Triunghi | |
---|---|
coaste | 3 |
Simbolul Schläfli | {3} |
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Un triunghi (în spațiul euclidian ) este o figură geometrică formată din trei segmente care leagă trei puncte care nu se află pe o singură dreaptă . Aceste trei puncte sunt numite vârfuri ale triunghiului, iar segmentele sunt numite laturile triunghiului. Partea de plan mărginită de laturi se numește interiorul triunghiului: adesea triunghiul este considerat împreună cu interiorul său (de exemplu, pentru a defini conceptul de zonă) [1] .
Laturile unui triunghi formează trei unghiuri la vârfurile unui triunghi , deci un triunghi poate fi definit și ca un poligon care are exact trei unghiuri [2] , i.e. ca parte a unui plan delimitat de trei segmente care leagă trei puncte care nu se află pe o singură dreaptă. Triunghiul este una dintre cele mai importante figuri geometrice utilizate pe scară largă în știință și tehnologie, astfel încât studiul proprietăților sale a fost efectuat încă din cele mai vechi timpuri.
Conceptul de triunghi admite diverse generalizări. Puteți defini acest concept în geometrie non-euclidiană (de exemplu, pe o sferă ): pe astfel de suprafețe , un triunghi este definit ca trei puncte conectate prin geodezice . În geometria -dimensională, analogul unui triunghi este simplexul --lea dimensional .
Uneori este considerat un triunghi degenerat , ale cărui trei vârfuri se află pe aceeași linie dreaptă. Dacă nu se specifică altfel, triunghiul din acest articol se presupune a fi nedegenerat.
În mod tradițional, vârfurile unui triunghi sunt indicate prin litere mari ale alfabetului latin: , iar laturile opuse acestora - prin aceleași litere mici (vezi figura). Un triunghi cu vârfuri și este notat ca . Laturile pot fi de asemenea notate prin literele vârfurilor lor de delimitare: , , .
Triunghiul are următoarele unghiuri:
Valorile unghiurilor de la vârfurile corespunzătoare sunt în mod tradițional notate cu litere grecești ( , , ).
Unghiul extern al unui triunghi plat la un vârf dat este unghiul adiacent unghiului intern al triunghiului la acest vârf (vezi figura). Dacă unghiul interior la un vârf dat al unui triunghi este format din două laturi care ies dintr-un vârf dat, atunci unghiul exterior al unui triunghi este format dintr-o latură care iese dintr-un vârf dat și continuarea celeilalte laturi care iese din același vârf. Colțul exterior poate lua valori de la până la .
Perimetrul unui triunghi este suma lungimilor celor trei laturi ale sale, iar jumătate din această valoare se numește semiperimetru .
Deoarece în geometria euclidiană suma unghiurilor unui triunghi este , atunci cel puțin două unghiuri din triunghi trebuie să fie acute (mai mici decât ). Există următoarele tipuri de triunghiuri [2] .
Mediana unui triunghi desenat dintr-un vârf dat este segmentul care leagă acest vârf de punctul de mijloc al laturii opuse (baza medianei). Toate cele trei mediane ale unui triunghi se intersectează într-un punct. Acest punct de intersecție se numește centroid sau centru de greutate al triunghiului. Numele de familie se datorează faptului că un triunghi format dintr-un material omogen are un centru de greutate în punctul de intersecție al medianelor. Centroidul împarte fiecare mediană 1:2 de la baza medianei. Un triunghi cu vârfuri la mijlocul medianelor se numește triunghi median . Bazele medianelor unui triunghi dat formează așa-numitul triunghi complementar . Lungimea medianeicoborâte în lateralpoate fi găsită prin formulele:
similar pentru alte mediane.Înălțimea în triunghiuri de diferite tipuri
Înălțimile se intersectează la ortocentru
Înălțimea unui triunghi desenat dintr-un vârf dat se numește perpendiculară căzută din acest vârf spre latura opusă sau continuarea sa. Cele trei înălțimi ale unui triunghi se intersectează într-un punct, numit ortocentrul triunghiului. Un triunghi cu vârfuri la baza înălțimilor se numește ortotriunghi .
Lungimea înălțimii coborâtă în lateral poate fi găsită prin formulele:
; similar pentru alte înălțimi.Lungimile înălțimilor coborâte în lateral. pot fi găsite și folosind formulele: [3] :p.64
.Bisectoarea ( bisectoarea ) unui triunghi desenat dintr-un vârf dat este un segment care leagă acest vârf de un punct de pe latura opusă și împarte unghiul la vârful dat în jumătate. Bisectoarele unui triunghi se intersectează într-un punct, iar acel punct este același cu centrul cercului înscris ( incentrul ).
Dacă triunghiul este scalen (nu isoscel), atunci bisectoarea desenată din oricare dintre vârfurile sale se află între mediana și înălțimea trase din același vârf. O altă proprietate importantă a bisectoarei: împarte latura opusă în părți proporționale cu laturile adiacente acesteia [4] .
Lungimea bisectoarei coborâtă în lateral poate fi găsită prin una dintre formulele:
, unde este semiperimetrul lui . . ; aici este înălțimea.Înălțimea, mediana și bisectoarea unui triunghi isoscel, coborât la bază, sunt aceleași. Este adevărat și invers: dacă bisectoarea, mediana și înălțimea trase dintr-un vârf sunt aceleași, atunci triunghiul este isoscel.
Cercul circumscris (vezi figura din dreapta) este un cerc care trece prin toate cele trei vârfuri ale triunghiului. Cercul circumscris este întotdeauna unic, centrul său coincide cu punctul de intersecție al perpendicularelor pe laturile triunghiului, trasate prin punctele mijlocii ale laturilor. Într-un triunghi obtuz, acest centru se află în afara triunghiului [4] .
Cercul înscris (vezi figura din dreapta) este un cerc tangent la toate cele trei laturi ale triunghiului. Ea este singura. Centrul cercului înscris se numește incentru , coincide cu punctul de intersecție al bisectoarelor triunghiului.
Următoarele formule vă permit să calculați razele cercurilor circumscrise și înscrise .
unde este aria triunghiului și este semiperimetrul acestuia . ,unde sunt razele excercurilor corespunzătoare
Încă două rapoarte utile:
[5] .Există și formula Carnot [6] :
,unde , , sunt distanțele de la centrul cercului circumscris , respectiv, la laturile , , ale triunghiului, , , sunt distanțele de la ortocentrul , respectiv, la vârfurile , , ale triunghiului.
Distanța de la centrul cercului circumscris , de exemplu, la latura triunghiului este:
;distanța de la ortocentru , de exemplu, la vârful triunghiului este:
.Un triunghi pe planul euclidian poate fi definit în mod unic (până la congruență ) prin următoarele triplete de elemente de bază: [7]
Semne de egalitate a triunghiurilor dreptunghiulare:
Caracteristica suplimentară: triunghiurile sunt egale dacă au două laturi și un unghi opus celei mai mari dintre aceste laturi [8] .
În geometria sferică și în geometria lui Lobaciovsky există semnul că triunghiurile sunt egale în trei unghiuri.
În orice triunghi, un unghi mai mare se află opus laturii mai mari și invers. Unghiuri egale se află pe laturi egale [8] .
Fiecare unghi exterior al unui triunghi este egal cu diferența dintre 180° și unghiul interior corespunzător. Pentru un unghi extern, este valabilă și teorema triunghiului unghiului extern : un unghi extern este egal cu suma a altor două unghiuri interne care nu sunt adiacente lui [8] .
Într-un triunghi nedegenerat, suma lungimilor celor două laturi ale sale este mai mare decât lungimea celei de-a treia laturi; într-un triunghi degenerat, este egală. Cu alte cuvinte, lungimile laturilor unui triunghi nedegenerat sunt legate de următoarele inegalități:
.Proprietate suplimentară: fiecare latură a triunghiului este mai mare decât diferența celorlalte două laturi [8] .
Suma unghiurilor interioare ale unui triunghi este întotdeauna 180°:
.În geometria Lobachevsky, suma unghiurilor unui triunghi este întotdeauna mai mică de 180°, în timp ce pe o sferă este întotdeauna mai mare.
unde este raza cercului circumscris triunghiului.
Este o generalizare a teoremei lui Pitagora .
Sursa: [10] .
.Un alt nume: Formula Regiomontanus .
Calculul laturilor, unghiurilor și altor caracteristici necunoscute ale unui triunghi din cele cunoscute a fost numit istoric „ rezolvarea triunghiurilor ”. Aceasta utilizează teoremele trigonometrice generale de mai sus, precum și semnele de egalitate și asemănare ale triunghiurilor .
pentru colt .
Următoarele inegalități sunt valabile pentru zonă:
unde în ambele cazuri egalitatea se realizează dacă și numai dacă triunghiul este echilateral (regulat).
Proprietățile unui triunghi studiat la școală, cu rare excepții, sunt cunoscute încă din antichitate timpurie. Începuturile cunoștințelor trigonometrice pot fi găsite în manuscrisele matematice ale Egiptului antic , Babilonului și Chinei antice . Principala realizare a acestei perioade a fost raportul, care a primit mai târziu numele de teorema lui Pitagora ; Van der Waerden crede că babilonienii l-au descoperit între 2000 și 1786 î.Hr. e. [optsprezece]
O teorie generală și destul de completă a geometriei triunghiurilor (atât plate, cât și sferice ) a apărut în Grecia Antică [19] . În special, în cea de-a doua carte „ Începuturi ” , teorema lui Euclid 12 este un analog verbal al teoremei cosinus pentru triunghiuri obtuze [20] . Teorema 13 care urmează este o variantă a teoremei cosinusului pentru triunghiuri acute . Proprietățile elementelor triunghiurilor (unghiuri, laturi, bisectoare etc.) după Euclid au fost tratate de Arhimede , Menelaus , Claudius Ptolemeu , Pappus din Alexandria [21] .
În secolul al IV-lea, după declinul științei antice, centrul de dezvoltare a matematicii s-a mutat în India. Scrierile matematicienilor indieni ( siddhantas ) arată că autorii lor erau bine familiarizați cu lucrările astronomilor și geometrilor greci [22] . Indienii erau puțin interesați de geometria pură, dar contribuția lor la astronomia aplicată și la aspectele computaționale ale trigonometriei este foarte semnificativă.
În secolul al VIII-lea, oamenii de știință din țările din Orientul Apropiat și Mijlociu s-au familiarizat cu lucrările matematicienilor și astronomilor greci și indieni antici. Tratatele lor astronomice, analoge cu siddhanta indienilor, erau numite „ ziji ”; un zij tipic era o colecție de tabele astronomice și trigonometrice, prevăzute cu un ghid de utilizare a acestora și (nu întotdeauna) un rezumat al teoriei generale [23] . Comparația zijurilor din perioada secolelor VIII-XIII arată evoluția rapidă a cunoștințelor trigonometrice. Cele mai vechi lucrări supraviețuitoare aparțin lui al-Khwarizmi și al-Marvazi (secolul al IX-lea).
Thabit ibn Qurra (secolul al IX-lea) și al-Battani (secolul al X-lea) au fost primii care au descoperit teorema sinusului fundamental pentru cazul special al unui triunghi sferic dreptunghic . Pentru un triunghi sferic arbitrar, dovada a fost găsită (în diverse moduri și probabil independent unul de celălalt) de Abu-l-Vafa , al-Khujandi și ibn Irak la sfârșitul secolului al X-lea [24] . Într-un alt tratat, ibn Irak a formulat și a demonstrat teorema sinusului pentru un triunghi plat [25] .
Prezentarea fundamentală a trigonometriei (atât plană, cât și sferică) a fost dată de matematicianul și astronomul persan Nasir ad-Din at-Tusi în 1260 [26] . „Tratatul său despre cvadripartitul complet” conține metode practice de rezolvare a problemelor tipice, inclusiv a celor mai dificile, rezolvate chiar de at-Tusi [27] . Astfel, până la sfârșitul secolului al XIII-lea, au fost descoperite teoremele de bază necesare lucrărilor practice cu triunghiuri.
În Europa, dezvoltarea teoriei trigonometrice a devenit extrem de importantă în timpurile moderne, în primul rând pentru artilerie , optică și navigație în călătoriile maritime pe distanțe lungi. În 1551, tabelele trigonometrice cu 15 cifre ale lui Rheticus , un elev al lui Copernic , au apărut cu un pas de 10” [28] . Nevoia de calcule trigonometrice complexe a determinat descoperirea logaritmilor la începutul secolului al XVII-lea , iar primele tabele logaritmice ale lui John Napier conțineau doar logaritmii funcțiilor trigonometrice.
Studiul triunghiului a continuat în secolul al XVII-lea: a fost demonstrată teorema Desargues (1636), a fost descoperit punctul Torricelli (1640) și i-au fost studiate proprietățile. Giovanni Ceva și-a demonstrat teorema transversală (1678). Leibniz a arătat cum se calculează distanța de la centrul de greutate al unui triunghi până la celelalte puncte remarcabile ale acestuia [21] . În secolul al XVIII-lea au fost descoperite linia lui Euler și cercul de șase puncte (1765).
La începutul secolului al XIX-lea a fost descoperit punctul Gergonne . În 1828, teorema lui Feuerbach a fost demonstrată . Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, lucrarea lui Emile Lemoine , Henri Brocard , Joseph Neuberg aparține . Cercul de nouă puncte a fost explorat de Poncelet , Brianchon și Steiner.Au fost descoperite relații geometrice și imagini necunoscute anterior - de exemplu, cercul Brocard , punctele Steiner și Tarry . În 1860, Schlömilch a demonstrat o teoremă: trei drepte care leagă punctele medii ale laturilor unui triunghi cu punctele mijlocii ale înălțimilor sale respective se intersectează într-un punct. În 1937, matematicianul sovietic S. I. Zetel a arătat că această teoremă este adevărată nu numai pentru înălțimi, ci și pentru orice alt cevian . Studiile geometrilor enumerați mai sus au transformat geometria triunghiului într-o ramură independentă a matematicii [29] .
O contribuție semnificativă la geometria triunghiului a fost adusă la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea de către Frank Morley . El a demonstrat că locul centrelor cardioidului înscris într-un triunghi este format din nouă drepte, care, luate în trei, sunt paralele cu cele trei laturi ale unui triunghi echilateral. În plus, cele 27 de puncte în care aceste nouă drepte se intersectează sunt punctele de intersecție a două trisectoare ale triunghiului care aparțin aceleiași laturi a triunghiului. Cel mai faimos este un caz special al acestei teoreme: trisectoarele interioare ale unghiurilor unui triunghi adiacent aceleiași laturi se intersectează în perechi la trei vârfuri ale unui triunghi echilateral. O generalizare a acestor lucrări a fost publicată de Henri Lebesgue (1940), el a introdus sectoarele - ale unui triunghi și a studiat amplasarea lor într-o formă generală [30] .
Din anii 1830 , coordonatele punctuale triliniare au devenit utilizate pe scară largă în geometria triunghiului . Teoria transformărilor a fost dezvoltată activ - proiectivă , izogonală , izotomică și altele. Ideea de a lua în considerare problemele teoriei triunghiurilor pe plan complex sa dovedit a fi utilă . [29] .
Toate faptele din această secțiune se referă la geometria euclidiană .
Mai jos sunt descrise 3 tipuri de transformări: 1) Conjugare izogonală, 2) Conjugare izotomică, 3) Transformare izocirculară.
Conjugarea izogonalăDacă, în loc de un cevian simetric, luăm un cevian a cărui bază este la fel de departe de mijlocul laturii ca și baza celui original, atunci și astfel de cevian se vor intersecta într-un punct. Transformarea rezultată se numește conjugare izotomică . De asemenea, mapează linii la conice circumscrise .
Sub transformări afine, punctele conjugate izotomic trec în cele conjugate izotomic. Cu conjugarea cu izotomie , elipsa Steiner descrisă va merge la linia de la infinit .
Compoziția unei conjugări izogonale (sau izotomice ) și a unei polari triliniareDacă în segmentele tăiate de laturile triunghiului din cercul circumscris se înscriu cercuri care ating laturile de la bazele cevianelor trase printr-un anumit punct, apoi punctele de contact ale acestor cercuri sunt conectate la circumscris cerc cu vârfuri opuse, atunci astfel de linii se vor intersecta într-un punct. Transformarea planului, comparând punctul de plecare cu cel rezultat, se numește transformare izocirculară [36] . Compoziția conjugărilor izogonale și izotomice este compoziția transformării izocirculare cu ea însăși. Această compoziție este o transformare proiectivă care lasă laturile triunghiului pe loc și transpune axa bisectoarelor exterioare într-o linie dreaptă la infinit.
