Дан треугольник ABC. Предложите несколько способов построить медиану из вершины A с помощью циркуля и линейки и обсудите их различия по конструкции и обоснованию
Ниже — три простых построения медианы из вершины AAA (то есть луча AMAMAM, где MMM — середина отрезка BCBCBC), с краткими шагами и обоснованием. 1) Перпендикулярный биссектор (стандартный, симметричный) - Построение: взять одинаковый радиус r>∣BC∣2r> \tfrac{|BC|}{2}r>2∣BC∣, с центров BBB и CCC провести дуги, их две точки пересечения соединить — эта прямая есть перпендикулярный биссектор отрезка BCBCBC. Пересечение этого биссектора с BCBCBC даёт середину MMM. Провести AMAMAM. - Обоснование: перпендикулярный биссектор любого отрезка проходит через его середину; построение через равные радиусы гарантирует построение биссектора. 2) Через построение параллелограмма (аффинный способ) - Построение: провести через BBB прямую, параллельную ACACAC, и через CCC прямую, параллельную ABABAB; их пересечение обозначить A′A'A′. Тогда квадр. B − A − C − A′B\!-\!A\!-\!C\!-\!A'B−A−C−A′ — параллелограм. Провести диагональ AA′AA'AA′; точка пересечения AA′AA'AA′ с BCBCBC есть искомая середина MMM. Провести AMAMAM. - Обоснование: в параллелограмме диагонали пересекаются и делятся пополам, значит точка пересечения диагоналей — середина и диагонали BCBCBC, и AA′AA'AA′. 3) Через подобие / гомотетию (построение параллельного сечения) - Построение: на стороне ABABAB взять произвольную точку DDD (не в вершине), через DDD провести прямую, параллельную BCBCBC, она пересечёт ACACAC в точке EEE. Построить середину NNN отрезка DEDEDE (например, перпендикулярным биссектором). Прямая ANANAN пересечёт BCBCBC в середине MMM. Провести AMAMAM. - Обоснование: поскольку DE∥BCDE\parallel BCDE∥BC, треугольники ADEADEADE и ABCABCABC подобны (△ADE∼△ABC\triangle ADE\sim\triangle ABC△ADE∼△ABC). Гомотетия с центром AAA, переводящая DEDEDE в BCBCBC, переводит середину NNN в середину MMM; значит прямая ANANAN проходит через MMM. Краткое сравнение - Метод 1 (биссектор) самый прямой и обычно самый простой по количеству операций; опирается на симметрию двух кругов. - Метод 2 (параллелограмм) использует построение параллельных прямых и свойство параллелограмма (диагонали делятся пополам); удобен, если хорошо строятся параллели (копирование угла). - Метод 3 (подобие) гибок: можно взять любую точку DDD — полезно, если трудно строить параллелограмм или прямой биссектор по каким‑то причинам; опирается на подобие треугольников (гомотетию). Во всех трёх случаях итоговая точка MMM является серединой BCBCBC, а AMAMAM — искомая медиана.
1) Перпендикулярный биссектор (стандартный, симметричный)
- Построение: взять одинаковый радиус r>∣BC∣2r> \tfrac{|BC|}{2}r>2∣BC∣ , с центров BBB и CCC провести дуги, их две точки пересечения соединить — эта прямая есть перпендикулярный биссектор отрезка BCBCBC. Пересечение этого биссектора с BCBCBC даёт середину MMM. Провести AMAMAM.
- Обоснование: перпендикулярный биссектор любого отрезка проходит через его середину; построение через равные радиусы гарантирует построение биссектора.
2) Через построение параллелограмма (аффинный способ)
- Построение: провести через BBB прямую, параллельную ACACAC, и через CCC прямую, параллельную ABABAB; их пересечение обозначить A′A'A′. Тогда квадр. B − A − C − A′B\!-\!A\!-\!C\!-\!A'B−A−C−A′ — параллелограм. Провести диагональ AA′AA'AA′; точка пересечения AA′AA'AA′ с BCBCBC есть искомая середина MMM. Провести AMAMAM.
- Обоснование: в параллелограмме диагонали пересекаются и делятся пополам, значит точка пересечения диагоналей — середина и диагонали BCBCBC, и AA′AA'AA′.
3) Через подобие / гомотетию (построение параллельного сечения)
- Построение: на стороне ABABAB взять произвольную точку DDD (не в вершине), через DDD провести прямую, параллельную BCBCBC, она пересечёт ACACAC в точке EEE. Построить середину NNN отрезка DEDEDE (например, перпендикулярным биссектором). Прямая ANANAN пересечёт BCBCBC в середине MMM. Провести AMAMAM.
- Обоснование: поскольку DE∥BCDE\parallel BCDE∥BC, треугольники ADEADEADE и ABCABCABC подобны (△ADE∼△ABC\triangle ADE\sim\triangle ABC△ADE∼△ABC). Гомотетия с центром AAA, переводящая DEDEDE в BCBCBC, переводит середину NNN в середину MMM; значит прямая ANANAN проходит через MMM.
Краткое сравнение
- Метод 1 (биссектор) самый прямой и обычно самый простой по количеству операций; опирается на симметрию двух кругов.
- Метод 2 (параллелограмм) использует построение параллельных прямых и свойство параллелограмма (диагонали делятся пополам); удобен, если хорошо строятся параллели (копирование угла).
- Метод 3 (подобие) гибок: можно взять любую точку DDD — полезно, если трудно строить параллелограмм или прямой биссектор по каким‑то причинам; опирается на подобие треугольников (гомотетию).
Во всех трёх случаях итоговая точка MMM является серединой BCBCBC, а AMAMAM — искомая медиана.