В треугольнике ABC известно, что высота, проведенная из вершины A, делит угол A пополам. Постройте этот треугольник по отрезкам: сторона BC и расстояние от вершины A до стороны BC. Какие построения (геометрические преобразования, теоремы о биссектрисе) подойдут и при каких допущениях конструкция однозначна
Ключевая наблюдаемая особенность. Пусть H — проекция A на прямую BC AH⊥BCAH ⟂ BCAH⊥BC. По условию AH одновременно и высота, и биссектриса угла A. Из теоремы о биссектрисе:
AB/AC = BH/CH.
С другой стороны, в прямоугольных треугольниках ABH и ACH имеем AB² = h² + BH², AC² = h² + CH² гдеh=AHгде h = AHгдеh=AH.
Подставляя в отношение биссектрисы и возводя в квадрат получаем h2+BH2h² + BH²h2+BH2/h2+CH2h² + CH²h2+CH2 = BH²/CH², откуда таккакh≠0так как h ≠ 0таккакh=0 следует BH = CH.
Итак H — середина отрезка BC, а значит AH — перпендикулярный биссектор BC; следовательно AB = AC треугольникравнобедренныйтреугольник равнобедренныйтреугольникравнобедренный.
Построение элементарно,сциркулемилинейкойэлементарно, с циркулем и линейкойэлементарно,сциркулемилинейкой
Дано: отрезок BC и отрезок величинавеличинавеличина h > 0. Постройте середину M отрезка BC пересечениемедианилипостроениесерединногоперпендикулярапересечение медиан или построение серединного перпендикулярапересечениемедианилипостроениесерединногоперпендикуляра. Проведите через M перпендикуляр к BC. На этом перпендикуляре отложите от прямой BC в обе стороны отрезок равный h переносомданногоотрезкациркулемпереносом данного отрезка циркулемпереносомданногоотрезкациркулем: получите 1 или 2 точки A надиподпрямойBCнад и под прямой BCнадиподпрямойBC. Соедините полученную точку A с B и C — это искомый треугольникиии.
Обоснование корректности: из доказанного H = M, поэтому вершина A должна лежать на перпендикуляре через M на расстоянии h от BC; любые такие точки дают треугольник с AH ⟂ BC и AH — биссектриса симметриясторонотносительноAHсимметрия сторон относительно AHсимметриясторонотносительноAH.
Уникальность и особые случаи
Если h = 0 — вы получаете вырожденный треугольник AсовпадаетсMA совпадает с MAсовпадаетсM. Если h > 0, то обычно существует ровно два треугольника симметричныеотносительнопрямойBCсимметричные относительно прямой BCсимметричныеотносительнопрямойBC: A расположена по одну или по другую сторону от BC. Если дополнительно задана сторона, «над» или «под» BC, получаем единственное решение. Если вместо конкретного отрезка BC задана только длина |BC| безфиксированныхточекбез фиксированных точекбезфиксированныхточек, то решений бесконечно много можноперемещать/вращатьотрезокBCвплоскостиможно перемещать/вращать отрезок BC в плоскостиможноперемещать/вращатьотрезокBCвплоскости: конструкция тогда уникальна только с точностью до движений.
Какие геометрические идеи использованы
Теорема о биссектрисе AB/AC=BH/CHAB/AC = BH/CHAB/AC=BH/CH. Пифагоровы соотношения в прямоугольных треугольниках для выражения AB и AC через h и BH, CH. Симметрия отражениеотносительноAHотражение относительно AHотражениеотносительноAH: отражение переводит AB в AC и, в этом частном случае, B в C, поэтому H — середина BC.
Ключевая наблюдаемая особенность. Пусть H — проекция A на прямую BC AH⊥BCAH ⟂ BCAH⊥BC. По условию AH одновременно и высота, и биссектриса угла A. Из теоремы о биссектрисе:
AB/AC = BH/CH.
С другой стороны, в прямоугольных треугольниках ABH и ACH имеем
AB² = h² + BH², AC² = h² + CH² гдеh=AHгде h = AHгдеh=AH.
Подставляя в отношение биссектрисы и возводя в квадрат получаем
h2+BH2h² + BH²h2+BH2/h2+CH2h² + CH²h2+CH2 = BH²/CH²,
откуда таккакh≠0так как h ≠ 0таккакh=0 следует BH = CH.
Итак H — середина отрезка BC, а значит AH — перпендикулярный биссектор BC; следовательно AB = AC треугольникравнобедренныйтреугольник равнобедренныйтреугольникравнобедренный.
Построение элементарно,сциркулемилинейкойэлементарно, с циркулем и линейкойэлементарно,сциркулемилинейкой
Дано: отрезок BC и отрезок величинавеличинавеличина h > 0. Постройте середину M отрезка BC пересечениемедианилипостроениесерединногоперпендикулярапересечение медиан или построение серединного перпендикулярапересечениемедианилипостроениесерединногоперпендикуляра. Проведите через M перпендикуляр к BC. На этом перпендикуляре отложите от прямой BC в обе стороны отрезок равный h переносомданногоотрезкациркулемпереносом данного отрезка циркулемпереносомданногоотрезкациркулем: получите 1 или 2 точки A надиподпрямойBCнад и под прямой BCнадиподпрямойBC. Соедините полученную точку A с B и C — это искомый треугольникиии.Обоснование корректности: из доказанного H = M, поэтому вершина A должна лежать на перпендикуляре через M на расстоянии h от BC; любые такие точки дают треугольник с AH ⟂ BC и AH — биссектриса симметриясторонотносительноAHсимметрия сторон относительно AHсимметриясторонотносительноAH.
Уникальность и особые случаи
Если h = 0 — вы получаете вырожденный треугольник AсовпадаетсMA совпадает с MAсовпадаетсM. Если h > 0, то обычно существует ровно два треугольника симметричныеотносительнопрямойBCсимметричные относительно прямой BCсимметричныеотносительнопрямойBC: A расположена по одну или по другую сторону от BC. Если дополнительно задана сторона, «над» или «под» BC, получаем единственное решение. Если вместо конкретного отрезка BC задана только длина |BC| безфиксированныхточекбез фиксированных точекбезфиксированныхточек, то решений бесконечно много можноперемещать/вращатьотрезокBCвплоскостиможно перемещать/вращать отрезок BC в плоскостиможноперемещать/вращатьотрезокBCвплоскости: конструкция тогда уникальна только с точностью до движений.Какие геометрические идеи использованы
Теорема о биссектрисе AB/AC=BH/CHAB/AC = BH/CHAB/AC=BH/CH. Пифагоровы соотношения в прямоугольных треугольниках для выражения AB и AC через h и BH, CH. Симметрия отражениеотносительноAHотражение относительно AHотражениеотносительноAH: отражение переводит AB в AC и, в этом частном случае, B в C, поэтому H — середина BC.Это вся конструкция и её обоснование.