На отрезке AB требуется построить точку C такую, чтобы AC:CB = sqrt(2):1, используя только циркуль и линейку: опишите последовательность шагов и обоснуйте корректность построения
1) Проведите из точки AAA произвольный луч lll, не совпадающий с ABABAB. 2) На луче lll отложите точку PPP так, чтобы APAPAP — произвольная ненулевая «единица» (любая длина). 3) В точке PPP постройте перпендикуляр к lll. На этом перпендикуляре отложите точку RRR так, чтобы PR=APPR=APPR=AP (переносом циркуля). 4) Соедините AAA с RRR. Тогда AR=(AP)2+(PR)2=2 APAR=\sqrt{(AP)^2+(PR)^2}=\sqrt{2}\,APAR=(AP)2+(PR)2=2AP. 5) Перенесите длину ARARAR на луч lll: возьмите центр в AAA и радиус ARARAR, найдите на луче точку SSS с AS=AR=2 APAS=AR=\sqrt{2}\,APAS=AR=2AP. 6) От точки SSS по лучу отложите ещё одну длину, равную APAPAP (переносом циркуля): получится точка QQQ с AQ=AS+SQ=(2+1)APAQ=AS+SQ=(\sqrt{2}+1)APAQ=AS+SQ=(2+1)AP. 7) Соедините QQQ с BBB. Через точку SSS проведите прямую, параллельную QBQBQB; она пересечёт отрезок ABABAB в нужной точке CCC. Обоснование: по теореме о пропорциональности сторон при параллельных прямых треугольники △AMC \triangle AMC△AMC и △ANB \triangle ANB△ANB подобны (здесь M≡SM\equiv SM≡S, N≡QN\equiv QN≡Q), поэтому ACAB=ASAQ=2 AP(2+1)AP=22+1.
\frac{AC}{AB}=\frac{AS}{AQ}=\frac{\sqrt{2}\,AP}{(\sqrt{2}+1)AP}=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{2}+1}. ABAC=AQAS=(2+1)AP2AP=2+12.
Отсюда ACCB=ACAB−AC=22+11−22+1=21,
\frac{AC}{CB}=\frac{AC}{AB-AC}=\frac{\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{2}+1}}{1-\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{2}+1}}=\frac{\sqrt{2}}{1}, CBAC=AB−ACAC=1−2+122+12=12,
что и требовалось.
2) На луче lll отложите точку PPP так, чтобы APAPAP — произвольная ненулевая «единица» (любая длина).
3) В точке PPP постройте перпендикуляр к lll. На этом перпендикуляре отложите точку RRR так, чтобы PR=APPR=APPR=AP (переносом циркуля).
4) Соедините AAA с RRR. Тогда AR=(AP)2+(PR)2=2 APAR=\sqrt{(AP)^2+(PR)^2}=\sqrt{2}\,APAR=(AP)2+(PR)2 =2 AP.
5) Перенесите длину ARARAR на луч lll: возьмите центр в AAA и радиус ARARAR, найдите на луче точку SSS с AS=AR=2 APAS=AR=\sqrt{2}\,APAS=AR=2 AP.
6) От точки SSS по лучу отложите ещё одну длину, равную APAPAP (переносом циркуля): получится точка QQQ с AQ=AS+SQ=(2+1)APAQ=AS+SQ=(\sqrt{2}+1)APAQ=AS+SQ=(2 +1)AP.
7) Соедините QQQ с BBB. Через точку SSS проведите прямую, параллельную QBQBQB; она пересечёт отрезок ABABAB в нужной точке CCC.
Обоснование: по теореме о пропорциональности сторон при параллельных прямых треугольники △AMC \triangle AMC△AMC и △ANB \triangle ANB△ANB подобны (здесь M≡SM\equiv SM≡S, N≡QN\equiv QN≡Q), поэтому
ACAB=ASAQ=2 AP(2+1)AP=22+1. \frac{AC}{AB}=\frac{AS}{AQ}=\frac{\sqrt{2}\,AP}{(\sqrt{2}+1)AP}=\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{2}+1}.
ABAC =AQAS =(2 +1)AP2 AP =2 +12 . Отсюда
ACCB=ACAB−AC=22+11−22+1=21, \frac{AC}{CB}=\frac{AC}{AB-AC}=\frac{\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{2}+1}}{1-\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{2}+1}}=\frac{\sqrt{2}}{1},
CBAC =AB−ACAC =1−2 +12 2 +12 =12 , что и требовалось.