Lecția VI.3.2 conține următoarele grupuri de exerciții:

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

a)
Două bisectoare sunt și înălțimi
Fie \( AD \) bisectoarea \( \measuredangle A \) și înălțime în \( \Delta ABC \). În \( \Delta ABD \) și \( \Delta ACD \): \( \measuredangle BAD = \measuredangle CAD \) \( AD = AD \) (latura comună) \( \measuredangle ADB = \measuredangle ADC = 90^{\circ} \) \( \implies \Delta ABD \equiv \Delta ACD \) (ULU) \( \implies AB = AC \). Fie \( BE \) bisectoarea \( \measuredangle B \) și înălțime în \( \Delta ABC \). Analog, \( \Delta BAE \equiv \Delta BCE \implies BA = BC \). \( AB = AC \) și \( AB = BC \implies AB = AC = BC \implies \Delta ABC \) echilateral.
b)
Două mediane sunt și înălțimi
Fie \( AM \) mediana corespunzătoare \( BC \) și înălțime. \( AM \perp BC \) și \( BM = MC \implies AM \) este mediatoarea \( BC \). \( \implies AB = AC \). Fie \( BN \) mediana corespunzătoare \( AC \) și înălțime. \( BN \perp AC \) și \( AN = NC \implies BN \) este mediatoarea \( AC \). \( \implies BA = BC \). \( AB = AC = BC \implies \Delta ABC \) echilateral.
c)
Două bisectoare sunt și mediane
Într-un triunghi, dacă bisectoarea unui unghi coincide cu mediana laturii opuse, atunci triunghiul este isoscel. Bisectoarea din \( A \) este mediană \( \implies AB = AC \). Bisectoarea din \( B \) este mediană \( \implies BA = BC \). \( AB = AC = BC \implies \Delta ABC \) echilateral.

Rezolvare detaliată

Pasul 1: Identificarea proprietăților fundamentale

Vom folosi o proprietate cheie a triunghiului isoscel: dacă într-un triunghi o linie importantă (bisectoare, înălțime sau mediană) coincide cu o altă linie importantă plecând din același vârf, atunci triunghiul este isoscel, având laturile adiacente vârfului respectiv congruente.

a) Dacă două bisectoare sunt și înălțimi

Pasul 2: Demonstrarea congruenței laturilor pentru prima bisectoare

Fie \( \Delta ABC \) în care bisectoarea din \( A \) (notată \( AD \)) este și înălțime (\( AD \perp BC \)). În \( \Delta ABD \) și \( \Delta ACD \), avem: - \( \measuredangle BAD = \measuredangle CAD \) (din definitia bisectoarei) - \( AD \) latură comună - \( \measuredangle ADB = \measuredangle ADC = 90^\circ \) Conform cazului ULU, \( \Delta ABD \equiv \Delta ACD \), deci \( AB = AC \). Rezultă că \( \Delta ABC \) este isoscel.

Pasul 3: Demonstrarea congruenței pentru a doua bisectoare și concluzia

Fie bisectoarea din \( B \) (notată \( BE \)) care este și înălțime (\( BE \perp AC \)). Analog, prin congruența triunghiurilor \( \Delta BAE \) și \( \Delta BCE \) (cazul ULU), obținem \( BA = BC \). Din \( AB = AC \) și \( AB = BC \), rezultă \( AB = AC = BC \). Prin urmare, \( \Delta ABC \) este echilateral.

b) Dacă două mediane sunt și înălțimi

Pasul 4: Aplicarea proprietăților mediatoarei

Dacă mediana din \( A \) (notată \( AM \)) este și înălțime, atunci \( AM \) este mediatoarea laturii \( BC \). Orice punct de pe mediatoare este egal depărtat de capetele segmentului, deci \( AB = AC \). Triunghiul este isoscel.

Pasul 5: Extinderea la a doua mediană

Dacă mediana din \( B \) (notată \( BN \)) este și înălțime, ea este mediatoarea laturii \( AC \), deci \( BA = BC \). Deoarece \( AB = AC \) și \( BA = BC \), avem \( AB = AC = BC \), deci \( \Delta ABC \) este echilateral.

c) Dacă două bisectoare sunt și mediane

Pasul 6: Demonstrarea folosind congruența LUL

Dacă bisectoarea \( AD \) este și mediană, atunci \( BD = DC \) și \( \measuredangle BAD = \measuredangle CAD \). Deși cazul LUL nu se aplică direct cu aceste elemente, știm din proprietățile triunghiului că dacă bisectoarea coincide cu mediana, triunghiul este isoscel cu \( AB = AC \).

Pasul 7: Finalizarea demonstrației

Dacă și bisectoarea din \( B \) este mediană, atunci \( BA = BC \). Din cele două relații (\( AB = AC \) și \( AB = BC \)), obținem \( AB = AC = BC \), ceea ce înseamnă că \( \Delta ABC \) are toate laturile egale, deci este echilateral.

Rezolvare scurtă:

a) \( AD \) bisect. + înălț. \( \implies \Delta ABD \equiv \Delta ACD \) (ULU) \( \implies AB=AC \). \( BE \) bisect. + înălț. \( \implies \Delta BAE \equiv \Delta BCE \) \( \implies BA=BC \). \( AB=AC=BC \implies \Delta ABC \) echilateral. b) \( AM \) med. + înălț. \( \implies AM \) mediatoare \( BC \implies AB=AC \). \( BN \) med. + înălț. \( \implies BN \) mediatoare \( AC \implies BA=BC \). \( AB=AC=BC \implies \Delta ABC \) echilateral. c) Bisect. = Med. \( \implies \Delta \) isoscel. Din \( A: AB=AC \). Din \( B: BA=BC \). \( AB=AC=BC \implies \Delta ABC \) echilateral.

Cele mai importante aspecte ale lecției

  • Triunghi echilateral: Are laturile egale și unghiurile de \( 60^\circ \). Un triunghi isoscel cu un unghi de \( 60^\circ \) devine echilateral. Aici, medianele, bisectoarele, înălțimile și mediatoarele coincid.
  • Teorema medianei: În orice triunghi dreptunghic, mediana pe ipotenuză este \( \frac{\text{ipotenuză}}{2} \).
  • Teorema unghiului de 30°: În triunghiul dreptunghic, cateta de vizavi de unghiul de \( 30^\circ \) este \( \frac{\text{ipotenuză}}{2} \).
Triunghiul echilateral este triunghiul care are toate laturile congruente. Pe lângă definiție, există și alte modalități de a demonstra că un triunghi este echilateral.
Dacă un triunghi are toate unghiurile congruente, atunci triunghiul este echilateral.
Dacă un triunghi are două unghiuri cu măsura egală cu \( 60^\circ \), atunci triunghiul este echilateral.
Dacă un triunghi isoscel are un unghi (oarecare) cu măsura egală cu \( 60^\circ \), atunci triunghiul este echilateral.
În triunghiul \( ABC \) se știe că \( AB = AC \) și \( \measuredangle C = 60^\circ \). Este triunghiul \( ABC \) echilateral?
Deoarece \( AB = AC \), triunghiul \( ABC \) este isoscel. Conform regulii de mai sus, un triunghi isoscel care are un unghi de \( 60^\circ \) (în acest caz \( \measuredangle C \)) este echilateral. Deci, răspunsul este da.
Dacă un triunghi este deja cunoscut ca fiind echilateral, el beneficiază de următoarele proprietăți esențiale:
Toate unghiurile unui triunghi echilateral sunt congruente și fiecare are măsura de \( 60^\circ \).
Într-un triunghi echilateral, bisectoarea oricărui unghi, înălțimea, mediatoarea și mediana corespunzătoare laturii opuse acelui unghi coincid. (Liniile importante din triunghi se suprapun).
Deoarece liniile importante coincid, într-un triunghi echilateral, centrul cercului înscris, ortocentrul, centrul cercului circumscris și centrul de greutate se află toate în același punct (coincid).
Fie triunghiul echilateral \( MNP \). Se trasează înălțimea \( MQ \) corespunzătoare laturii \( NP \). Ce măsură are unghiul \( \measuredangle NMQ \)?
Deoarece \( MNP \) este echilateral, unghiul \( \measuredangle NMP \) are \( 60^\circ \). În triunghiul echilateral, înălțimea \( MQ \) este și bisectoare pentru unghiul \( \measuredangle NMP \). Astfel, \( MQ \) împarte unghiul de \( 60^\circ \) în două părți egale: \( 60^\circ : 2 = 30^\circ \). Măsura unghiului \( \measuredangle NMQ \) este \( 30^\circ \).
Această teoremă se aplică strict în cazul triunghiurilor dreptunghice și vizează doar mediana dusă din unghiul drept.
Dacă un triunghi este dreptunghic, atunci lungimea medianei corespunzătoare ipotenuzei este egală cu jumătate din lungimea ipotenuzei. \[ AM = \frac{BC}{2} \] (unde \( A \) este unghiul drept, iar \( BC \) este ipotenuza).
Un triunghi dreptunghic ABC având unghiul drept în vârful A. Din A este trasată mediana AM pe ipotenuza BC. Segmentele AM, BM și MC sunt marcate cu același simbol grafic, ilustrând că sunt congruente (AM = BC/2).
Reciproca teoremei medianei: Dacă într-un triunghi lungimea unei mediane este jumătate din lungimea laturii pe care cade, atunci triunghiul este dreptunghic (și are unghiul drept în vârful din care pornește mediana).
Într-un triunghi dreptunghic, dacă măsura unui unghi este de \( 30^\circ \), atunci lungimea catetei care se opune acestui unghi este egală cu jumătate din lungimea ipotenuzei.
Dacă triunghiul \( ABC \) are \( \measuredangle A = 90^\circ \) și \( \measuredangle C = 30^\circ \), atunci cateta opusă unghiului \( C \) este \( AB \). Conform teoremei: \( AB = \frac{BC}{2} \).

Probleme de antrenament

Ușoară: Într-un triunghi dreptunghic, ipotenuza are lungimea de \( 18 \text{ cm} \). Calculați lungimea medianei duse din vârful unghiului drept.
Conform teoremei medianei, într-un triunghi dreptunghic, mediana corespunzătoare ipotenuzei este jumătate din ipotenuză. \[ \text{Mediana} = \frac{\text{Ipotezuna}}{2} = \frac{18}{2} = 9 \text{ cm} \]
Medie: Triunghiul \( DEF \) are \( \measuredangle D = 90^\circ \) și \( \measuredangle E = 60^\circ \). Știind că lungimea ipotenuzei \( EF \) este de \( 24 \text{ cm} \), aflați lungimea catetei \( DF \).
Suma măsurilor unghiurilor ascuțite într-un triunghi dreptunghic este \( 90^\circ \). \[ \measuredangle F = 90^\circ - 60^\circ = 30^\circ \] Cateta opusă unghiului de \( 30^\circ \) (\( \measuredangle F \)) este cateta \( DE \). Conform teoremei unghiului de \( 30^\circ \): \[ DE = \frac{EF}{2} = \frac{24}{2} = 12 \text{ cm} \] Atenție: S-a cerut aflarea catetei \( DF \), nu \( DE \). Pentru a afla \( DF \), am avea nevoie de Teorema lui Pitagora, care ne-ar da \( DF = \sqrt{24^2 - 12^2} = 12\sqrt{3} \text{ cm} \). Alternativ, dacă cerința se referea la cateta mai scurtă (\( DE \)), răspunsul este \( 12 \text{ cm} \).
Dificilă: Fie \( ABC \) un triunghi isoscel cu baza \( BC \). Se știe că \( \measuredangle A = 60^\circ \), iar perimetrul triunghiului este de \( 36 \text{ cm} \). Dacă \( AD \perp BC \) (\( D \in BC \)), aflați lungimea segmentului \( BD \).
Pasul 1: Deoarece triunghiul \( ABC \) este isoscel cu un unghi de \( 60^\circ \), deducem că el este echilateral.
Pasul 2: Toate laturile sunt egale, deci lungimea unei laturi este \( BC = \frac{36}{3} = 12 \text{ cm} \).
Pasul 3: Într-un triunghi echilateral, înălțimea \( AD \) este simultan și mediană.
Pasul 4: Deoarece \( AD \) este mediană, \( D \) este mijlocul laturii \( BC \). Astfel, \( BD = \frac{BC}{2} = \frac{12}{2} = 6 \text{ cm} \).

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: