В треугольнике ABC известно, что угол A равен 60 градусов, сторона a = 5 и высота на сторону b равна 4. Опишите последовательность шагов для однозначного построения треугольника (если это возможно) и обсудите случаи неоднозначности
Коротко — да, треугольник строится однозначно при данных числах. Последовательность и разбор случаев: 1) Позиционирование. В точке AAA проведите два луча под углом 60∘60^\circ60∘ (лучи ABABAB и ACACAC). 2) Находим AB=cAB=cAB=c по высоте на сторону bbb. Высота hbh_bhb от вершины BBB на линию ACACAC равна csin60∘c\sin60^\circcsin60∘, значит c=hbsin60∘=2hb3.
c=\frac{h_b}{\sin60^\circ}=\frac{2h_b}{\sqrt3}. c=sin60∘hb=32hb.
При hb=4h_b=4hb=4 получаем c=83c=\frac{8}{\sqrt3}c=38. Отложите на луче ABABAB от AAA отрезок AB=cAB=cAB=c. 3) Находим bbb. Точка CCC лежит на луче ACACAC на расстоянии bbb от AAA и должна удовлетворять BC=aBC=aBC=a. Это даёт квадратное уравнение b2−cb+(c2−a2)=0,
b^2-cb+(c^2-a^2)=0, b2−cb+(c2−a2)=0,
решения b=c±4a2−3c22=c2±a2−hb2,
b=\frac{c\pm\sqrt{4a^2-3c^2}}{2}=\frac{c}{2}\pm\sqrt{a^2-h_b^2}, b=2c±4a2−3c2=2c±a2−hb2,
поскольку c=2hb3c=\tfrac{2h_b}{\sqrt3}c=32hb. При a=5, hb=4a=5,\;h_b=4a=5,hb=4 имеем a2−hb2=3\sqrt{a^2-h_b^2}=3a2−hb2=3, поэтому единственный положительный корень b=c2+3=43+3≈5.3095.
b=\frac{c}{2}+3=\frac{4}{\sqrt3}+3\approx5.3095. b=2c+3=34+3≈5.3095.
От пересечения окружности радиуса aaa с центром в BBB и луча ACACAC возьмите точку CCC (в данном случае единственную). 4) Соедините BBB и CCC. Получите искомый треугольник. Условия существования и неоднозначности: - Необходимо и достаточно a≥hba\ge h_ba≥hb (иначе 4a2−3c2<04a^2-3c^2<04a2−3c2<0 — нет решений). - Если a=hba=h_ba=hb — дискриминант ноль, единственное решение (касание). - Если hb<a<23hbh_b<a<\dfrac{2}{\sqrt3}h_bhb<a<32hb — дискриминант положителен и оба корня положительны, даёт две различных конфигурации (двойственность, аналог случая SSA). - Если a≥23hba\ge \dfrac{2}{\sqrt3}h_ba≥32hb — ровно одно допустимое положительное bbb (при равенстве второй корень равен нулю — вырожденный случай). Для данных чисел a=5, hb=4a=5,\;h_b=4a=5,hb=4 выполняется a>23hba>\dfrac{2}{\sqrt3}h_ba>32hb, поэтому треугольник единственен (с точными сторонами c=83c=\tfrac{8}{\sqrt3}c=38 и b=43+3b=\tfrac{4}{\sqrt3}+3b=34+3).
1) Позиционирование. В точке AAA проведите два луча под углом 60∘60^\circ60∘ (лучи ABABAB и ACACAC).
2) Находим AB=cAB=cAB=c по высоте на сторону bbb. Высота hbh_bhb от вершины BBB на линию ACACAC равна csin60∘c\sin60^\circcsin60∘, значит
c=hbsin60∘=2hb3. c=\frac{h_b}{\sin60^\circ}=\frac{2h_b}{\sqrt3}.
c=sin60∘hb =3 2hb . При hb=4h_b=4hb =4 получаем c=83c=\frac{8}{\sqrt3}c=3 8 . Отложите на луче ABABAB от AAA отрезок AB=cAB=cAB=c.
3) Находим bbb. Точка CCC лежит на луче ACACAC на расстоянии bbb от AAA и должна удовлетворять BC=aBC=aBC=a. Это даёт квадратное уравнение
b2−cb+(c2−a2)=0, b^2-cb+(c^2-a^2)=0,
b2−cb+(c2−a2)=0, решения
b=c±4a2−3c22=c2±a2−hb2, b=\frac{c\pm\sqrt{4a^2-3c^2}}{2}=\frac{c}{2}\pm\sqrt{a^2-h_b^2},
b=2c±4a2−3c2 =2c ±a2−hb2 , поскольку c=2hb3c=\tfrac{2h_b}{\sqrt3}c=3 2hb . При a=5, hb=4a=5,\;h_b=4a=5,hb =4 имеем a2−hb2=3\sqrt{a^2-h_b^2}=3a2−hb2 =3, поэтому единственный положительный корень
b=c2+3=43+3≈5.3095. b=\frac{c}{2}+3=\frac{4}{\sqrt3}+3\approx5.3095.
b=2c +3=3 4 +3≈5.3095. От пересечения окружности радиуса aaa с центром в BBB и луча ACACAC возьмите точку CCC (в данном случае единственную).
4) Соедините BBB и CCC. Получите искомый треугольник.
Условия существования и неоднозначности:
- Необходимо и достаточно a≥hba\ge h_ba≥hb (иначе 4a2−3c2<04a^2-3c^2<04a2−3c2<0 — нет решений).
- Если a=hba=h_ba=hb — дискриминант ноль, единственное решение (касание).
- Если hb<a<23hbh_b<a<\dfrac{2}{\sqrt3}h_bhb <a<3 2 hb — дискриминант положителен и оба корня положительны, даёт две различных конфигурации (двойственность, аналог случая SSA).
- Если a≥23hba\ge \dfrac{2}{\sqrt3}h_ba≥3 2 hb — ровно одно допустимое положительное bbb (при равенстве второй корень равен нулю — вырожденный случай).
Для данных чисел a=5, hb=4a=5,\;h_b=4a=5,hb =4 выполняется a>23hba>\dfrac{2}{\sqrt3}h_ba>3 2 hb , поэтому треугольник единственен (с точными сторонами c=83c=\tfrac{8}{\sqrt3}c=3 8 и b=43+3b=\tfrac{4}{\sqrt3}+3b=3 4 +3).