Lecția VI.2.3 conține următoarele grupuri de exerciții:

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

\( C, D \in \mathcal{C}_1(A, r) \implies AC = AD = r \) \( C, D \in \mathcal{C}_2(B, r) \implies BC = BD = r \) \( \implies AC = AD = BC = BD = r \)
a)
și b)
În \( \triangle ABC \) și \( \triangle ABD \):\[ \begin{cases} AC \equiv AD = r \\ BC \equiv BD = r \\ AB \text{ latură comună} \end{cases} \xrightarrow{LLL} \triangle ABC \equiv \triangle ABD \]\[ \triangle ABC \equiv \triangle ABD \implies \sphericalangle CAB \equiv \sphericalangle DAB \implies AB \text{ bisectoarea } \sphericalangle CAD \]\[ \triangle ABC \equiv \triangle ABD \implies \sphericalangle CBA \equiv \sphericalangle DBA \implies BA \text{ bisectoarea } \sphericalangle CBD \]
c)
și d)
În \( \triangle ACD \) și \( \triangle BCD \):\[ \begin{cases} AC \equiv BC = r \\ AD \equiv BD = r \\ CD \text{ latură comună} \end{cases} \xrightarrow{LLL} \triangle ACD \equiv \triangle BCD \]\[ \triangle ACD \equiv \triangle BCD \implies \sphericalangle ACD \equiv \sphericalangle BCD \implies CD \text{ bisectoarea } \sphericalangle ACB \]\[ \triangle ACD \equiv \triangle BCD \implies \sphericalangle ADC \equiv \sphericalangle BDC \implies DC \text{ bisectoarea } \sphericalangle ADB \]

Rezolvare detaliată

Pasul 1: Identificarea elementelor figurii

Din enunț, avem două cercuri cu aceeași rază \( r \). - Cercul \( \mathcal{C}_1 \) are centrul în \( A \), deci orice punct de pe el se află la distanța \( r \) de \( A \). Rezultă \( AC = AD = r \). - Cercul \( \mathcal{C}_2 \) are centrul în \( B \), deci orice punct de pe el se află la distanța \( r \) de \( B \). Rezultă \( BC = BD = r \). De aici observăm că \( AC = AD = BC = BD = r \).
Desenează segmentul orizontal AB. Folosind compasul cu o deschidere r, trasează un cerc cu centrul în A și un cerc cu centrul în B. Notează punctele de intersecție ale cercurilor cu C (sus) și D (jos). Unește A cu C, A cu D, B cu C și B cu D. Trasează segmentul CD.

Pasul 2: Demonstrarea congruenței triunghiurilor ABC și ABD

Vom compara triunghiurile \( \triangle ABC \) și \( \triangle ABD \) pentru a demonstra punctele a) și b): \[ \begin{cases} AC \equiv AD \text{ (raze în } \mathcal{C}_1) \\ BC \equiv BD \text{ (raze în } \mathcal{C}_2) \\ AB \equiv AB \text{ (latură comună)} \end{cases} \xrightarrow{LLL} \triangle ABC \equiv \triangle ABD \] Din această congruență, deducem egalitatea unghiurilor omoloage: - \( \sphericalangle CAB \equiv \sphericalangle DAB \implies [AB \) este bisectoarea \( \sphericalangle CAD \). - \( \sphericalangle CBA \equiv \sphericalangle DBA \implies [BA \) este bisectoarea \( \sphericalangle CBD \).

Pasul 3: Demonstrarea congruenței triunghiurilor ACD și BCD

Pentru punctele c) și d), observăm că triunghiurile \( \triangle ACD \) și \( \triangle BCD \) sunt isoscele deoarece au câte două laturi egale cu \( r \). Mai mult, deoarece toate cele patru laturi sunt egale (\( AC=AD=BC=BD \)), patrulaterul \( ACBD \) este un romb. Să comparăm \( \triangle ACD \) și \( \triangle BCD \): \[ \begin{cases} AC \equiv BC \text{ (ambele sunt egale cu } r) \\ AD \equiv BD \text{ (ambele sunt egale cu } r) \\ CD \equiv CD \text{ (latură comună)} \end{cases} \xrightarrow{LLL} \triangle ACD \equiv \triangle BCD \] Din această congruență, deducem: - \( \sphericalangle ACD \equiv \sphericalangle BCD \implies [CD \) este bisectoarea \( \sphericalangle ACB \). - \( \sphericalangle ADC \equiv \sphericalangle BDC \implies [DC \) este bisectoarea \( \sphericalangle ADB \).

Pasul 4: Concluzie

Prin metoda triunghiurilor congruente (cazul Latură-Latură-Latură), am demonstrat că semidreptele menționate împart unghiurile respective în două unghiuri congruente, fiind astfel bisectoare.

Rezolvare scurtă:

\( AC=AD=BC=BD=r \). a, b) \( \triangle ABC \equiv \triangle ABD \) (LLL: \( AC=AD, BC=BD, AB=AB \)) \( \implies \sphericalangle CAB = \sphericalangle DAB \) (\( AB \) bisectoarea \( \sphericalangle CAD \)) și \( \sphericalangle CBA = \sphericalangle DBA \) (\( BA \) bisectoarea \( \sphericalangle CBD \)). c, d) \( \triangle ACD \equiv \triangle BCD \) (LLL: \( AC=BC, AD=BD, CD=CD \)) \( \implies \sphericalangle ACD = \sphericalangle BCD \) (\( CD \) bisectoarea \( \sphericalangle ACB \)) și \( \sphericalangle ADC = \sphericalangle BDC \) (\( DC \) bisectoarea \( \sphericalangle ADB \)).

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: