∠ACBA=\angle BAC,\;B=\angle ABC,\;C=\angle ACBA=∠BAC,B=∠ABC,C=∠ACB. Дано A=B+CA=B+CA=B+C. 1) Определение типа треугольника. Из суммы углов треугольника A+B+C=πA+B+C=\piA+B+C=π и A=B+CA=B+CA=B+C следует (B+C)+B+C=π ⟹ 2(B+C)=π ⟹ B+C=π2,
(B+C)+B+C=\pi\implies 2(B+C)=\pi\implies B+C=\frac{\pi}{2}, (B+C)+B+C=π⟹2(B+C)=π⟹B+C=2π,
откуда A=π2.
A=\frac{\pi}{2}. A=2π.
Итого треугольник прямоугольный в вершине AAA. 2) Теорема Пифагора. В прямоугольном треугольнике с прямым углом при AAA по теореме косинусов или по классической формуле: BC2=AB2+AC2.
BC^2=AB^2+AC^2. BC2=AB2+AC2. 3) Соотношения через синусную теорему. По синусной теореме BCsinA=ABsinC=ACsinB.
\frac{BC}{\sin A}=\frac{AB}{\sin C}=\frac{AC}{\sin B}. sinABC=sinCAB=sinBAC.
Так как sinA=1\sin A=1sinA=1, получаем AB=BCsinC,AC=BCsinB.
AB=BC\sin C,\qquad AC=BC\sin B. AB=BCsinC,AC=BCsinB.
Отсюда ABAC=sinCsinB=sinCcosC=tanC,
\frac{AB}{AC}=\frac{\sin C}{\sin B}=\frac{\sin C}{\cos C}=\tan C, ACAB=sinBsinC=cosCsinC=tanC,
поскольку B=π2−CB=\frac{\pi}{2}-CB=2π−C. 4) Следствия об относительных размерах сторон. - Гипотенуза самая большая: BC>max(AB,AC)BC>\max(AB,AC)BC>max(AB,AC), так как sinB,sinC≤1\sin B,\sin C\le1sinB,sinC≤1. - Одинаковость сторон: AB=ACAB=ACAB=AC тогда и только тогда, когда tanC=1\tan C=1tanC=1, т.е. C=π4C=\frac{\pi}{4}C=4π и потому B=π4B=\frac{\pi}{4}B=4π. Значит единственный случай равнобедренности при данном условии — B=C=45∘B=C=45^\circB=C=45∘. - Порядок сторон соответствует порядку противоположных углов: если B>CB>CB>C, то AC>ABAC>ABAC>AB. Это видно либо из общих свойств треугольника, либо из формулы ABAC=tanC\frac{AB}{AC}=\tan CACAB=tanC: при C<π4C<\frac{\pi}{4}C<4π имеем tanC<1⇒AB<AC\tan C<1\Rightarrow AB<ACtanC<1⇒AB<AC. 5) Высота из прямого угла. Высота из вершины AAA на гипотенузу равна h=2⋅[△ABC]BC=AB⋅ACBC.
h=\frac{2\cdot[\triangle ABC]}{BC}=\frac{AB\cdot AC}{BC}. h=BC2⋅[△ABC]=BCAB⋅AC. Итого: данное условие эквивалентно тому, что треугольник прямоугольный при AAA; далее выполняются все стандартные для прямоугольного треугольника соотношения (Пифагор, синусная теорема, соотношения для высоты и т.д.), единственный случай равнобедренности — B=C=45∘B=C=45^\circB=C=45∘.
1) Определение типа треугольника.
Из суммы углов треугольника A+B+C=πA+B+C=\piA+B+C=π и A=B+CA=B+CA=B+C следует
(B+C)+B+C=π ⟹ 2(B+C)=π ⟹ B+C=π2, (B+C)+B+C=\pi\implies 2(B+C)=\pi\implies B+C=\frac{\pi}{2},
(B+C)+B+C=π⟹2(B+C)=π⟹B+C=2π , откуда
A=π2. A=\frac{\pi}{2}.
A=2π . Итого треугольник прямоугольный в вершине AAA.
2) Теорема Пифагора.
В прямоугольном треугольнике с прямым углом при AAA по теореме косинусов или по классической формуле:
BC2=AB2+AC2. BC^2=AB^2+AC^2.
BC2=AB2+AC2.
3) Соотношения через синусную теорему.
По синусной теореме
BCsinA=ABsinC=ACsinB. \frac{BC}{\sin A}=\frac{AB}{\sin C}=\frac{AC}{\sin B}.
sinABC =sinCAB =sinBAC . Так как sinA=1\sin A=1sinA=1, получаем
AB=BCsinC,AC=BCsinB. AB=BC\sin C,\qquad AC=BC\sin B.
AB=BCsinC,AC=BCsinB. Отсюда
ABAC=sinCsinB=sinCcosC=tanC, \frac{AB}{AC}=\frac{\sin C}{\sin B}=\frac{\sin C}{\cos C}=\tan C,
ACAB =sinBsinC =cosCsinC =tanC, поскольку B=π2−CB=\frac{\pi}{2}-CB=2π −C.
4) Следствия об относительных размерах сторон.
- Гипотенуза самая большая: BC>max(AB,AC)BC>\max(AB,AC)BC>max(AB,AC), так как sinB,sinC≤1\sin B,\sin C\le1sinB,sinC≤1.
- Одинаковость сторон: AB=ACAB=ACAB=AC тогда и только тогда, когда tanC=1\tan C=1tanC=1, т.е. C=π4C=\frac{\pi}{4}C=4π и потому B=π4B=\frac{\pi}{4}B=4π . Значит единственный случай равнобедренности при данном условии — B=C=45∘B=C=45^\circB=C=45∘.
- Порядок сторон соответствует порядку противоположных углов: если B>CB>CB>C, то AC>ABAC>ABAC>AB. Это видно либо из общих свойств треугольника, либо из формулы ABAC=tanC\frac{AB}{AC}=\tan CACAB =tanC: при C<π4C<\frac{\pi}{4}C<4π имеем tanC<1⇒AB<AC\tan C<1\Rightarrow AB<ACtanC<1⇒AB<AC.
5) Высота из прямого угла.
Высота из вершины AAA на гипотенузу равна
h=2⋅[△ABC]BC=AB⋅ACBC. h=\frac{2\cdot[\triangle ABC]}{BC}=\frac{AB\cdot AC}{BC}.
h=BC2⋅[△ABC] =BCAB⋅AC .
Итого: данное условие эквивалентно тому, что треугольник прямоугольный при AAA; далее выполняются все стандартные для прямоугольного треугольника соотношения (Пифагор, синусная теорема, соотношения для высоты и т.д.), единственный случай равнобедренности — B=C=45∘B=C=45^\circB=C=45∘.