В данной публикации мы рассмотрим основные свойства биссектрисы равностороннего треугольника, а также разберем пример решения задачи по данной теме.
Примечание: напомним, что равносторонним называется треугольник, в котором равны как все стороны, так и все углы.
Свойства биссектрисы равностороннего треугольника
Свойство 1
Любая биссектриса равностороннего треугольника одновременно является и медианой, и высотой, и серединным перпендикуляром.
BD – биссектриса угла ABC, которая также является:
- высотой, опущенной на сторону AC;
- медианой, делящей сторону AC на два равных отрезка (AD = DC);
Свойство 2
Все три биссектрисы равностороннего треугольника равны между собой.
Свойство 3
Биссектрисы равностороннего треугольника в точке пересечения делятся в отношении 2:1, считая от вершины.
Свойство 4
Точка пересечения биссектрис равностороннего треугольника является центром описанной и вписанной окружностей.
- r – радиус вписанной окружности;
- R – радиус описанной окружности;
- R = 2r.
Свойство 5
Биссектриса равностороннего треугольника делит его на два равновеликих (равных по площади) прямоугольных треугольника.
Примечание: Три биссектрисы равностороннего треугольника делят его на 6 равновеликих прямоугольных треугольников.
Свойство 6
Любая из внешних биссектрис угла равностороннего треугольника параллельна стороне, лежащей напротив данного угла.
- AD и AE – внешние биссектрисы, параллельные BC;
- BK и BL – внешние биссектрисы, параллельные AC;
- CM и CN – внешние биссектрисы, параллельные AB.
Свойство 7
Длину биссектрисы ( la ) равностороннего треугольника можно выразить через его сторону.
где a – сторона треугольника.
Пример задачи
Радиус вписанной в равносторонний треугольник окружности равен 4 см. Найдите длину его стороны.
Решение
Согласно Свойствам 3 и 4, рассмотренным выше, радиус вписанной окружности составляет 1/3 часть от биссектрисы равностороннего треугольника. Следовательно, вся ее длина равняется 12 см (4 см ⋅ 3).
Теперь мы можем найти сторону треугольника с помощью формулы ниже (получена из Свойства 7):
Биссектриса равностороннего треугольника
Какими свойствами обладает биссектриса равностороннего треугольника? Как, зная сторону правильного треугольника, найти его биссектрису? Чему равна длина биссектрисы через радиус вписанной и описанной окружностей?
(свойство биссектрисы равностороннего треугольника)
В равностороннем треугольнике биссектриса, проведённая к любой стороне, является также его медианой и высотой.
Пусть в треугольнике ABC AB=BC=AC.
Так как AB=BC, треугольник ABC — равнобедренный с основанием AC.
Проведем биссектрису BF.
По свойству равнобедренного треугольника, BF является также его медианой и высотой.
Аналогично, треугольник ABC — равнобедренный с основанием BC, треугольник ABC — равнобедренный с основанием AB, а его биссектрисы AK и CD — еще и медианы и высоты.
Что и требовалось доказать .
(свойство биссектрис равностороннего треугольника)
Все три биссектрисы равностороннего треугольника равны между собой.
Пусть в треугольнике ABC AB=BC=AC.
AK, BF CD — биссектрисы треугольника ABC.
В треугольниках ABF, BCD и CAK:
- AB=BC=CA (по условию)
- ∠BAF=∠CBD=∠ACK (как углы равностороннего треугольника)
- ∠ABF=∠BCD=∠CAK (как как AK, BF CD — биссектрисы равных углов).
Значит, треугольники ABF, BCD и CAK равны (по стороне и двум прилежащим к ней углам).
Из равенства треугольников следует равенство соответствующих сторон: AK=BF=CD.
Что и требовалось доказать .
Из теорем 1 и 2 следует, что в равностороннем треугольнике все биссектрисы, медианы и высоты равны между собой.
1) Найдём биссектрису равностороннего треугольника через его сторону.
В треугольнике ABC AB=BC=AC=a.
BF — биссектриса, BF=l.
По свойствам равностороннего треугольника, BF — высота ∆ ABC, ∠A=60º.
Из прямоугольного треугольника ABF по определению синуса
Таким образом, формула биссектрисы равностороннего треугольника по его стороне:
2) Найдём биссектрису равностороннего треугольника через радиусы вписанной и описанной окружностей.
В правильном треугольнике ABC центры вписанной и описанной окружностей совпадают.
Центр вписанной окружности — точка пересечения биссектрис треугольника. Биссектрисы равностороннего треугольника также являются его медианами. Медианы треугольника в точке пересечения делятся в отношении 2 к 1, считая от вершины.
Следовательно, точка O — центр вписанной и описанной окружностей, OF — радиус вписанной окружности, OF=r, BO — радиус описанной окружности, BO=R и BO:OF=2:1.
Таким образом, длина биссектрисы через радиус вписанной окружности равна
Теорема о биссектрисе треугольника. Доказательство
Теорема 1. Биссектриса при вершине треугольника делит противоположную сторону на две отрезки, пропорциональные сторонам, прилежащим к данной вершине. То есть если биссектриса при вершине A делит в точке D сторону BC на отрезки BD и CD (Рис.1), то имеет место следующее соотношение:
 | (1) |
 |
Доказательство (метод площадей 1). Из вершины A опущена биссектриса AD. Построим вершину треугольника AH. Найдем площади треугольников ABD и ACD:
 , | (3) |
 . | (4) |
Построим следующее соотношение
 . | (5) |
С другой стороны, площадь треугольников ABD и ACD можно найти используя следующие формулы:
 . | (6) |
 . | (7) |
Построим следующее соотношение используя формулы (6) и (7):
 . | (8) |
Из формул (5) и (8) получим соотношение (1).
Доказательство (метод площадей 2). С одной стороны, аналогично вышеизложенному имеем соотношение (5). Далее из точки D проведем вершины L и M для треугольников ABD и ACD (Рис.2).
 |
Тогда площади треугольников ABD и ACD можно найти из формул:
 , | (9) |
 . | (10) |
Построим следующее соотношение
 . | (11) |
Из формул (5) и (11) получим соотношение (1).
Доказательство (через теорему синусов). Рассмотрим треугольник ABC. Из точки A проведем биссектрису AD (Рис.3):
 |
Применяя теорему синусов для треугольников ABD и ACD можем записать:
 , | (12) |
 . | (13) |
Поделив (12) на (13) и учитывая, что ( small sin(180°-delta)=sin delta , ) (см. статью Формулы приведения тригонометрических функций онлайн) получим равенство (1).
Доказательство (через подобие треугольников). Рассмотрим треугольник ABC. Из точки A проведем биссектрису AD (Рис.4). Проведем перпендикуляры из вершин B и C на луч AD и обозначим точки пересечения через L и K.
 |
Рассмотрим треугольники ABL и ACK. Эти треугольники подобны по двум углам (( small ∠ ALB= ∠ AKC ,;; ∠ BAL= ∠ CAK ) ). Тогда имеем:
 | (14) |
Рассмотрим, далее, треугольники BLD и CKD. Они также подобны поскольку ( small ∠ BLD= ∠ CKD ,) а углы BDL и CDK равны так как они вертикальные. Тогда имеет место следующее соотношение:
 | (15) |
Из равенств (14) и (15) получаем:
 . |
Пример. Даны стороны треугольника ABC: AB=18, AC=6, BC=20. Найти отрезки, полученные делением биссектрисей большой стороны треугольника.
Решение. Поскольку напротив самой большой стороны треугольника находится вершина A, то бисскетриса AD делит сторону BC на отрезки BD и CD. Тогда имеем:
 . | (16) |
Обозначим BD=x. Тогда CD=BC−x=20−x. Подставляя данные в уравнение (16), получим:
 |
 . | (17) |
Методом перекресного умножения упростим (17) и решим: