Lecția VI.11 conține următoarele grupuri de exerciții:

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

În \( \triangle ABC \), considerăm \( \triangle BDF \) și \( \triangle CEF \). Ipoteză: \( BF \equiv CF \), \( DF \equiv EF \), \( BE \cap CD = \{F\} \). Comparăm \( \triangle BDF \) și \( \triangle CEF \):\[ \begin{cases} BF \equiv CF \text{ (ip.)} \\ \sphericalangle BFD \equiv \sphericalangle CFE \text{ (unghiuri opuse la vârf)} \\ DF \equiv EF \text{ (ip.)} \end{cases} \]\[ \xrightarrow{LUL} \triangle BDF \equiv \triangle CEF \]Din congruența triunghiurilor rezultă congruența laturilor omoloage:\[ \implies BD \equiv CE \]

Rezolvare detaliată

Identificarea elementelor geometrice

În triunghiul \( ABC \), avem punctele \( D \in AB \) și \( E \in AC \). Segmentele \( BE \) și \( CD \) se intersectează în punctul \( F \). Din ipoteză cunoaștem următoarele congruențe: - \( BF \equiv CF \) - \( DF \equiv EF \)
Desenează un triunghi ABC cu baza BC orizontală. Marchează un punct D pe latura AB și un punct E pe latura AC. Trasează segmentele BE și CD care se intersectează în interiorul triunghiului în punctul F. Marchează segmentele BF și CF ca fiind egale (cu două liniuțe) și segmentele DF și EF ca fiind egale (cu o liniuță).

Identificarea triunghiurilor pentru demonstrație

Pentru a demonstra că \( BD \equiv CE \), trebuie să găsim două triunghiuri care conțin aceste segmente și să demonstrăm că sunt congruente. Triunghiurile cele mai potrivite sunt \( \triangle BDF \) și \( \triangle CEF \).

Aplicarea criteriului de congruență LUL

Vom compara elementele triunghiurilor \( \triangle BDF \) și \( \triangle CEF \): 1. Laturi: Din ipoteză avem \( BF \equiv CF \) și \( DF \equiv EF \). 2. Unghiuri: Unghiurile \( \sphericalangle BFD \) și \( \sphericalangle CFE \) sunt unghiuri opuse la vârf, formate de intersecția dreptelor \( BE \) și \( CD \). Prin urmare, ele sunt congruente: \( \sphericalangle BFD \equiv \sphericalangle CFE \). Folosind cazul de congruență Latură-Unghi-Latură (LUL), putem scrie: \[ \begin{cases} BF \equiv CF \text{ (ipoteză)} \\ \sphericalangle BFD \equiv \sphericalangle CFE \text{ (opuse la vârf)} \\ DF \equiv EF \text{ (ipoteză)} \end{cases} \implies \triangle BDF \equiv \triangle CEF \]

Concluzia demonstrației

Deoarece triunghiurile \( \triangle BDF \) și \( \triangle CEF \) sunt congruente, rezultă că toate elementele lor omoloage sunt congruente. În special, laturile care se opun unghiurilor congruente de la vârf sunt egale: \( BD \equiv CE \).

Rezolvare scurtă:

\( \triangle BDF \) și \( \triangle CEF \): \( BF \equiv CF \text{ (ip.)} \) \( \sphericalangle BFD \equiv \sphericalangle CFE \text{ (op. la vârf)} \) \( DF \equiv EF \text{ (ip.)} \) \( \xrightarrow{LUL} \triangle BDF \equiv \triangle CEF \implies BD \equiv CE \)

Cele mai importante aspecte ale lecției

  • Metoda triunghiurilor congruente: Pentru a demonstra că segmente sau unghiuri sunt egale, le integrăm în două triunghiuri și demonstrăm că triunghiurile sunt congruente.
  • Triunghiul isoscel: Are laturile egale \(\iff\) are unghiurile de la bază egale.
  • Bisectoarea: Orice punct de pe bisectoare se află la distanțe egale față de laturile unghiului (și invers).
  • Mediatoarea: Orice punct de pe mediatoare se află la distanțe egale de capetele segmentului (și invers).
Pentru a demonstra că două segmente sau două unghiuri sunt congruente, se folosește adesea metoda triunghiurilor congruente. Aceasta se bazează pe faptul că, în două triunghiuri congruente, elementele corespunzătoare (laturi și unghiuri) sunt congruente.
Raționamentul presupune parcurgerea următoarelor etape:
Se identifică două triunghiuri care conțin ca elemente laturile sau unghiurile a căror congruență trebuie demonstrată.
Se demonstrează congruența celor două triunghiuri folosind unul dintre cazurile cunoscute (LUL, ULU, LLL pentru oarecare sau CC, CU, IC, IU pentru dreptunghice).
Pe baza definiției triunghiurilor congruente, se concluzionează că toate elementele corespunzătoare sunt congruente, inclusiv cele cerute în problemă.
Folosind metoda triunghiurilor congruente, se pot demonstra două proprietăți fundamentale referitoare la triunghiul isoscel, care sunt reciproce una alteia:
Teorema directă: Dacă un triunghi este isoscel, atunci el are unghiurile de la bază congruente.
Teorema reciprocă: Dacă un triunghi are două unghiuri congruente, atunci triunghiul este isoscel.
Cele două teoreme pot fi restrânse într-o singură afirmație echivalentă: Un triunghi este isoscel dacă și numai dacă are două unghiuri congruente. \[ \triangle ABC \text{ oarecare, } AB \equiv AC \iff \measuredangle B \equiv \measuredangle C \]
În triunghiul \( DEF \), se știe că \( \measuredangle D = 50^\circ \) și \( \measuredangle E = 50^\circ \). Ce fel de triunghi este \( DEF \)?
Deoarece triunghiul are două unghiuri congruente (\( \measuredangle D \equiv \measuredangle E \)), conform teoremei reciproce a triunghiului isoscel, triunghiul \( DEF \) este isoscel, având laturile opuse acestor unghiuri congruente: \( EF \equiv DF \).
Distanța de la un punct la o dreaptă se măsoară întotdeauna pe perpendiculara dusă din acel punct pe dreaptă.
Teoremă: Un punct este situat pe bisectoarea unui unghi dacă și numai dacă este egal depărtat de laturile unghiului.
Un unghi XOY tăiat de bisectoarea sa, OP. Din punctul P (aflat pe bisectoare) sunt coborâte două perpendiculare: PA pe latura OX și PB pe latura OY. Segmentele PA și PB sunt evidențiate pentru a arăta că sunt congruente (egale ca lungime).
Această teoremă include două afirmații:
  • Directă: Dacă \( P \) aparține bisectoarei unghiului \( \measuredangle XOY \), iar \( PA \perp OX \) și \( PB \perp OY \), atunci \( PA \equiv PB \).
  • Reciprocă: Dacă un punct \( P \) din interiorul unghiului respectă condiția \( PA \equiv PB \) (unde \( PA \) și \( PB \) sunt distanțele la laturi), atunci semi-dreapta \( OP \) este bisectoarea unghiului.
Teoremă: Un punct este situat pe mediatoarea unui segment dacă și numai dacă este egal depărtat de capetele segmentului.
Un segment AB și mediatoarea sa, dreapta d, care cade perpendicular pe mijlocul segmentului AB. Un punct M este ales oriunde pe dreapta d. Segmentele MA și MB sunt trasate, formând un triunghi isoscel MAB. Laturile MA și MB sunt marcate ca fiind congruente.
La fel ca la bisectoare, și aici există o dublă implicație:
  • Directă: Dacă \( d \) este mediatoarea segmentului \( AB \) și \( M \in d \), atunci \( MA \equiv MB \).
  • Reciprocă: Dacă un punct \( M \) respectă relația \( MA \equiv MB \), atunci punctul \( M \) se află obligatoriu pe mediatoarea segmentului \( AB \).

Probleme de antrenament

Nivel Ușor: Fie \( AB \) un segment cu lungimea de \( 10 \text{ cm} \) și \( d \) mediatoarea sa. Un punct \( M \) este situat pe dreapta \( d \) astfel încât distanța de la \( M \) la \( A \) este de \( 13 \text{ cm} \). Care este lungimea segmentului \( MB \)?
Conform proprietății mediatoarei unui segment, orice punct de pe mediatoare este egal depărtat de capetele segmentului.
Deoarece \( M \in d \) (mediatoarea lui \( AB \)), rezultă că \( MA \equiv MB \).
Prin urmare, \( MB = MA = 13 \text{ cm} \).
Nivel Mediu: Fie unghiul \( \measuredangle XOY \) și \( P \) un punct pe bisectoarea acestuia. Fie \( A \in OX \) și \( B \in OY \) astfel încât \( PA \perp OX \) și \( PB \perp OY \). Dacă \( PA = 2x - 5 \) și \( PB = x + 7 \), determinați valoarea lui \( x \) și lungimea distanței de la \( P \) la laturile unghiului.
Conform proprietății bisectoarei, un punct aflat pe bisectoare este egal depărtat de laturile unghiului.
Deoarece \( PA \perp OX \) și \( PB \perp OY \), rezultă că distanțele sunt \( PA \) și \( PB \).
Avem \( PA \equiv PB \implies 2x - 5 = x + 7 \).
Rezolvând ecuația: \( 2x - x = 7 + 5 \implies x = 12 \).
Distanța este: \( PA = 2(12) - 5 = 24 - 5 = 19 \).
Răspuns: \( x = 12 \), distanța este \( 19 \).
Nivel Dificil: Fie triunghiul isoscel \( ABC \) cu \( AB \equiv AC \). Fie \( M \) mijlocul laturii \( BC \). Fără a folosi proprietățile liniilor importante în triunghiul isoscel, ci aplicând exclusiv metoda triunghiurilor congruente, demonstrați că dreapta \( AM \) este mediatoarea segmentului \( BC \).
Pentru a demonstra că \( AM \) este mediatoarea lui \( BC \), trebuie să arătăm că trece prin mijlocul lui \( BC \) (dat din ipoteză, \( BM \equiv MC \)) și că este perpendiculară pe \( BC \) (\( AM \perp BC \)).
Comparăm \( \triangle ABM \) cu \( \triangle ACM \): \[ \begin{cases} AB \equiv AC \text{ (din ipoteză)} \\ BM \equiv CM \text{ (M este mijlocul lui BC)} \\ AM \equiv AM \text{ (latură comună)} \end{cases} \] Conform cazului LLL (Latură-Latură-Latură), obținem \( \triangle ABM \equiv \triangle ACM \).
Din congruența triunghiurilor, deducem că unghiurile corespondente sunt congruente: \( \measuredangle AMB \equiv \measuredangle AMC \).
Deoarece punctele \( B, M, C \) sunt coliniare, cele două unghiuri sunt suplementare: \( \measuredangle AMB + \measuredangle AMC = 180^\circ \).
Cum ele sunt egale, fiecare are \( 180^\circ : 2 = 90^\circ \). Prin urmare, \( AM \perp BC \).
Deoarece \( AM \perp BC \) și \( M \) este mijlocul lui \( BC \), rezultă că \( AM \) este mediatoarea segmentului \( BC \).

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: