Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырёхугольника

Связанные понятия

Выпуклые метрические пространства интуитивно определяются как метрические пространства с таким свойством, что любой «отрезок», который соединяет две точки этого пространства, содержит другие точки, кроме своих концов.

Отношение инцидентности — это бинарное отношение между двумя различными типами объектов. Это включает понятия, которые можно выразить такими фразами как «точка лежит на прямой» или «прямая принадлежит плоскости». Наиболее существенное отношение инцидентности — между точкой P и прямой l, которое записывается как P I l. Если P I l, пара (P, l) называется флагом. В разговорном языке существует много выражений, описывающих отношение инцидентности (например, прямая проходит через точку, точка лежит на.

В математике монодро́ми́ей называется явление, состоящее в преобразовании некоторого объекта при обнесении его вдоль нетривиального замкнутого пути.

В вычислительной геометрии известна задача об определении принадлежности точки многоугольнику. На плоскости даны многоугольник и точка. Требуется решить вопрос о принадлежности точки многоугольнику.

В этой статье рассматривается математический базис общей теории относительности.

В компле́ксном анализе вы́четом заданного объекта (функции, формы) называется объект (число, форма или когомологический класс формы), характеризующий локальные свойства заданного.

Видео:Линейная алгебра. Алексей Савватеев и Александр Тонис. Лекция 13.2. Метрические пространстваСкачать

Линейная алгебра. Алексей Савватеев и Александр Тонис. Лекция 13.2. Метрические пространства

Please wait.

Видео:✓ Неравенство треугольника | Ботай со мной #126 | Борис ТрушинСкачать

✓ Неравенство треугольника | Ботай со мной #126 | Борис Трушин

We are checking your browser. mathvox.ru

Видео:Метрические пространства | вводим понятие метрикиСкачать

Метрические пространства | вводим понятие метрики

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

Видео:3. Метрические пространстваСкачать

3. Метрические пространства

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6c5ae5762c488e05 • Your IP : 85.95.179.130 • Performance & security by Cloudflare

Видео:7 класс, 34 урок, Неравенство треугольникаСкачать

7 класс, 34 урок, Неравенство треугольника

Четырехугольник и его элементы — определение и вычисление с доказательствами и примерами решения

Содержание:

Четырехугольником называют фигуру, состоящую из четырех точек и четырех последовательно соединяющих их отрезков.

Никакие три из этих точек не должны лежать на одной прямой, а соединяющие их отрезки не должны иметь никаких других общих точек, кроме данных.

Любой четырехугольник ограничивает некоторую часть плоскости, являющуюся внутренней областью четырехугольника.

На рисунке 1 изображен четырехугольник Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Вершины четырехугольника, являющиеся концами его стороны, называют соседними, несоседние вершины называют противолежащими. На рисунке 1 вершины Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— соседние, Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— противолежащие.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Стороны четырехугольника, имеющие общую вершину, называют соседними, а не имеющие общей вершины — противолежащими. На рис. 1 стороны Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— соседние, Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— противолежащие.

Сумму длин всех сторон четырехугольника называют его периметром. Периметр обозначают буквой Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеНапример, периметр четырехугольника Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеможно обозначить как Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Отрезки, соединяющие противолежащие вершины четырехугольника, называют диагоналями четырехугольника.

На рисунке 2 отрезки Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— диагонали четырехугольника Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеКаждый четырехугольник имеет две диагонали.

Углами четырехугольника Неравенство четырехугольника в метрическом пространственазывают углы Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(рис. 1). Углы четырехугольника называют противолежащими, если их вершины — противолежащие вершины четырехугольника, и соседними, если их вершины — соседние вершины четырехугольника. На рисунке 1 углы Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— противолежащие, Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— соседние.

Один из углов четырехугольника может быть больше развернутого угла. Например, на рисунке 3 в четырехугольнике Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеугол Неравенство четырехугольника в метрическом пространствебольше развернутого. Такой четырехугольник называют невыпуклым. Если все углы четырехугольника меньше 180°, его называют выпуклым. Диагонали выпуклого четырехугольника пересекаются (рис. 2), а невыпуклого не пересекаются (рис. 4).

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Теорема (о сумме углов четырехугольника). Сумма углов четырехугольника равна 360°.

Доказательство:

Пусть Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— некоторый четырехугольник. Проведем в нем диагональ Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(рис. 5). Тогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеНеравенство четырехугольника в метрическом пространствеУчитывая, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(как сумма углов Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(как сумма углов Неравенство четырехугольника в метрическом пространствебудем иметь: Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеНеравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Пример:

Найдите углы четырехугольника, если их градусные меры относятся как 3 : 10 : 4 : 1. Выпуклым или невыпуклым является этот четырехугольник?

Решение:

Пусть углы четырехугольника равны Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеНеравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеИмеем уравнение Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеоткуда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеСледовательно, углы четырехугольника равны Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеТак как один из углов четырехугольника больше 180°, то этот четырехугольник — невыпуклый.

Ответ. 60°, 200°, 80°, 20°; невыпуклый.

Видео:Семинар 7. Задача 1. Полнота, сепарабельность и пополнение метрических пространствСкачать

Семинар 7. Задача 1. Полнота, сепарабельность и пополнение метрических пространств

Четырехугольник и его элементы

На рисунке 1 отрезки АВ и ВС имеют только одну общую точку В, которая является концом каждого из них. Такие отрезки называют соседними. На рисунке 2 каждые два отрезка являются соседними.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Отрезки АВ и CD на рисунке 3 не являются соседними.
Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Рассмотрим фигуру, состоящую из четырех точек А, В, С, D и четырех отрезков АВ, ВС, CD, DA таких, что никакие два соседних отрезка не лежат на одной прямой и никакие два несоседних отрезка не имеют общих точек (рис. 4, а).

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Фигура, образованная этими отрезками, ограничивает часть плоскости, выделенную на рисунке 4, б зеленым цветом. Эту часть плоскости вместе с отрезками АВ, ВС, CD и DA называют четырехугольником. Точки А, В, С, D называют вершинами четырехугольника, а отрезки АВ, ВС, CD, DA — сторонами четырехугольника.

На рисунке 5 изображены фигуры, состоящие из четырех отрезков АВ, ВС, CD, DA и части плоскости, которую они ограничивают. Однако эти фигуры не являются четырехугольниками. Поясните почему.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Стороны четырехугольника, являющиеся соседними отрезками, называют соседними сторонами четырехугольника. Вершины, являющиеся концами одной стороны, называют соседними вершинами многоугольника. Стороны, не являющиеся соседними, называют противолежащими сторонами четырехугольника. Несоседние вершины называют противолежащими вершинами четырехугольника.

На рисунке 6 изображен четырехугольник, в котором, например, стороны MQ и MN являются соседними, а стороны NP и MQ — противолежащими. Вершины Q и Р — соседние, а вершины М и Р — противолежащие.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Четырехугольник называют и обозначают по его вершинам. Например, на рисунке 4, б изображен четырехугольник ABCD, а на рисунке 6 — четырехугольник MNPQ. В обозначении четырехугольника буквы, стоящие рядом, соответствуют соседним вершинам четырехугольника. Например, четырехугольник, изображенный на рисунке 6, можно обозначить еще и так: PQMN, или MQPN, или NPQM и т. д.

Сумму длин всех сторон четырехугольника называют периметром четырехугольника.

Отрезок, соединяющий противолежащие вершины четырехугольника, называют диагональю. На рисунке 7 отрезки АС и BD — диагонали четырехугольника АВСD.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Углы ABC, BCD, CDA, DAB (рис. 8) называют углами четырехугольника ABCD. В этом четырехугольнике каждый из них меньше развернутого угла. Такой четырехугольник называют выпуклым. Однако существуют четырехугольники, в которых не все углы меньше развернутого. Например, на рисунке 9 угол В четырехугольника ABCD больше 180°. Такой четырехугольник называют невыпуклым 1 .

Углы АВС и ADC называют противолежащими углами четырехугольника ABCD (рис. 8, 9). Также противолежащими являются углы BAD и BCD.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Теорема 1.1. Сумма углов четырехугольника равна 360°.

Доказательство. Проведем в четырехугольнике диагональ, разбивающую его на два треугольника. Например, на рисунке 10

1 Более подробно с понятием «выпуклость» вы ознакомитесь в п. 19.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

это диагональ BD. Тогда сумма углов четырехугольника ABCD равна сумме углов треугольников ABD и CBD. Поскольку сумма углов треугольника равна 180°, то сумма углов четырехугольника равна 360°.

Следствие. В четырехугольнике только один из углов может быть больше развернутого.

Докажите это свойство самостоятельно.

Пример:

Докажите, что длина любой стороны четырехугольника меньше суммы длин трех остальных его сторон.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Решение:

Рассмотрим произвольный четырехугольник ABCD (рис. 11). Покажем, например, что АВ 1 В учебнике задачи на построение не обязательны для рассмотрения.

В треугольнике АВС известны две стороны АВ и ВС и угол В между ними. Следовательно, этот треугольник можно построить. Теперь можем от лучей АВ и СВ отложить углы, равные углам четырехугольника при вершинах А и С.

Проведенный анализ показывает, как строить искомый четырехугольник.

Строим треугольник по двум данным сторонам четырехугольника и углу между ними. На рисунке 12 это треугольник АВС. Далее от лучей АВ и СВ откладываем два известных угла четырехугольника. Два построенных луча пересекаются в точке D. Четырехугольник ABCD — искомый.

Параллелограмм. Свойства параллелограмма

Определение. Параллелограммом называют четырехугольник, у которого каждые две противолежащие стороны параллельны.

На рисунке 19 изображен параллелограмм ABCD. По определению параллелограмма имеем: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Рассмотрим некоторые свойства параллелограмма.
Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Теорема 2.1. Противолежащие стороны параллелограмма равны.

Доказательство. На рисунке 19 изображен параллелограмм ABCD. Докажем, что АВ = CD и ВС = AD.

Проведем диагональ АС. Докажем, что треугольники АВС и CDA равны (рис. 20).

В этих треугольниках сторона АС — общая, углы 1 и 2 равны как накрест лежащие при параллельных прямых ВС и AD и секущей АС, углы 3 и 4 равны как накрест лежащие при параллельных прямых АВ и CD и секущей АС. Следовательно, треугольники АВС и CDA равны по второму признаку равенства треугольников. Отсюда АВ = CD и ВС = AD.

Теорема 2.2. Противолежащие углы параллелограмма равны.

Доказательство. На рисунке 19 изображен параллелограмм ABCD. Докажем, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
При доказательстве предыдущей теоремы было установлено, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(рис. 20). Отсюда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеИз равенства углов 1 и 2 и равенства углов 3 и 4 следует, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеСледовательно, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Теорема 2.3. Диагонали параллелограмма точкой пересечения делятся пополам.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Доказательство. На рисунке 21 изображен параллелограмм ABCD, диагонали которого пересекаются в точке О. Докажем, что АО = ОС и ВО = OD.

Рассмотрим треугольники AOD и СОВ.
Имеем: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстверавны как накрест лежащие при параллельных прямых AD и ВС и секущих АС и BD соответственно. Из теоремы 2.1 получаем: AD = ВС.

Следовательно, треугольники AOD и СОВ равны по второму признаку равенства треугольников. Отсюда АО = ОС, ВО = OD.

Определение. Высотой параллелограмма называют перпендикуляр, опущенный из любой точки прямой, содержащей сторону параллелограмма, на прямую, содержащую противолежащую сторону.

На рисунке 22 каждый из отрезков AF, QE, ВМ, PN, СК является высотой параллелограмма ABCD.

Из курса геометрии 7 класса вы знаете, что все точки одной из двух параллельных прямых равноудалены от другой прямой. Поэтому AF = QE и ВМ = PN = СК.

Говорят, что высоты ВМ, СК, PN проведены к сторонам ВС и AD, а высоты AF, QE — к сторонам АВ и CD.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Пример №1

Докажите, что прямые, содержащие высоты треугольника, переcекаются в одной точке.

Решение:

Через каждую вершину данного треугольника АВС проведем прямую, параллельную противолежащей стороне. Получим треугольник Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(рис. 23).

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Из построения следует, что четырехугольники Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— параллелограммы. Отсюда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеСледовательно, точка А является серединой отрезка Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Поскольку прямые Неравенство четырехугольника в метрическом пространствепараллельны, то высота АН треугольника АВС перпендикулярна отрезку Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеТаким образом, прямая АН — серединный перпендикуляр стороны Неравенство четырехугольника в метрическом пространстветреугольника Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеАналогично можно доказать, что прямые, содержащие две другие высоты треугольника АВС, являются серединными перпендикулярами сторон Неравенство четырехугольника в метрическом пространстветреугольника Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Так как серединные перпендикуляры сторон треугольника пересекаются в одной точке, то утверждение теоремы доказано.

Пример №2

Биссектриса тупого угла параллелограмма делит его сторону в отношении 2 : 1, считая от вершины острого угла. Найдите стороны параллелограмма, если его периметр равен 60 см.

Решение:

Пусть биссектриса тупого угла В параллелограмма ABCD (рис. 24) пересекает сторону AD в точке М. По условию AM : MD = 2 : 1.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Углы ABM и CBM равны по условию.
Углы СВМ и AM В равны как накрест лежащие при параллельных прямых ВС и AD и секущей ВМ.

Тогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеСледовательно, треугольник ВАМ равнобедренный, отсюда АВ = AM.

Пусть MD = х см, тогда АВ =АМ = 2х см, AD = Зх см. Поскольку противолежащие стороны параллелограмма равны, то его периметр равен 2 (АВ + AD). Учитывая, что по условию периметр параллелограмма равен 60 см, получаем:

2 (2х + Зх) = 60;
х = 6.

Следовательно, АВ = 12 см, AD = 18 см.

Ответ: 12 см, 18 см.

Признаки параллелограмма

Определение параллелограмма позволяет среди четырехугольников распознавать параллелограммы. Этой же цели служат следующие три теоремы, которые называют признаками параллелограмма.

Теорема 3.1 (обратная теореме 2.1). Если в четырехугольнике каждые две противолежащие стороны равны, то этот четырехугольник — параллелограмм.

Доказательство. На рисунке 29 изображен четырехугольник ABCD, в котором АВ = CD и ВС = AD. Докажем, что четырехугольник ABCD — параллелограмм.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Проведем диагональ АС. Треугольники АВС и CDA равны по третьему признаку равенства треугольников. Отсюда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеУглы 1 и 3 являются накрест лежащими при прямых ВС и AD и секущей АС. Следовательно, Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеАналогично из равенства Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеследует, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Таким образом, в четырехугольнике ABCD каждые две противолежащие стороны параллельны, поэтому этот четырехугольник — параллелограмм.

Теорема 3.2. Если в четырехугольнике две противолежащие стороны равны и параллельны, то этот четырехугольник — параллелограмм.

Доказательство. На рисунке 30 изображен четырехугольник ABCD, в котором ВС = AD и Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеДокажем, что четырехугольник ABCD — параллелограмм.

Проведем диагональ АС. В треугольниках АВС и CDA имеем: ВС = AD по условию, углы 1 и 2 равны как накрест лежащие при параллельных прямых ВС и AD и секущей АС, а сторона АС общая. Следовательно, треугольники АВС и CDA равны по первому признаку равенства треугольников. Отсюда АВ = CD. Значит, в четырехугольнике ABCD каждые две противолежащие стороны равны. Поэтому по теореме 3.1 четырехугольник ABCD — параллелограмм.

Теорема 3.3 (обратная теореме 2.3). Если в четырехугольнике диагонали точкой пересечения делятся пополам, то этот четырехугольник — параллелограмм.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Доказательство. На рисунке 31 изображен четырехугольник ABCD, в котором диагонали АС и BD пересекаются в точке О, причем АО = ОС и ВО = OD. Докажем, что четырехугольник ABCD — параллелограмм.

Поскольку углы ВОС и DOA равны как вертикальные, АО = ОС и ВО = OD, то треугольники ВОС и DOA равны по первому признаку равенства треугольников. Отсюда ВС = AD и Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеУглы 1 и 2 являются накрест лежащими при прямых ВС и AD и секущей АС. Следовательно, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Таким образом, в четырехугольнике ABCD две противолежащие стороны равны и параллельны. По теореме 3.2 четырехугольник ABCD — параллелограмм.

Вы знаете, что треугольник можно однозначно задать его сторонами, то есть задача построения треугольника по трем сторонам имеет единственное решение. Иначе обстоит дело с параллелограммом. На рисунке 32 изображены параллелограммы Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве Неравенство четырехугольника в метрическом пространствестороны которых равны, то есть Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеОднако очевидно, что сами параллелограммы не равны.

Сказанное означает, что если четыре рейки скрепить так, чтобы образовался параллелограмм, то полученная конструкция не будет жесткой.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Это свойство параллелограмма широко используют на практике. Благодаря его подвижности лампу можно устанавливать в удобное для работы положение, а раздвижную решетку — отодвигать на нужное расстояние в дверном проеме (рис. 33).

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

На рисунке 34 изображена схема механизма, являющегося частью паровой машины. При увеличении скорости вращения оси шары отдаляются от нее под действием центробежной силы, тем самым поднимая заслонку, регулирующую количество пара. Механизм назван параллелограммом Уатта в честь изобретателя первой универсальной паровой машины.

Пример №3

Докажите, что если в четырехугольнике каждые два противолежащих угла равны, то этот четырехугольник — параллелограмм.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Решение:

На рисунке 35 изображен четырехугольник ABCD, в котором Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеДокажем, что четырехугольник ABCD — параллелограмм.

По теореме о сумме углов четырехугольника (теорема 1.1) Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеУчитывая, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеполучим: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Поскольку углы А и В — односторонние углы при прямых AD и ВС и секущей АВ, а их сумма равна 180°, то Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Аналогично доказываем, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Следовательно, четырехугольник ABCD — параллелограмм.

Необходимо и достаточно

Из курса геометрии 7 класса вы узнали, что большинство теорем состоят из двух частей: условия (то, что дано) и заключения (то, что требуется доказать).

Если утверждение, выражающее условие, обозначить буквой А, а утверждение, выражающее заключение, — буквой В, то формулировку теоремы можно изобразить следующей схемой: если А, то В.
Например, теорему 2.3 можно сформулировать так:

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Тогда теорему 3.3, обратную теореме 2.3, можно сформулировать так:

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Часто в повседневной жизни в своих высказываниях мы пользуемся словами «необходимо», «достаточно». Приведем несколько примеров.

  • Для того чтобы уметь решать задачи, необходимо знать теоремы.
  • Если вы на математической олимпиаде правильно решили все предложенные задачи, то этого достаточно для того, чтобы занять первое место.

Употребление слов «необходимо» и «достаточно» тесно связано с теоремами.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Условие А является достаточным для заключения В. Вместе с тем делимость числа нацело на 5 (утверждение В) необходима для делимости числа нацело на 10 (утверждение А).

Приведем еще один пример:
Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

В этой теореме утверждение А является достаточным условием для утверждения В, то есть для того, чтобы два угла были равны, достаточно, чтобы они были вертикальными. В этой же теореме утверждение В является необходимым условием для утверждения А, то есть для того, чтобы два угла были вертикальными, необходимо, чтобы они были равны. Отметим, что утверждение В не является достаточным условием для утверждения А. Действительно, если два угла равны, то это совсем не означает, что они вертикальные.

Итак, в любой теореме вида если А, то В утверждение А является достаточным для утверждения В, а утверждение В — необходимым для утверждения А.

Если справедлива не только теорема если А, то В, но и обратная теорема если В, то А, то А является необходимым и достаточным условием для В, а В — необходимым и достаточным условием для А.

Например, теоремы 3.3 и 2.3 являются взаимно обратными. На языке «необходимо — достаточно» этот факт можно сформулировать так: для того чтобы четырехугольник был параллелограммом, необходимо и достаточно, чтобы его диагонали точкой пересечения делились пополам.

Подчеркнем, что если в теореме есть слова «необходимо и достаточно», то она объединяет две теоремы: прямую и обратную (прямой теоремой может быть любая из двух теорем, тогда другая будет обратной). Следовательно, доказательство такой теоремы должно состоять из двух частей: доказательств прямой и обратной теорем. Теорему, объединяющую прямую и обратную теоремы, называют критерием.

Иногда вместо «необходимо и достаточно» говорят «тогда и только тогда». Например, взаимно обратные теоремы 2.1 и 3.1 можно объединить в следующий критерий:

  • четырехугольник является параллелограммом тогда и только тогда, когда каждые две его противолежащие стороны равны.

Сформулируйте самостоятельно теорему 2.2 и ключевую задачу п. 3 в виде теоремы-критерия.

Прямоугольник

Параллелограмм — это четырехугольник, однако очевидно, что не каждый четырехугольник является параллелограммом. В этом случае говорят, что параллелограмм — это отдельный вид четырехугольника. Рисунок 42 иллюстрирует этот факт.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Существуют также отдельные виды параллелограммов.

Определение. Прямоугольником называют параллелограмм, у которого все углы прямые.

На рисунке 43 изображен прямоугольник ABCD.
Из определения следует, что прямоугольник имеет все свойства параллелограмма. В прямоугольнике:

  • противолежащие стороны равны;
  • диагонали точкой пересечения делятся пополам.

Однако прямоугольник имеет свои особые свойства, которыми не обладает параллелограмм, отличный от прямоугольника. Так, из определения следует, что все углы прямоугольника равны. Еще одно свойство прямоугольника выражает следующая теорема.

Теорема 4.1. Диагонали прямоугольника равны.

Доказательство. На рисунке 44 изображен прямоугольник ABCD. Докажем, что его диагонали АС и BD равны.
В прямоугольных треугольниках ABD и DCA катеты АВ и DC равны, а катет AD общий. Поэтому треугольники ABD и DCA равны по двум катетам. Отсюда BD = АС.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Определение прямоугольника позволяет среди параллелограммов распознавать прямоугольники. Этой же цели служат следующие две теоремы, которые называют признаками прямоугольника.

Теорема 4.2. Если один из углов параллелограмма прямой, то этот параллелограмм — прямоугольник.

Докажите эту теорему самостоятельно.

Теорема 4.3. Если диагонали параллелограмма равны, то этот параллелограмм — прямоугольник.

Доказательство. На рисунке 45 изображен параллелограмм ABCD, диагонали АС и BD которого равны. Докажем, что параллелограмм ABCD — прямоугольник.

Рассмотрим треугольники ABD и DCА. У них АВ = CD, BD =АС, AD — общая сторона. Следовательно, эти треугольники равны по третьему признаку равенства треугольников. Отсюда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеЭти углы являются односторонними при параллельных прямых АВ и DC и секущей AD. Таким образом, Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеТогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеПоэтому по теореме 4.2 параллелограмм ABCD — прямоугольник.

Ромб

Вы уже знаете, что прямоугольник — это отдельный вид параллелограмма. Познакомимся еще с одним видом параллелограмма — ромбом.

Определение. Ромбом называют параллелограмм, у которого все стороны равны.

На рисунке 47 изображен ромб ABCD.
Из определения следует, что ромб имеет все свойства параллелограмма. В ромбе:

  • противолежащие углы равны;
  • диагонали точкой пересечения делятся пополам.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Однако ромб имеет и свои особые свойства.

Теорема 5.1. Диагонали ромба перпендикулярны и являются биссектрисами его углов.

Доказательство. На рисунке 48 изображен ромб ABCD, диагонали которого пересекаются в точке О. Докажем, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Поскольку по определению ромба все его стороны равны, то треугольник АВС равнобедренный (АВ = ВС). По свойству диагоналей параллелограмма АО = ОС. Тогда отрезок ВО является медианой треугольника АВС, а значит, и высотой и биссектрисой этого треугольника. Следовательно, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Распознавать ромбы среди параллелограммов позволяют не только определение ромба, но и следующие две теоремы, которые называют признаками ромба.

Теорема 5.2. Если диагонали параллелограмма перпендикулярны, то этот параллелограмм — ромб.

Теорема 5.3. Если диагональ параллелограмма является биссектрисой его угла, то этот параллелограмм — ромб.

Докажите эти теоремы самостоятельно.

Квадрат

Определение. Квадратом называют прямоугольник, у которого все стороны равны.

На рисунке 50 изображен квадрат ABCD.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Из приведенного определения следует, что квадрат — это ромб, у которого все углы равны. Значит, квадрат является отдельным видом и прямоугольника, и ромба. Это иллюстрирует рисунок 51. Поэтому квадрат обладает всеми свойствами прямоугольника и ромба. Отсюда следует, что:

  • все углы квадрата прямые;
  • диагонали квадрата равны, перпендикулярны и являются биссектрисами его углов.

Средняя линия треугольника

Определение. Средней линией треугольника называют отрезок, соединяющий середины двух его сторон.

На рисунке 56 отрезки MN, NE, ЕМ — средние линии треугольника АВС.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Теорема 7.1. Средняя линия треугольника, соединяющая середины двух его сторон, параллельна третьей стороне и равна ее половине.

Доказательство. Пусть MN — средняя линия треугольника АВС (рис. 57). Докажем, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

На прямой MN отметим точку Е так, что MN = NE (рис. 57). Соединим отрезком точки Е и С. Поскольку точка N является серединой отрезка ВС, то BN = NC. Углы 1 и 2 равны как вертикальные. Следовательно, треугольники MBN и ECN равны по первому признаку равенства треугольников. Отсюда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеУчитывая, что AM = ВМ, получим: ЕС = AM. Углы 3 и 4 являются накрест лежащими при прямых АВ и ЕС и секущей ВС. Тогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Таким образом, в четырехугольнике АМЕС стороны AM и ЕС параллельны и равны. Следовательно, по теореме 3.2 четырехугольник АМЕС является параллелограммом. Отсюда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствето есть Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Также ME = АС. Поскольку Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Пример №4

Докажите, что середины сторон четырехугольника являются вершинами параллелограмма.

Решение:

В четырехугольнике ABCD точки М, N, К и Р — середины сторон АВ, ВС, CD и AD соответственно (рис. 58).
Отрезок MN — средняя линия треугольника АВС. По свойству средней линии треугольника Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Отрезок РК — средняя линия треугольника ADC. По свойству средней линии треугольника Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Поскольку Неравенство четырехугольника в метрическом пространствето Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Из равенств Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеполучаем: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Следовательно, в четырехугольнике MNKP стороны MN и РК равны и параллельны, поэтому четырехугольник MNKP — параллелограмм.

Трапеция

Определение. Трапецией называют четырехугольник, у которого две стороны параллельны, а две другие не параллельны.

Каждый из четырехугольников, изображенных на рисунке 62, является трапецией.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Параллельные стороны трапеции называют основаниями, а непараллельные — боковыми сторонами (рис. 63).

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

В трапеции ABCD Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеуглы Аи D называют углами при основании AD, а углы В и С — углами при основании ВС.

Определение. Высотой трапеции называют перпендикуляр, опущенный из любой точки прямой, содержащей одно из оснований, на прямую, содержащую другое основание.

На рисунке 64 каждый из отрезков ВМ, EF, DK, PQ является высотой трапеции ABCD. Длины этих отрезков равны расстоянию между параллельными прямыми ВС и AD. Поэтому ВМ = EF = DK = PQ.

На рисунке 65 изображена трапеция ABCD, у которой боковые стороны АВ и CD равны. Такую трапецию называют равнобокой или равнобедренной.

Если боковая сторона трапеции является ее высотой, то такую трапецию называют прямоугольной (рис. 66).

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Трапеция — это отдельный вид четырехугольника. Связь между четырехугольниками и их отдельными видами показана на рисунке 67.

Определение. Средней линией трапеции называют отрезок, соединяющий середины ее боковых сторон.

На рисунке 68 отрезок MN — средняя линия трапеции ABCD.

Теорема 8.1. Средняя линия трапеции параллельна основаниям и равна половине их суммы.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Доказательство. Пусть MN — средняя линия трапеции ABCD (рис. 69). Докажем, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Проведем прямую BN и точку ее пересечения с прямой AD обозначим буквой Е.

Поскольку точка N — середина отрезка CD, то CN = ND. Углы 1 и 2 равны как вертикальные, а углы 3 и 4 равны как накрест лежащие при параллельных прямых ВС и АЕ и секущей CD. Следовательно, треугольники BCN и EDN равны по второму признаку равенства треугольников. Отсюда ВС = DE и BN = NE. Тогда отрезок MN — средняя линия треугольника АВЕ. Из этого следует, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространствето есть Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеИмеем: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Пример №5 (свойства равнобокой трапеции)

Докажите, что в равнобокой трапеции:

  1. углы при каждом основании равны;
  2. диагонали равны;
  3. высота трапеции, проведенная из вершины тупого угла, делит основание трапеции на два отрезка, меньший из которых равен половине разности оснований, а больший — половине суммы оснований (средней линии трапеции).

Решение:

Рассмотрим равнобокую трапецию ABCD (АВ = CD).
1) Проведем высоты ВМ и СК (рис. 70). Поскольку АВ = CD и ВМ = СК, то прямоугольные треугольники АМВ и DKC равны по катету и гипотенузе. Тогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Имеем: Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеСледовательно, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

2) Рассмотрим треугольники ACD и DBA (рис. 71).

Имеем: АВ = CD, AD — общая сторона, углы BAD и CDA равны как углы при основании равнобокой трапеции. Следовательно, треугольники ACD и DBA равны по двум сторонам и углу между ними. Тогда АС = BD.
3) В четырехугольнике ВМКС (рис. 70) Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеугол ВМК прямой. Следовательно, этот четырехугольник является прямоугольником. Отсюда МК = ВС.
Из равенства треугольников АМВ и DKC следует, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеТогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеНеравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Центральные и вписанные углы

Определение. Центральным углом окружности называют угол с вершиной в центре окружности.

На рисунке 76 угол АОВ — центральный. Стороны этого угла пересекают окружность в точках А и В. Эти точки делят окружность на две дуги, выделенные на рисунке 76 разным цветом.

Точки А и В называют концами дуги, они принадлежат каждой из выделенных дуг. Каждую из этих дуг можно обозначить так: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(читают: «дуга АВ»).

Однако по записи Неравенство четырехугольника в метрическом пространственевозможно отличить дуги на рисунке 76. Если на какой-нибудь из двух дуг отметить точку (на рисунке 77 это точка М), то понятно, что обозначение Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеотносится к «синей» дуге. Если на одной из двух дуг АВ отмечена точка, то договоримся, что обозначение Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеотносится к дуге, которой эта точка не принадлежит (на рисунке 77 это «зеленая» дуга).

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Дуга АВ принадлежит центральному углу АОВ (рис. 77). В этом случае говорят, что центральный угол АОВ опирается на дугу АВ.

Каждая дуга окружности, как и вся окружность, имеет градусную меру. Градусную меру всей окружности считают равной 360°. Если центральный угол MON опирается на дугу MN (рис. 78), то градусную меру дуги MN считают равной градусной мере угла MON и записывают: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(читают: «градусная мера дуги MN равна градусной мере угла MON). Градусную меру дуги MEN (рис. 78) считают равной 360° — Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

На рисунке 79 изображена окружность, в которой проведены два перпендикулярных диаметра АВ и CD.

Тогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеКаждую из дуг АСВ и ADB называют полуокружностью. На рисунке 79 полуокружностями являются также дуги CAD и CBD.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

О хорде, соединяющей концы дуги, говорят, что хорда стягивает дугу. На рисунке 80 хорда АВ стягивает каждую из дуг АВ и АКВ.

Любая хорда стягивает две дуги, сумма градусных мер которых равна 360°.

Определение. Вписанным углом окружности называют угол, вершина которого принадлежит окружности, а стороны пересекают окружность.

На рисунке 81 угол АВС — вписанный. Дуга АС принадлежит этому углу, а дуга АВС — не принадлежит. В таком случае говорят, что вписанный угол АВС опирается на дугу АС. Также можно сказать, что вписанный угол АВС опирается на хорду АС.

Теорема 9.1. Градусная мера вписанного угла равна половине градусной меры дуги, на которую он опирается.

Доказательство. О На рисунке 81 угол АВС вписанный.

Докажем, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Рассмотрим три случая расположения центра О окружности относительно вписанного угла АВС.

Случай 1. Центр О принадлежит одной из сторон угла, например стороне ВС (рис. 82).
Проведем радиус ОА. Центральный угол АОС — внешний угол равнобедренного треугольника АВО (стороны ОА и ОВ равны как радиусы). Тогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеОднако Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеОтсюда Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Случай 2. Центр О принадлежит углу, однако не принадлежит ни одной из его сторон (рис. 83).
Проведем диаметр ВК. Согласно доказанному Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеНеравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Имеем:
Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Случай 3. Центр О не принадлежит углу (рис. 84).
Для третьего случая проведите доказательство самостоятельно.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Следствие 1. Вписанные углы, опирающиеся на одну и ту же дугу, равны (рис. 85).

Следствие 2. Вписанный угол, опирающийся на диаметр (полуокружность), — прямой (рис. 86).

Докажите эти свойства самостоятельно.

Пример №6 (свойство угла между касательной и хордой).

Отрезок АВ — хорда окружности с центром О (рис. 87). Через точку А проведена касательная MN. Докажите, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Решение:

Проведем диаметр AD (рис. 87). Тогда угол В равен 90° как вписанный, опирающийся на диаметр AD. В прямоугольном треугольнике ABD Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеПоскольку MN — касательная, то Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеТогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеПолучаем, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Следовательно, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Имеем:
Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Пример №7

Постройте касательную к данной окружности, проходящую через данную точку, лежащую вне окружности.

Решение:

На рисунке 88 изображены окружность с центром О и точка М, лежащая вне этой окружности.

Пусть X — такая точка окружности, что прямая MX является касательной (рис. 88). Тогда угол МХО прямой. Следовательно, его можно рассматривать как вписанный в окружность с диаметром МО.

Проведенный анализ показывает, как провести построение.

Построим отрезок МО и разделим его пополам (рис. 89). Пусть точка К — его середина. Построим окружность радиуса КО с центром К. Обозначим точки пересечения построенной и данной окружностей буквами Е и F. Тогда каждая из прямых ME и MF является искомой касательной.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Действительно, угол МЕО равен 90° как вписанный угол, опирающийся на диаметр МО. Отрезок ОЕ — радиус данной окружности. Тогда по признаку касательной прямая ME — искомая касательная.

Описанная и вписанная окружности четырехугольника

Определение. Окружность называют описанной около четырехугольника, если она проходит через все его вершины.

На рисунке 103 изображена окружность, описанная около четырехугольника ABCD. В этом случае также говорят, что четырехугольник вписан в окружность.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Теорема 10.1. Если четырехугольник является вписанным в окружность, то сумма его противолежащих углов равна 180°.

Доказательство. Пусть четырехугольник ABCD вписан в окружность (рис. 103). Докажем, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Поскольку углы А и С являются вписанными, то Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Имеем: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве
Аналогично можно показать, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Вы знаете, что около любого треугольника можно описать окружность. Однако не всякий четырехугольник обладает таким свойством. Например, нельзя описать окружность около параллелограмма, отличного от прямоугольника. Распознавать четырехугольники, около которых можно описать окружность, позволяет следующая теорема.

Теорема 10.2 (обратная теореме 10.1). Если в четырехугольнике сумма противолежащих углов равна 180°, то около него можно описать окружность.

Доказательство. Рассмотрим четырехугольник ABCD, в котором Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеДокажем, что около него можно описать окружность.

Предположим, что около этого четырехугольника нельзя описать окружность. Опишем окружность около треугольника ABD. По предположению точка С не принадлежит этой окружности. Поэтому возможны два случая.

Случай 1. Точка С лежит вне описанной окружности треугольника ABD (рис. 104).

Пусть сторона ВС пересекает окружность в точке Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеЧетырехугольник Неравенство четырехугольника в метрическом пространствевписан в окружность. Тогда по теореме 10.1 получаем, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеНо по условию Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеОтсюда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеОднако это равенство выполняться не может, так как по свойству внешнего угла треугольникаНеравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Итак, точка С не может лежать вне окружности, описанной около треугольника ABD.
Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Случай 2. Точка С лежит внутри описанной окружности треугольника ABD (рис. 105). Рассуждая аналогично, можно показать, что точка С не может лежать внутри рассматриваемой окружности. Убедитесь в этом самостоятельно.

Таким образом, предположив, что точка С не принадлежит окружности, описанной около треугольника ABD, мы получили противоречие.

Теорему 10.2 можно рассматривать как признак принадлежности четырех точек одной окружности.

Если четырехугольник вписан в окружность, то существует точка, равноудаленная от всех его вершин (центр описанной окружности). Чтобы найти эту точку, достаточно найти точку пересечения серединных перпендикуляров двух соседних сторон четырехугольника.

Определение. Окружность называют вписанной в четырехугольник, если она касается всех его сторон.

На рисунке 106 изображена окружность, вписанная в четырехугольник ABCD. В этом случае также говорят, что четырехугольник описан около окружности.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Теорема 10.3. Если четырехугольник является описанным около окружности, то суммы его противолежащих сторон равны.

Доказательство. Пусть четырехугольник ABCD описан около окружности (рис. 107). Докажем, что АВ + CD = ВС + AD.

Точки М, N, Р, К — точки касания окружности со сторонами четырехугольника.

Поскольку отрезки касательных, проведенных к окружности через одну точку, равны, то АК =АМ, ВМ = BN, CN = СР, DP = DK. Пусть АК = а, ВМ = b, CN = с, DP = d.

Тогда АВ + CD = a + b + c + d,
ВС + AD = b + c + a + d.

Следовательно, АВ + CD = ВС + AD.

Вы знаете, что в любой треугольник можно вписать окружность. Однако не всякий четырехугольник обладает таким свойством. Например, нельзя вписать окружность в прямоугольник, отличный от квадрата. Распознавать четырехугольники, в которые можно вписать окружность, позволяет следующая теорема.

Теорема 10.4. Если в выпуклом четырехугольнике суммы противолежащих сторон равны, то в него можно вписать окружность.

Доказательство. Рассмотрим выпуклый четырехугольник ABCD, в котором АВ + CD = ВС + AD. Докажем, что в него можно вписать окружность.

Пусть биссектрисы углов А и В пересекаются в точке О (рис. 108). Тогда точка О равноудалена от сторон АВ, ВС и AD. Следовательно, существует окружность с центром в точке О, которая касается этих трех сторон.

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Предположим, что эта окружность не касается стороны CD. Тогда возможны два случая.

Случай 1. Сторона CD не имеет общих точек с построенной окружностью.
Проведем касательную Неравенство четырехугольника в метрическом пространствепараллельно стороне CD (рис. 108). Четырехугольник Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеописан около окружности. Тогда по теореме 10.3 получаем, чтоНеравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Однако по условию
Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Вычтем из равенства (2) равенство (1):
Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Отсюда имеем: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Это равенство противоречит утверждению, доказанному в ключевой задаче п. 1.

Итак, сторона CD должна иметь общие точки с рассматриваемой окружностью.

Случай 2. Сторона CD имеет две общие точки с построенной окружностью.

Рассуждая аналогично, можно показать, что сторона CD не может иметь две общие точки с построенной окружностью. Убедитесь в этом самостоятельно.

Таким образом, предположив, что построенная окружность не касается стороны CD, мы получили противоречие.

Если четырехугольник описан около окружности, то существует точка, равноудаленная от всех его сторон (центр вписанной окружности). Чтобы найти эту точку, достаточно найти точку пересечения биссектрис двух соседних углов этого четырехугольника.

Пример №8 (признак принадлежности четырех точек одной окружности).

Точки А, М, N, В таковы, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространствепричем точки M и N лежат в одной полуплоскости относительно прямой АВ. Докажите, что точки А, М, N, В лежат на одной окружности.

Решение:

Пусть Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеОколо треугольника АМВ опишем окружность (рис. 109). Пусть С — произвольная точка окружности, не принадлежащая дуге АМВ. Тогда четырехугольник АСВМ вписан в окружность. Отсюда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеИмеем: Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеСледовательно, по теореме 10.2 около четырехугольника ACBN можно описать окружность. Поскольку около треугольника АВС можно описать только одну окружность, то этой окружности принадлежат как точка М, так и точка N.

Сумма углов четырехугольника

  • Сумма углов четырехугольника равна 360°.

Параллелограмм

  • Параллелограммом называют четырехугольник, у которого каждые две противолежащие стороны параллельны.

Свойства параллелограмма

  • Противолежащие стороны параллелограмма равны.
  • Противолежащие углы параллелограмма равны.
  • Диагонали параллелограмма точкой пересечения делятся пополам.

Высота параллелограмма

  • Высотой параллелограмма называют перпендикуляр, опущенный из любой точки прямой, содержащей сторону параллелограмма, на прямую, содержащую противолежащую сторону.

Признаки параллелограмма

  • Если в четырехугольнике каждые две противолежащие стороны равны, то этот четырехугольник — параллелограмм.
  • Если в четырехугольнике две противолежащие стороны равны и параллельны, то этот четырехугольник — параллелограмм.
  • Если в четырехугольнике диагонали точкой пересечения делятся пополам, то этот четырехугольник — параллелограмм.

Прямоугольник

  • Прямоугольником называют параллелограмм, у которого все углы прямые.

Особое свойство прямоугольника

  • Диагонали прямоугольника равны.

Признаки прямоугольника

  • Если один из углов параллелограмма прямой, то этот параллелограмм — прямоугольник.
  • Если диагонали параллелограмма равны, то этот параллелограмм — прямоугольник.

Ромб

  • Ромбом называют параллелограмм, у которого все стороны равны.

Особое свойство ромба

  • Диагонали ромба перпендикулярны и являются биссектрисами его углов.

Признаки ромба

  • Если диагонали параллелограмма перпендикулярны, то этот параллелограмм — ромб.
  • Если диагональ параллелограмма является биссектрисой его угла, то этот параллелограмм — ромб.

Квадрат

  • Квадратом называют прямоугольник, у которого все стороны равны.

Средняя линия треугольника

  • Средней линией треугольника называют отрезок, соединяющий середины двух его сторон.

Свойство средней линии треугольника

  • Средняя линия треугольника, соединяющая середины двух его сторон, параллельна третьей стороне и равна ее половине.

Трапеция

  • Трапецией называют четырехугольник, у которого две стороны параллельны, а две другие не параллельны.

Высота трапеции

  • Высотой трапеции называют перпендикуляр, опущенный из любой точки прямой, содержащей одно из оснований, на прямую, содержащую другое основание.

Средняя линия трапеции

  • Средней линией трапеции называют отрезок, соединяющий середины ее боковых сторон.

Свойство средней линии трапеции

  • Средняя линия трапеции параллельна основаниям и равна половине их суммы.

Центральный угол окружности

  • Центральным углом окружности называют угол с вершиной в центре окружности.

Вписанный угол окружности

  • Вписанным углом окружности называют угол, вершина которого принадлежит окружности, а стороны пересекают окружность.

Градусная мера вписанного угла окружности

  • Градусная мера вписанного угла равна половине градусной меры дуги, на которую он опирается.

Свойства вписанных углов

  • Вписанные углы, опирающиеся на одну и ту же дугу, равны.
  • Вписанный угол, опирающийся на диаметр (полуокружность), — прямой.

Окружность, описанная около четырехугольника

  • Окружность называют описанной около четырехугольника, если она проходит через все его вершины.

Свойство четырехугольника, вписанного в окружность

  • Если четырехугольник является вписанным в окружность, то сумма его противолежащих углов равна 180°.

Признак четырехугольника, около которого можно описать окружность

  • Если в четырехугольнике сумма противолежащих углов равна 180°, то около него можно описать окружность.

Окружность, вписанная в четырехугольник

  • Окружность называют вписанной в четырехугольник, если она касается всех его сторон.

Свойство окружности, описанной около четырехугольника

  • Если четырехугольник является описанным около окружности, то суммы его противолежащих сторон равны.

Признак четырехугольника, в который можно вписать окружность

  • Если в выпуклом четырехугольнике суммы противолежащих сторон равны, то в него можно вписать окружность.

Вписанные и описанные четырехугольники

Четырехугольник называют вписанным в окружность, если все его вершины лежат на окружности. Окружность при этом называют описанной около четырехугольника (рис. 92).

Теорема 1 (свойство углов вписанного четырехугольника). Сумма противолежащих углов вписанного четырехугольника равна 180°.

Доказательство:

Пусть в окружность с центром Неравенство четырехугольника в метрическом пространствевписан четырехугольник Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(рис. 92). Тогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(по теореме о вписанном угле).

Поэтому Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеТогда

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Следствие 1. Если около трапеции можно описать окружность, то трапеция равнобокая.

Доказательство:

Пусть трапеция Неравенство четырехугольника в метрическом пространствевписана в окружность, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(рис. 93). Тогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеНо в трапеции Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеПоэтому Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеСледовательно, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— равнобокая трапеция (по признаку равнобокой трапеции).

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Как известно из курса геометрии 7 класса, около любого треугольника можно описать окружность. Для четырехугольников это не так.

Теорема 2 (признак вписанного четырехугольника). Если в четырехугольнике сумма двух противолежащих углов равна 180°, то около него можно описать окружность.

Доказательство:

Пусть в четырехугольнике Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеНеравенство четырехугольника в метрическом пространствеПроведем через точки Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеокружность. Докажем (методом от противного), что вершина Неравенство четырехугольника в метрическом пространствечетырехугольника также будет лежать на этой окружности.

1) Допустим, что вершина Неравенство четырехугольника в метрическом пространствележит внутри круга (рис. 94). Продолжим Неравенство четырехугольника в метрическом пространстведо пересечения с окружностью в точке Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеТогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(по условию) и Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(по свойству углов вписанного четырехугольника). Тогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеНо Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— внешний, a Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— не смежный с ним внутренний угол треугольника Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеПоэтому Неравенство четырехугольника в метрическом пространстведолжен быть больше, чем Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Пришли к противоречию, значит, наше предположение ошибочно, и точка Неравенство четырехугольника в метрическом пространствене может лежать внутри круга.

2) Аналогично можно доказать, что вершина Неравенство четырехугольника в метрическом пространствене может лежать вне круга.

3) Следовательно, точка Неравенство четырехугольника в метрическом пространствележит на окружности, ограничивающей круг (рис. 92), а значит около четырехугольника Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеможно описать окружность.

Следствие 1. Около любого прямоугольника можно описать окружность.

Следствие 2. Около равнобокой трапеции можно описать окружность.

Заметим, что, как и в треугольнике, центром описанной около четырехугольника окружности является точка пересечения серединных перпендикуляров к его сторонам, поскольку она равноудалена от всех его вершин. Например, в прямоугольнике такой точкой является точка пересечения диагоналей.

Четырехугольник называют описанным около окружности, если все его стороны касаются окружности. Окружность при этом называют вписанной в четырехугольник (рис. 95).

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Теорема 3 (свойство сторон описанного четырехугольника). В описанном четырехугольнике суммы противолежащих сторон равны.

Доказательство:

Пусть четырехугольник Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— описанный, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— точки касания (рис. 96). По свойству отрезков касательных, проведенных из одной точки к окружности, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Ha рисунке 96 равные отрезки обозначены одинаковым цветом.

Тогда Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Следовательно, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Как известно из курса геометрии 7 класса, в любой треугольник можно вписать окружность. Для четырехугольников это не так.

Теорема 4 (признак описанного четырехугольника). Если в четырехугольнике суммы противолежащих сторон равны, то в этот четырехугольник можно вписать окружность.

Доказательство этой теоремы является достаточно громоздким, поэтому его не приводим.

Следствие. В любой ромб можно вписать окружность.

Как и в треугольнике, центром окружности, вписанной в четырехугольник, является точка пересечения биссектрис его углов. Так как диагонали ромба являются биссектрисами его углов, то центр вписанной в ромб окружности — точка пересечения диагоналей.

Теорема Фалеса

Теорема Фалеса. Если параллельные прямые, пересекающие стороны угла, отсекают на одной его стороне равные отрезки, то они отсекают равные отрезки и на другой его стороне.

Доказательство:

Пусть параллельные прямые Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве Неравенство четырехугольника в метрическом пространствепересекают стороны угла с вершиной Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(рис. 101), при этом Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеДокажем, что Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

1) Проведем через точки Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространствепрямые Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространствепараллельные прямой Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(по условию), Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(как соответственные углы при параллельных прямых Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(как соответственные углы при параллельных прямых Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеПоэтому

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(по стороне и двум прилежащим к ней углам), а значит, Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве(как соответственные стороны равных треугольников).

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

2) Четырехугольник Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— параллелограмм (по построению). Поэтому Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеАналогично Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве-параллелограмм, поэтому Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Таким образом, Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеследовательно Неравенство четырехугольника в метрическом пространствечто и требовалось доказать.

Следствие. Параллельные прямые, пересекающие две данные прямые и отсекающие на одной из них равные отрезки, отсекают равные отрезки и на другой прямой.

С помощью линейки без делений по теореме Фалеса возможно разделить отрезок на любое количество равных частей.

Пример №9

Разделите отрезок Неравенство четырехугольника в метрическом пространствена б равных частей.

Решение:

1) Пусть Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— данный отрезок (рис. 102). Проведем произвольный луч Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи отложим на нем циркулем последовательно 6 отрезков: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

2) Через точки Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеи Неравенство четырехугольника в метрическом пространствепроведем прямую.

3) Через точки Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве— с помощью угольника и линейки проведем прямые, параллельные прямой Неравенство четырехугольника в метрическом пространствеТогда по теореме Фалеса эти прямые разделят отрезок АВ на 6 равных частей: Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Фалес Милетский — древнегреческий математик и астроном. По давней традиции его считают одним из так называемых семи мудрецов света, ведь он был одним из самых выдающихся математиков своего времени.

В молодые годы любознательный юноша отправился путешествовать по Египту с целью познакомиться с египетской культурой и Фалес не только быстро изучил то, что в то время уже было известно египетским ученым, но и сделал ряд собственных научных открытий. Он самостоятельно определил высоту египетских пирамид по длине их тени, чем очень удивил египетского фараона Амазиса, а вернувшись на родину, создал в Милети философскую школу.

По мнению историков Фалес был первым, кто познакомил греков с геометрией и стал первым греческим астрономом. Он предсказал солнечное затмение, произошедшее 28 мая 585 года до н. э.

На гробнице Фалеса высечена надпись: «Насколько мала эта гробница, настолько велика слава этого царя астрономов в области звезд».

Неравенство четырехугольника в метрическом пространстве

Рекомендую подробно изучить предметы:
  • Геометрия
  • Аналитическая геометрия
  • Начертательная геометрия
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Четырехугольники и окружность
  • Параллелограмм, его свойства и признаки
  • Площадь параллелограмма
  • Прямоугольник и его свойства
  • Сумма углов треугольника
  • Внешний угол треугольника
  • Свойство точек биссектрисы угла
  • Свойство катета прямоугольного треугольника, лежащего против угла в 30°

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

🌟 Видео

Аксиомы метрикиСкачать

Аксиомы метрики

Метрические пространства | шары и сферыСкачать

Метрические пространства | шары и сферы

Неравенство Коши — Буняковского | Ботай со мной #049 | Борис Трушин |Скачать

Неравенство Коши — Буняковского | Ботай со мной #049 | Борис Трушин |

Шапошников С. В. - Математический анализ II - Пространство R^nСкачать

Шапошников С. В. - Математический анализ II - Пространство R^n

Как проверить, что функция метрикаСкачать

Как проверить, что функция метрика

Гармонический анализ 5. Пространства Lp. Неравенства Гёльдера и Минковского.Скачать

Гармонический анализ 5. Пространства Lp. Неравенства Гёльдера и Минковского.

09.09.2023 Практика 2. Метрические пространстваСкачать

09.09.2023 Практика 2. Метрические пространства

Панин А.А. - Функциональный анализ.Часть 1 - 10. Метрические пространства. Часть 2Скачать

Панин А.А. - Функциональный анализ.Часть 1 - 10. Метрические пространства. Часть 2

Подобие треугольников. Признаки подобия треугольников (часть 1) | МатематикаСкачать

Подобие треугольников. Признаки подобия треугольников (часть 1) | Математика

Шапошников С. В. - Математический анализ II - Сходимость, полнота, нормированные пространстваСкачать

Шапошников С. В. - Математический анализ II - Сходимость, полнота, нормированные пространства

[Функциональный анализ] 1 Метрические пространства (семинар)Скачать

[Функциональный анализ] 1 Метрические пространства (семинар)

Метрические пространства, в малом совпадающие с плоскостьюСкачать

Метрические пространства, в малом совпадающие с плоскостью

Метрические пространства // Иван ЯщенкоСкачать

Метрические пространства // Иван Ященко

ЧАПЛЫГА: ЗАПАД ВЕДЁТ УКРАИНУ К ПОРАЖЕНИЮ? УПРАВА НА ОРБАНА, КОНЕЦ БЕСОГОНА, КЛИНЦЫ ПЫЛАЮТСкачать

ЧАПЛЫГА: ЗАПАД ВЕДЁТ УКРАИНУ К ПОРАЖЕНИЮ? УПРАВА НА ОРБАНА, КОНЕЦ БЕСОГОНА, КЛИНЦЫ ПЫЛАЮТ
Поделиться или сохранить к себе: