Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Описанные четырехугольники

Определение 1 . Окружностью, вписанной в четырёхугольник, называют окружность, которая касается касается каждой из сторон четырёхугольника (рис.1). В этом случае четырёхугольник называют четырёхугольником, описанным около окружности или описанным четырёхугольником .

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Замечание . В настоящем разделе мы рассматриваем только выпуклые четырёхугольники.

Теорема 1 . Если четырёхугольник описан около окружности, то суммы длин его противоположных сторон равны.

Доказательство . Рассмотрим четырёхугольник ABCD , описанный около окружности, и обозначим буквами E, F, G, H – точки касания сторон четырёхугольника с окружностью (рис.2).

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

AH = AE, BF = BE, CF = CG, DH = DG,

Складывая эти равенства, получим:

AH + BF + CF + DH =
= AD + BC,
AE + BE + CG + DG =
= AB + CD,

то справедливо равенство

что и требовалось доказать.

Теорема 2 (обратная теорема к теореме 1) . Если у четырёхугольника суммы длин противоположных сторон равны, то в этот четырёхугольник можно вписать окружность.

Доказательство . Рассмотрим четырёхугольник ABCD , длины сторон которого удовлетворяют равенству

и проведём биссектрисы углов BAD и CDA . Обозначим точку пересечения этих биссектрис буквой O , и опустим из точки O перпендикуляры OH, OE и OG на стороны AD, AB и CD соответственно (рис.3).

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Следовательно, справедливы равенства

из которых вытекает, что точки H, E и G лежат на окружности с центром в точке O и радиусом OH , касающейся сторон четырёхугольника AD, AB и CD в точках H, E и G соответственно. При этом возможны два случая:

Окружность касается касается стороны BC (рис.4).

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

В этом случае четырёхугольник ABCD описан около окружности, и теорема доказана.

Окружность не касается стороны BC .

В этом случае касательная, проведенная к окружности из точки B , пересекает прямую DC в точке K , и возможны два случая:

    Точка K лежит между точками C и D (рис.5)

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Рассмотрим случай 2а и приведём его к противоречию. В этом случае в силу того, что четырёхугольник ABKD является описанным, а также по условию теоремы справедливы равенства:

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Последнее равенство утверждает, что в треугольнике BKC сумма двух сторон равна третьей стороне, что противоречит неравенству треугольника неравенству треугольника неравенству треугольника . Полученное противоречие доказывает, что случай 2а невозможен.

Совершенно аналогичные рассуждения позволяют заключить, что случай 2b также невозможен.

Итак, возможен и реализуется лишь случай 1.

Из доказательства теоремы 2 непосредственно вытекает

Теорема 3 . Биссектрисы всех внутренних углов описанного четырёхугольника пересекаются в одной точке – центре вписанной окружности.

В следующей таблице приводятся примеры четырёхугольников, в которые можно вписать окружность. Доказательства утверждений непосредственно вытекают из теорем 1 и 2 и предоставляются читателю в качестве несложных упражнений.

Примеры описанных четырёхугольников

ФигураРисунокУтверждение
РомбЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныВ любой ромб можно вписать окружность
КвадратЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныВ любой квадрат можно вписать окружность
ПрямоугольникЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныВ прямоугольник можно вписать окружность тогда и только тогда, когда он является квадратом
ПараллелограммЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныВ параллелограмм можно вписать окружность тогда и только тогда, когда он является ромбом
ДельтоидЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныВ любой дельтоид можно вписать окружность
ТрапецияЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныВ трапецию можно вписать окружность тогда и только тогда, когда у трапеции сумма длин боковых сторон рана сумме длин оснований
Ромб
Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны
КвадратЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

В любой квадрат можно вписать окружность

ПрямоугольникЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

В прямоугольник можно вписать окружность тогда и только тогда, когда он является квадратом

ПараллелограммЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

В параллелограмм можно вписать окружность тогда и только тогда, когда он является ромбом

ДельтоидЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

ТрапецияЕсли в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

В трапецию можно вписать окружность тогда и только тогда, когда у трапеции сумма длин боковых сторон рана сумме длин оснований

Видео:Если в четырёхугольник можно вписать окружностьСкачать

Если в четырёхугольник можно вписать окружность

Окружность, вписанная в четырехугольник

Определение 1. Окружность называют вписанным в четырехугольник, если окружность касается всех сторон четырехугольника.

На рисунке 1 окружность вписан в четырехугольник ABCD. В этом случае говорят также, что четырехугольник описан около окружности.

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Теорема 1. Если окружность вписан в четырехугольник, то сумма противолежащих сторон четырехугольника равны.

Доказательство. Пусть окружность ABCD вписан в четырехугольник (Рис.2). Докажем, что ( small AB+CD=AD+BC ).

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Точки M, N, Q, P − точки касания окружности со сторонами четырехугольника. Так как отрезки касательных, проведенных к окружности через одну точку, равны (статья Касательная к окружности теорема 2), то

( small AM=AQ=a, ) ( small BM=BN=b, ) ( small CN=CP=c, ) ( small DQ=DP=d )
( small AB+CD ) ( small=AM+BM+CP+DP ) ( small =a+b+c+d, )(1)
( small AD+BC) ( small=AQ+DQ+BN+CN) ( small=a+d+b+c. )(2)

Из равенств (1) и (2), следует:

( small AB+CD=AD+BC. ) Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Теорема 2. Если в выпуклом четырехугольнике сумма противолежащих сторон равны, то в него можно вписать окружность.

Доказательство. Пусть задан выпуклый четырехугольник ABCD и пусть ( small AB+CD=AD+BC. ) (Рис.3). Докажем, что в него можно вписать окружность.

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Проведем биссектрисы углов A и B четырехугольника ABCD. Точку их пересечения обозначим буквой O. Тогда точка O равноудалена от сторон AB, BC, AD. Следовательно существует окружность с центром в точке O, которая касается этих трех сторон.

Пусть эта окружность не касается стороны CD. Тогда возможны два случая.

Случай 1. Сторона CD не имеет общих точек с построенной окружностью.

Проведем касательную C1D1 к окружности, параллельно стороне CD четырехугольника.

Тогда окружность с центром O вписан в четырехугольник ABC1D1. Следовательно, по теореме 1, имеем:

( small AB+C_1D_1=AD_1+BC_1. )(3)

Но по условию данной теоремы:

( small AB+CD=AD+BC. )(4)

Вычтем из равенства (4) равенство (3):

( small CD-C_1D_1) (small=AD-AD_1+BC-BC_1 )
( small CD-C_1D_1=DD_1+CC_1 )
( small CD=DD_1+CC_1+C_1D_1)

Получили, что в четырехугольнике CC1D1D длина одной стороны равна сумме длин трех остальных сторон, что невозможно (см. задачу 1 статьи Четырехугольник).

Таким образом сторона CD должна иметь общие точки с рассматриваемой окружностью.

Случай 2. Сторона CD имеет две общие точки с построенной окружностью (Рис.4).

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Аналогичными рассуждениями можно показать, что сторона CD не может иметь две общие точки с построенной окружностью.

Следовательно, предполагая, что построенная окружность не касается стороны CD, мы пришли к противоречию. Таким образом, если в выпуклом четырехугольнике сумма противолежащих сторон равны, то в него можно вписать окружность.Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Если в четырехугольник вписан окружность, то существует точка, равноудаленная от всех сторон четырехугольника. Эта точка является центром вписанной в четырехугольник окружности. Для нахождения этой точки достаточно найти точку пересечениия биссектрис двух соседних углов данного четырехугольника.

Видео:Если в четырёхугольник вписана окружность #огэ #огэ #математикаСкачать

Если в четырёхугольник вписана окружность #огэ #огэ #математика

Вписанная окружность

Окружность вписанная в многоугольник — это окружность, которая касается всех сторон многоугольника. Центр вписанной окружности лежит внутри многоугольника, в который она вписана. Описанный около окружности многоугольник — это многоугольник, в который вписана окружность. На рисунке 1 четырехугольник АВСD описан около окружности с центром О, а четырехугольник АЕКD не является описанным около этой окружности, так как сторона ЕК не касается окружности.

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Теорема

В любой треугольник можно вписать окружность.

Доказательство

Дано: произвольный Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныАВС.

Доказать: в Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныАВС можно вписать окружность.

Доказательство:

1. Проведем биссектрисы углов А, В и С, которые пересекутся в точке О (следствие из свойства биссектрис). Из точки О проведем перпендикуляры ОК, ОL и ОМ соответственно к сторонам АВ, ВС и СА (Рис. 2).

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

2. Точка О равноудалена от сторон Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныАВС (свойство биссектрис), поэтому ОК = ОL = ОМ. Следовательно, окружность с центром О радиуса ОК проходит через точки К, L и М. Стороны Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныАВС касаются этой окружности в точках К, L, М, т.к. они перпендикулярны к радиусам ОК, ОL и ОМ. Значит, окружность с центром О радиуса ОК является вписанной в Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныАВС. Теорема доказана.

Замечание 1

В треугольник можно вписать только одну окружность.

Доказательство

Предположим, что в треугольник можно вписать две окружности. Тогда центр каждой окружности равноудален от сторон треугольника и, значит, совпадает с точкой О пересечения биссектрис треугольника, а радиус равен расстоянию от точки О до сторон треугольника. Следовательно, эти окружности совпадают, значит в треугольник можно вписать только одну окружность. Что и требовалось доказать.

Замечание 2

Площадь треугольника равна произведению его полупериметра на радиус вписанной в него окружности.

Доказательство

На рисунке 2 мы видим, что Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныАВС составлен из трех треугольников: АВО, ВСО и САО. Пусть АВ, ВС и АС основания треугольников АВО, ВСО и САО соответственно, тогда высотами данных треугольников окажутся отрезки ОК = ОL = ОМ = r ( r — радиус окружности с центром О). Следовательно, площади этих треугольников вычисляются по формулам: Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны. Тогда, по свойству площадей, площадь треугольника Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныАВС выражается формулой: Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны, где Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны— периметр Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныАВС. Что и требовалось доказать.

Замечание 3

Не во всякий четырехугольник можно вписать окружность.

Доказательство

Рассмотрим, например, прямоугольник, у которого смежные стороны не равны, т.е. прямоугольник, не являющийся квадратом. В такой прямоугольник можно «поместить» окружность, касающуюся трех его сторон (Рис.3), но нельзя «поместить» окружность так, чтобы она касалась всех четырех его сторон, т.к. диаметр окружности меньше большей стороны прямоугольника т.е. нельзя вписать окружность. Что и требовалось доказать.

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Если же в четырехугольник можно вписать окружность, то его стороны обладают следующим замечательным свойством:

В любом описанном четырехугольнике суммы противоположных сторон равны.

Доказательство

Рассмотрим четырехугольник АВСD, описанный около окружности (Рис. 4).

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

На рисунке 4 одинаковыми буквами обозначены равные отрезки касательных, т.к. отрезки касательных к окружности, проведенные из одной точки, равны. Тогда АВ + СD = Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равныи ВС + АD = Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны, следовательно, АВ + СD = ВС + АD.

Верно и обратное утверждение:

Если суммы противоположных сторон выпуклого четырехугольника равны, то в него можно вписать окружность.

Доказательство

Пусть в выпуклом четырехугольнике АВСD

АВ + СD = ВС + АD. (1)

Точка О пересечения биссектрис углов А и В равноудалена от сторон АD, АВ и ВС (свойство биссектрис), поэтому можно провести окружность с центром О, касающуюся указанных трех сторон (Рис. 5).

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Докажем, что эта окружность касается также стороны СD и, значит, является вписанной в четырехугольник АВСD.

Предположим, что это не так. Тогда прямая СD либо не имеет общих точек с окружностью, либо является секущей. Рассмотрим первый случай (Рис. 6). Проведем касательную С1D1, параллельную стороне СD (С1 и D1 — точки пересечения касательной со сторонами ВС и АD).

Если в четырехугольник вписана окружность то суммы противоположных сторон равны

Так как АВС1D1 — описанный четырехугольник, то по свойству его противоположных сторон

АВ + С1D1 = ВС1 + AD1. (2)

Но ВС1 = ВСС1С, АD1 = АDD1D, поэтому из равенства (2) получаем:

С1D1 + С1С + D1D = ВС + АDАВ.

Правая часть этого равенства в силу (1) равна СD. Следовательно, приходим к равенству

т.е. в четырехугольник С1СDD1 одна сторона равна сумме трех других сторон. Но этого не может быть, т.к. к аждая сторона четырёхугольника всегда меньше суммы трёх остальных сторон. Значит, наше предположение ошибочно. Аналогично можно доказать, что прямая CD не может быть секущей окружности. Следовательно, окружность касается стороны СD. Что и требовалось доказать.

Поделись с друзьями в социальных сетях:

🌟 Видео

Геометрия Если в выпуклом четырехугольнике суммы противолежащих сторон равны, то в него можноСкачать

Геометрия Если в выпуклом четырехугольнике суммы противолежащих сторон равны, то в него можно

3 правила для вписанного четырехугольника #shortsСкачать

3 правила для вписанного четырехугольника #shorts

Описанная и вписанная окружности четырехугольника - 8 класс геометрияСкачать

Описанная и вписанная окружности четырехугольника - 8 класс геометрия

В четырехугольник ABCD вписана окружность, AB = 10, BC = 11 и CD = 15. Найдите четвертую сторону.Скачать

В четырехугольник ABCD вписана окружность, AB = 10, BC = 11 и CD = 15. Найдите четвертую сторону.

№699. Сумма двух противоположных сторон описанного четырехугольника равна 10 см, а его площадьСкачать

№699. Сумма двух противоположных сторон описанного четырехугольника равна 10 см, а его площадь

2 ПРАВИЛА описанного четырехугольника #shortsСкачать

2 ПРАВИЛА описанного четырехугольника #shorts

Задача на вписанную окружность ✨ #огэ #математика #егэ #геометрия #окружностьСкачать

Задача на вписанную окружность ✨               #огэ #математика #егэ #геометрия #окружность

№698. Сумма двух противоположных сторон описанного четырехугольника равна 12 см, а радиусСкачать

№698. Сумма двух противоположных сторон описанного четырехугольника равна 12 см, а радиус

Геометрия Если четырехугольник является описанным около окружности, то суммы его противолежащихСкачать

Геометрия Если четырехугольник является описанным около окружности, то суммы его противолежащих

Вписанная и описанная окружность - от bezbotvyСкачать

Вписанная и описанная окружность - от bezbotvy

Описанный четырехугольникСкачать

Описанный четырехугольник

ЕГЭШЕЧКА ВПИСАННАЯ ОКРУЖНОСТЬ В ПРОИЗВОЛЬНОМ ЧЕТЫРЕХУГОЛЬНИКЕ | СУММА ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ СТОРОН |Скачать

ЕГЭШЕЧКА ВПИСАННАЯ ОКРУЖНОСТЬ В ПРОИЗВОЛЬНОМ ЧЕТЫРЕХУГОЛЬНИКЕ  | СУММА ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ СТОРОН  |

Всё про углы в окружности. Геометрия | МатематикаСкачать

Всё про углы в окружности. Геометрия  | Математика

вписанный и описанный четырехугольникСкачать

вписанный и описанный четырехугольник

Задание 24 ОГЭ по математике #4Скачать

Задание 24 ОГЭ по математике #4

Урок 2. Описанная окружность около четырехугольника. Задача из ОГЭ| Подобные треугольникиСкачать

Урок 2. Описанная окружность около четырехугольника. Задача из ОГЭ| Подобные треугольники

Задание 24 ОГЭ по математике #5Скачать

Задание 24 ОГЭ по математике #5

Вписанные и описанные окружности. Вебинар | МатематикаСкачать

Вписанные и описанные окружности. Вебинар | Математика
Поделиться или сохранить к себе: