PLANIMETRIA CZYLI GEOMETRIA PŁASZCZYZNY CZ.1

PLANIMETRIA CZYLI GEOMETRIA PŁASZCZYZNY CZ. 1
Planimetria to dział geometrii, w którym przedmiotem badań są własności figur geometrycznych leżących
na płaszczyźnie (patrz określenie płaszczyzny).
Pojęcia pierwotne. Punkt, prosta, płaszczyzna są to pojęcia pierwotne (których nie definiuje się). Aby
sobie je wyobrazić musimy odwołać się do intuicji.
Punkt. Punkt to figura, która nie ma wymiaru. Jest to najmniejszy, tzw. zerowymiarowy obiekt
geometryczny. Punkty oznaczamy wielkimi literami np.
lub, w przypadku gdy zachodzi
konieczność oznaczenia większej ich liczby,
Prosta. O prostej możemy powiedzieć tyle, że jest to nieograniczona linia bez początku i bez końca.
Prosta ma własność, która odróżnia ją od innych linii. Otóż od jednego punktu do drugiego, może
prowadzić nieskończenie wiele linii, ale tylko jedna jest linią prostą. Dwie różne proste mogą mieć co
najwyżej jeden punkt wspólny. Proste oznaczamy małymi literami np.
... lub
Proste równoległe, prostopadłe, pęk prostych. Jeśli proste na płaszczyźnie nie mają punktów
wspólnych, to nazywamy je równoległymi. Dwie różne proste nazywamy prostopadłymi, jeżeli jedna z
nich jest osią symetrii drugiej. Mając dowolny punkt na płaszczyźnie, możemy przez niego poprowadzić
nieskończoną liczbę prostych; zbiór wszystkich prostych przechodzących przez dany punkt to właśnie
pęk prostych. Punkt ten to wierzchołek pęku.
Płaszczyzna. Płaszczyzna to jest powierzchnią nieograniczoną, zawierającą nieskończenie wiele punktów
i rozdzielającą przestrzeń na dwie przystające części. Płaszczyzny nie definiujemy, możemy sobie np. ją
wyobrazić jako nieograniczoną płaską taflę. Płaszczyzna jako obiekt w przestrzeni ma następującą
własność: przez trzy punkty nie leżące na jednej prostej, daje się poprowadzić tylko jedną płaszczyznę.
Mówiąc inaczej płaszczyznę wyznaczają 3 punkty (podobnie jak prostą 2 punkty).
Figury płaskie. Płaszczyzna jest zbiorem punktów. Figura płaska to dowolny podzbiór punktów
płaszczyzny. Figurą płaską jest zatem cokolwiek co składa się z punktów, czyli na przykład sam punkt,
prosta, w końcu cała płaszczyzna. Znamy trójkąty, kwadraty, trapezy, koła, elipsy ale tylko kropelki w
morzu możliwych figur płaskich.
Figury wypukłe, ograniczone, nieograniczone. Figurę nazywamy wypukłą, jeśli zawiera się w niej
każdy odcinek, którego końce należą do figury. Figurę płaską nazywamy ograniczoną, jeżeli zawiera się
w pewnym kole. Figurę płaską, która nie zawiera się w żadnym kole nazywamy nieograniczoną.
Brzeg i wnętrze figury. Punkt nazywamy punktem brzegowym figury, jeżeli w każdym kole o środku
w punkcie
znajdują się zarówno punkty danej figury, jak i punkty do niej nie należące. Punkt
nazywamy punktem wewnętrznym figury, jeżeli istnieje koło o środku w punkcie
zawarte całkowicie
w tej figurze. Brzegiem figury nazywamy zbiór wszystkich punktów brzegowych tej figury. Wnętrzem
figury nazywamy zbiór wszystkich jej punktów wewnętrznych.
Figury przystające. Dwie figury są przystające, jeśli jedną z tych figur można nałożyć na drugą za
pomocą obrotu, przesunięcia lub obydwu tych przekształceń.
Odcinek i symetralna. Odcinkiem ̅̅̅̅ nazywamy figurę utworzoną z
dwóch różnych punktów i (zwanych jego końcami) oraz wszystkich
punktów leżących między nimi na prostej wyznaczonej przez te punkty.
Z odcinkiem wiąże się pojęcie symetralnej (odcinka). Symetralna to zbiór
punktów płaszczyzny równo odległych od końców odcinka. Symetralna
to prosta prostopadła do odcinka i przechodząca przez jego środek.
Łamana. Łamana to figura geometryczna składającą się ze skończonej
liczby odcinków, takich że żadne dwa kolejne odcinki nie leżą na jednej
prostej. Koniec poprzedniego odcinka jest początkiem następnego. Jeśli
początek pierwszego odcinka pokrywa się z końcem ostatniego, to
łamaną nazywamy zamkniętą; w przeciwnym razie mówimy, że łamana
jest otwarta. Odcinki łamanej to boki, a ich końce wierzchołkami.
Półprosta. Jeśli na prostej obierzemy dowolny punkt , to punkt ten
podzieli tą prostą na dwie części. Każdą z tych części nazywać będziemy
półprostą. Punkt nazywamy początkiem półprostej.
Kąt i dwusieczna. Kąt to każda z dwóch części płaszczyzny
ograniczonych dwiema półprostymi o wspólnym początku (wierzchołek
kąta) wraz z tymi półprostymi (ramiona kąta). Kąty oznaczamy literami
alfabetu greckiego:
. Kąt w którym odcinek łączący dwa dowolne
punkty na różnych ramionach kąta zawiera się wewnątrz kąta nazywamy
kątem wypukłym. Kąt bez tej własności nazywamy kątem wklęsłym.
Dwusieczną kąta nazywamy półprostą, która dzieli go na dwa przystające
kąty. Dwusieczną leży na osi symetrii kąta, a każdy punkt dwusiecznej
jest równo odległy od obu ramion.
Wielokąt i przekątna. To obszar płaszczyzny ograniczony łamaną
zamkniętą. Wielokąt o
bokach nazywamy n-kątem. Wielokąt o
najmniejszej liczbie boków to oczywiście trójkąt. Łamaną tworzącą
wielokąt nazywamy brzegiem wielokąta. Brzeg wielokąta dzieli
płaszczyznę na dwa obszary, z których jeden jest ograniczony, nazywamy
go wewnętrznym, drugi jest nieograniczony i nazywamy go
zewnętrznym. Przekątną wielokąta nazywamy odcinek, który łączy dwa
niesąsiednie wierzchołki wielokąta.
Wielokąty wypukłe i wklęsłe. Jeżeli wszystkie kąty wewnętrzne wielokąta są kątami wypukłymi
(
), to wielokąt ten nazywamy wypukłym. Jeżeli co najmniej jeden kąt wewnętrzny jest wklęsły, to
wielokąt nazywamy wklęsłym. My będziemy zajmować się tylko wielokątami wypukłymi.
Kąty wewnętrzne i zewnętrzne wielokąta. Kąty utworzone przez dowolne dwa kolejne boki nazywamy
kątami wewnętrznymi. Kąt zewnętrzny wielokąta to kąt przyległy do kąta wewnętrznego tego wielokąta.
Suma miar kątów wewnętrznych n-kąta wynosi
Suma miar kątów zewnętrznych
każdego wielokąta wypukłego jest równa
.
Okrąg, łuk, koło, cięciwa, średnica, sieczna, styczna. Okręgiem nazywamy zbiór punktów równo
odległych od danego punktu, zwanego środkiem okręgu. Koło to część płaszczyzny ograniczona
okręgiem, wraz z tym okręgiem. Łuk okręgu to jedna z dwóch części okręgu wyznaczona przez dwa
punkty tego okręgu. Cięciwa okręgu (koła) to odcinek łączący dwa różne punkty okręgu. Średnica okręgu
(koła) – to najdłuższa z jego cięciw, przechodząca przez środek okręgu (koła). Sieczna to prosta mająca z
okręgiem dokładnie dwa punkty wspólne, prostą mająca dokładnie jeden punkt wspólny nazywamy
styczną do okręgu.
Kąt środkowy i kąt wpisany (w okrąg). Kąt wpisany to taki kąt wypukły, którego wierzchołkiem jest
dowolny punkt okręgu, a ramiona są półprostymi zawierającymi cięciwy tego okręgu. Kąt środkowy to
kąt, którego wierzchołkiem jest środek koła, a ramiona są półprostymi zawierającymi promienie koła.
Kąt środkowy jest dwa razy większy od kąta wpisanego opartego na tym samym łuku.
Wycinek i odcinek koła. Wycinek koła to jedna z dwóch części, na jakie dzielą koło dwa promienie.
Odcinek koła to jedna z dwóch części na jakie koło dzieli cięciwa.
Wielokąt wpisany i opisany na okręgu. Wielokąt, którego wszystkie wierzchołki należą do okręgu,
nazywamy wielokątem wpisanym w okrąg (okrąg ten nazywamy okręgiem opisanym na tym wielokącie).
Na wielokącie można opisać okrąg wtedy i tylko wtedy, gdy symetralne wszystkich boków wielokąta
przecinają się w jednym punkcie. Punkt ten jest środkiem tego okręgu.
Wielokąt, którego wszystkie boki są styczne do pewnego okręgu, nazywamy wielokątem opisanym na
okręgu (okrąg ten nazywamy okręgiem wpisanym w wielokąt). W wielokąt wypukły można wpisać okrąg
wtedy i tylko wtedy, gdy dwusieczne wszystkich kątów wielokąta przecinają się w jednym punkcie.
Punkt ten jest środkiem tego okręgu.
Trójkąt. Trójkąt to wielokąt o 3 bokach. Każdy trójkąt jest wypukły.
Wysokość trójkąta to najkrótszy odcinek łączący wierzchołek trójkąta z przeciwległym bokiem (lub jego
przedłużeniem). Jest on zawsze prostopadły do tego boku. Każdy trójkąt ma trzy wysokości, a ich
przecięcie nazywa się ortocentrum.
Środkowe to odcinki łączące wierzchołki ze środkami boków. Środkowe przecinają się w punkcie, który
nazywamy środkiem ciężkości trójkąta. Punkt ten dzieli każdą ze środkowych w stosunku 1:2.
Symetralne boków trójkąta to po prostu symetralne odcinków będących bokami. Symetralne przecinają
się w punkcie, który jest środkiem okręgu opisanego na trójkącie.
Dwusieczne kątów trójkąta będziemy nazywać odcinki zawarte w dwusiecznych kątów, od wierzchołka
do punktu przecięcia z przeciwległym bokiem. Dwusieczne kątów przecinają się w punkcie, który jest
środkiem okręgu wpisanego w trójkąt.
Klasyfikacja trójkątów ze względu na boki:
 trójkąt dowolny: każdy bok ma inną długość
 trójkąt równoramienny: 2 boki równe
 trójkąt równoboczny: wszystkie boki równe.
Klasyfikacja trójkątów ze względu na kąty:
 ostrokątny: wszystkie kąty są ostre
 rozwartokątny: jeden z kątów jest rozwarty
 prostokątny: jeden z kątów jest prosty.
Podobieństwo trójkątów. Jeżeli boki jednego trójkąta są proporcjonalne do odpowiednich boków
drugiego trójkąta, to trójkąty są podobne. To samo można wyrazić językiem kątów: trójkąty są podobne
jeśli mają wszystkie kąty równe (wystarczą dwa). Wreszcie, trójkąty są podobne gdy mają dwa boki
proporcjonalne i równy kąt między nimi.
Podstawowe twierdzenia geometrii płaskiej
Twierdzenie Talesa. Jeżeli ramiona kąta przetniemy
prostymi równoległymi (na rysunku są tylko dwie proste
i , ale twierdzenie zachodzi dla dowolnej ich liczby), to
długości odcinków wyznaczone przez te proste na jednym
ramieniu kąta są proporcjonalne do długości odpowiednich
odcinków wyznaczonych przez te proste na drugim ramieniu
kąta. Zachodzi również twierdzenie odwrotne (jeżeli
odpowiednie odcinki są proporcjonalne, to proste i są
równoległe).
| |
| |
| |
| |
| |
Mamy zatem: | | | | , a także | | | | | |.
Proporcje te wynikają z podobieństw trójkątów
i równości stosunków odpowiednich boków.
Twierdzenie Pitagorasa. W trójkącie prostokątnym suma
kwadratów przyprostokątnych jest równa kwadratowi
przeciwprostokątnej. Zapisując w skrócie:
Dowód. Zauważmy, że
{
Dodając równania stronami otrzymujemy:
.
ZADANIA SPRAWDZAJĄCE
1.
Wyznacz miary kątów między dwoma przecinającymi się prostymi, jeśli jeden jest razy
większy od drugiego
2.
Wyznacz miary kątów w trójkącie jeśli kąty pozostają w stosunku : 3 : 5.
3.
Jeden z kątów trójkąta ma miarę 25O a różnica miar pozostałych kątów wynosi 15O. Wyznacz
miary pozostałych dwóch kątów trójkąta
4.
Jeden bok prostokąta ma długość
prostokąta
5.
W trójkącie równoramiennym podstawa wynosi a wysokość opuszczona na podstawę
wynosi √ . Obliczyć wysokość trójkąta opuszczoną na jedno z ramion
6.
Na okręgu o promieniu opisano trapez równoramienny o polu
7.
Krótsza przekątna rombu ma długość i dzieli go na dwa trójkąty równoboczne Oblicz pole
tego rombu.
8.
Ile stopni ma kąt wpisany oparty na
9.
Oblicz wysokość opuszczoną na przeciwprostokątną trójkąta prostokątnego którego
przyprostokątne mają długości 3 i 4.
10. Oblicz kąt wewnętrzny
drugi bok jest o krótszy od przekątnej Oblicz obwód
. Wyznacz boki tego trapezu.
okręgu?
-kąta foremnego.
11. Oblicz stosunek promieni okręgu opisanego na kwadracie i okręgu wpisanego w kwadrat Jaki
jest stosunek pól kół, których brzegami są powyższe okręgi?
12. W trójkącie równoramiennym kąt przy podstawie jest 4 razy mniejszy niż kąt przy
wierzchołku Oblicz kąty tego trójkąta
13. Bok kwadratu zwiększono o 5% O ile % zwiększyło się pole?
14. Oblicz pole kwadratu, którego przekątna jest o 1 dłuższa od jego boku
15. Dany jest trójkąt o bokach 6, 8, 10 W trójkącie podobnym do niego najkrótszy bok ma długość
2 Oblicz pole tego trójkąta
16. Kąt
5
Oblicz kąt .
17. Oblicz pole zakreskowanego obszaru.
18. Oblicz stosunek promieni okręgu opisanego na trójkącie równobocznym i wpisanym w trójkąt
równoboczny Jaki jest stosunek pól kół, których brzegami są powyższe okręgi?
19. Oblicz wysokość trapezu równoramiennego o kącie ostrym
odpowiednio 12 i 10.
i podstawach wynoszących
20. Oblicz pole trójkąta równobocznego
a wpisanego w okrąg o promieniu
b opisanego na okręgu o promieniu
21. Bok kwadratu a zwiększono o % b zmniejszono o
O ile % zmieni się pole w każdym przypadku?
%
22. Dany jest trapez równoramienny
.| |
,| |
|
|.
ramion
i
przecinają się w punkcie . Oblicz
,|
|
|
|
Przedłużenia
23. Zbadaj czy można zbudować trójkąt z odcinków o długości:
a) √ , 1, 0.42
b) √ , √ , √
,
c) √ , 1,
√
24. Oblicz pole trójkąta
25. |̅̅̅̅|
i jest
26. |̅̅̅̅ |
oddalona od środka
okręgu o Oblicz pole
koła
. Oblicz |̅̅̅̅ |.
27. Oblicz
28. Oblicz
.
.
.
29. Oblicz