( prima identitate pentru tangente )
Observație . Relația de mai sus se aplică numai atunci când niciunul dintre unghiuri nu este de 90° (caz în care funcția tangentă este întotdeauna definită).
, [37]( a doua identitate pentru tangente )
,( prima identitate pentru sines )
, [37]( a doua identitate pentru sinusuri )
, [5]( identitate pentru cosinus )
( identitate pentru raportul razelor )
Observație . La împărțirea ambelor părți ale celei de-a doua identități pentru tangente la produs , se obține o identitate pentru cotangente :
,în formă (dar nu în conținut) foarte asemănătoare cu prima identitate pentru tangente .
Rapoartele metrice dintr-un triunghi sunt date pentru :
Unde:
În special, dacă vârful A este la origine (0, 0), iar coordonatele celorlalte două vârfuri sunt B = ( x B , y B ) și C = ( x C , y C ) , atunci aria poate fi calculată ca 1 ⁄ 2 din valoarea absolută a determinantului
Ultima formulă pentru aria unui triunghi în literatura engleză se numește formula zonei închise într-o șiretură ruptă întinsă peste unghii ( formula șiretului pantofilor ) sau formula geodezică (formula geodezică [ 39] ) sau zona Gauss formulă.
Fie vârfurile triunghiului să fie în punctele , , .
Să introducem vectorul zonă . Lungimea acestui vector este egală cu aria triunghiului și este îndreptată de-a lungul normalei la planul triunghiului:
Fie , unde , , sunt proiecțiile triunghiului pe planurile de coordonate. în care
si la fel
Aria triunghiului este .
O alternativă este de a calcula lungimile laturilor (conform teoremei lui Pitagora ) și mai departe folosind formula Heron .
Dacă notăm coordonatele carteziene complexe (pe planul complex) ale vârfurilor triunghiului, respectiv, cu , și și notăm punctele lor complexe conjugate cu , și respectiv , atunci obținem formula:
,care este echivalentă cu formula zonei închise în interiorul liniei întrerupte a șiretului întins peste unghii ( formula șiretului ), sau cu formula geodezică ( formula geodezică [ 39] ), sau cu formula zonei Gauss.
Proprietățile unui triunghi cu laturile , , și unghiurile , , .
Suma unghiurilor unui triunghi (nedegenerat) este strict mai mare decât .
Orice triunghi similare sunt congruente.
Teorema sinusului (în continuare, latura unui triunghi sferic este de obicei măsurată nu printr-o măsură liniară, ci prin valoarea unghiului central bazată pe aceasta ):
,Teoreme de cosinus:
, .Pentru un triunghi cu laturile , , și unghiuri , , .
Suma unghiurilor unui triunghi (nedegenerat) este strict mai mică decât .
Ca și pe o sferă, orice triunghi similar este congruent.
Teorema sinusului
,Teoreme ale cosinusului
, .Valoarea sumei unghiurilor unui triunghi în toate cele trei cazuri (plan euclidian, sferă, plan Lobachevsky) este o consecință a formulei Gauss-Bonnet
.În cazul unui triunghi, caracteristica lui Euler este . Colțurile sunt colțurile exterioare ale triunghiului. Valoarea mărimii (curbura gaussiană) este pentru geometria euclidiană, pentru o sferă, pentru planul Lobaciovski.
Simbol | Unicode | Nume |
---|---|---|
△ | U+25B3 | triunghi alb îndreptat în sus |
Articole suplimentare despre geometria triunghiului pot fi găsite în categoriile:
![]() |
|
---|---|
În cataloagele bibliografice |
|
Triunghi | |
---|---|
Tipuri de triunghiuri | |
Linii minunate într-un triunghi | |
Puncte remarcabile ale triunghiului | |
Teoreme de bază | |
Teoreme suplimentare | |
Generalizări |
Poligoane | |||||
---|---|---|---|---|---|
După numărul de laturi |
| ||||
corect |
| ||||
triunghiuri | |||||
Cadrilatere | |||||
Vezi si |