Каким свойством обладает четырехугольник вписанный в окружность. Вписанные и описанные около четырехугольника окружности
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Цели.
Образовательная. Создание условий для успешного усвоения понятия описанного четырёхугольника, его свойства, признака и овладения умениями применять их на практике.
Развивающая. Развитие математических способностей, создание условий для умения обобщать и применять прямой и обратный ход мыслей.
Воспитательная. Воспитание чувства красоты эстетикой чертежей, удивления необычным
решением, формирование организованности, ответственность за результаты своего труда.
1. Изучить определение описанного четырёхугольника.
2. Доказать свойство сторон описанного четырёхугольника.
3. Познакомить с двойственностью свойств сумм противоположных сторон и противоположных углов вписанного и описанного четырёхугольников.
4. Дать опыт практического применения рассмотренных теорем при решении задач.
5. Провести первичный контроль уровня усвоения нового материала.
Оборудование:
- компьютер, проектор;
- учебник “Геометрия. 10-11 классы” для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни авт. А.В. Погорелов.
Программные средства: Microsoft Word, Microsoft Power Point.
Использование компьютера при подготовке учителя к уроку.
С помощью стандартной программы операционной системы Windows созданы к уроку:
- Презентация.
- Таблицы.
- Чертежи.
- Раздаточный материал.
План урока
Ход урока
1. Организационный момент. Приветствие. Сообщение темы и цели урока. Запись в тетради даты и темы урока.
2. Проверка домашнего задания.
3. Изучение нового материала.
Работа над понятием описанного многоугольника.
Определение. Многоугольник называется описанным около окружности, если все его стороны касаются некоторой окружности.
Вопрос. Какие из предложенных многоугольников являются описанными, а какие не являются и почему?
<Презентация. Слайд №2>
Доказательство свойств описанного четырёхугольника.
<Презентация. Слайд №3>
Теорема. В описанном четырёхугольнике суммы противоположных сторон равны.
Учащиеся работают с учебником, записывают формулировку теоремы в тетрадь.
1. Представить формулировку теоремы в форме условного предложения.
2. Каково условие теоремы?
3. Каково заключение теоремы?
Ответ. Если четырёхугольник описан около окружности, то суммы противолежащих сторон равны.
Проводится доказательство, учащиеся делают записи в тетради.
<Презентация. Слайд №4>
Учитель. Отметим двойственность ситуаций для сторон и углов описанного и вписанного четырёхугольников.
Закрепление полученных знаний.
Задачи.
Ответ. 1. 10 м. 2. 20 м. 3. 21 м
Доказательство признака описанного четырёхугольника.
Сформулировать обратную теорему.
Ответ. Если в четырёхугольнике суммы противоположных сторон равны, то в него можно вписать окружность. (Вернуться к слайду 2, рис.7) <Презентация. Слайд №2>
Учитель. Уточните формулировку теоремы.
Теорема. Если суммы противоположных сторон выпуклого четырёхугольника равны, то в него можно вписать окружность.
Работа с учебником. Познакомиться с доказательством признака описанного четырёхугольника по учебнику.
Применение полученных знаний.
3. Задачи по готовым чертежам.
1. Можно ли вписать окружность в четырёхугольник с противоположными сторонами 9 м и 4 м, 10 м и 3 м?
2. Можно ли вписать окружность в равнобокую трапецию с основаниями 1 м и 9 м, высотой 3 м?
<Презентация. Слайд №6>
Письменная работа в тетрадях
.Задача. Найти радиус окружности, вписанной в ромб с диагоналями 6 м и 8 м.
<Презентация. Слайд № 7>
4. Самостоятельная работа.
1 вариант
1. Можно ли вписать окружность
1) в прямоугольник со сторонами 7 м и 10 м,
2. Противоположные стороны четырёхугольника, описанного около окружности, равны 7 м и 10 м.
Найти периметр четырёхугольника.
3. Равнобокая трапеция с основаниями 4 м и 16 м описана около окружности.
1) радиус вписанной окружности,
2 вариант
1. Можно ли вписать окружность:
1) в параллелограмм со сторонами 6 м и 13 м,
2) в квадрат?
2. Противоположные стороны четырёхугольника, описанного около окружности, равны 9 м и 11 м. Найти периметр четырёхугольника.
3. Равнобокая трапеция с боковой стороной 5 м описана около окружности с радиусом 2 м.
1) основание трапеции,
2) радиус описанной окружности.
5. Домашнее задание. П.86, № 28, 29, 30.
6. Итог урока. Проверяется самостоятельная работа, выставляются оценки.
<Презентация. Слайд № 8>
Выпуклый четырёхугольник A B C D {\displaystyle \displaystyle ABCD} является вписанным тогда и только тогда , когда противоположные углы в сумме дают 180°, то есть .
A + C = B + D = π = 180 ∘ . {\displaystyle A+C=B+D=\pi =180^{\circ }.}Теорема была Предложением 22 в книге 3 Евклида Начала . Эквивалентно, выпуклый четырёхугольник является вписанным тогда и только тогда, когда смежный угол равен противоположному внутреннему углу.
p q = a c + b d . {\displaystyle \displaystyle pq=ac+bd.}Если две прямые, из которых одна содержит отрезок AC , а другая - отрезок BD , пересекаются в точке P , то четыре точки A , B , C , D лежат на окружности тогда и только тогда, когда
A P ⋅ P C = B P ⋅ P D . {\displaystyle AP\cdot PC=BP\cdot PD.}Точка пересечения P может лежать как внутри, так и вне окружности. В первом случае это будет вписанный четырёхугольник ABCD , а во втором - вписанный четырёхугольник ABDC . Если пересечение лежит внутри, равенство означает, что произведение отрезков, на которые точка P делит одну диагональ, равно произведению отрезков другой диагонали. Это утверждение известно как теорема о пересекающихся хордах , поскольку диагонали вписанного четырёхугольника являются хордами описанной окружности.
Выпуклый четырёхугольник ABCD является вписанным тогда и только тогда, когда
tan A 2 tan C 2 = tan B 2 tan D 2 = 1. {\displaystyle \tan {\frac {A}{2}}\tan {\frac {C}{2}}=\tan {\frac {B}{2}}\tan {\frac {D}{2}}=1.}Площадь
S = (p − a) (p − b) (p − c) (p − d) {\displaystyle S={\sqrt {(p-a)(p-b)(p-c)(p-d)}}}Вписанный четырёхугольник имеет максимальную площадь среди всех четырёхугольников, имеющих ту же последовательность длин сторон. Это другое следствие соотношения Бретшнайдера. Утверждение можно доказать с помощью математического анализа .
Четыре неравные длины, каждая из которых меньше суммы остальных трёх, являются сторонами трёх неконгруэнтных вписанных четырёхугольников , и по формуле Брахмагупты все эти треугольники имеют одинаковую площадь. В частности, для сторон a , b , c и d сторона a может быть противоположной любой из сторон b , c или d . Любые два из этих трёх вписанных четырёхугольников имеют диагональ одинаковой длины .
Площадь вписанного четырёхугольника с последовательными сторонами a , b , c , d и углом B между сторонами a и b можно выразить формулой
S = 1 2 (a b + c d) sin B {\displaystyle S={\tfrac {1}{2}}(ab+cd)\sin {B}} S = 1 2 (a c + b d) sin θ {\displaystyle S={\tfrac {1}{2}}(ac+bd)\sin {\theta }}где θ - любой угол между диагоналями. Если угол A не является прямым, площадь можно выразить формулой
S = 1 4 (a 2 − b 2 − c 2 + d 2) tan A . {\displaystyle S={\tfrac {1}{4}}(a^{2}-b^{2}-c^{2}+d^{2})\tan {A}.} S = 2 R 2 sin A sin B sin θ {\displaystyle S=2R^{2}\sin {A}\sin {B}\sin {\theta }} S ≤ 2 R 2 {\displaystyle S\leq 2R^{2}} ,и неравенство превращается в равенство в том и только в том случае, когда четырёхугольник является квадратом.
Диагонали
С вершинами A , B , C , D (в указанной последовательности) и сторонами a = AB , b = BC , c = CD и d = DA длины диагоналей p = AC и q = BD можно выразить через стороны
p = (a c + b d) (a d + b c) a b + c d {\displaystyle p={\sqrt {\frac {(ac+bd)(ad+bc)}{ab+cd}}}} q = (a c + b d) (a b + c d) a d + b c {\displaystyle q={\sqrt {\frac {(ac+bd)(ab+cd)}{ad+bc}}}} p q = a c + b d . {\displaystyle pq=ac+bd.}Согласно второй теореме Птолемея ,
p q = a d + b c a b + c d {\displaystyle {\frac {p}{q}}={\frac {ad+bc}{ab+cd}}}при тех же обозначениях, что и прежде.
Для суммы диагоналей имеем неравенство
p + q ≥ 2 a c + b d . {\displaystyle p+q\geq 2{\sqrt {ac+bd}}.}Неравенство становится равенством в том и только в том случае, когда диагонали имеют одинаковую длину, что можно показать, используя неравенство между средним арифметическим и средним геометрическим .
(p + q) 2 ≤ (a + c) 2 + (b + d) 2 . {\displaystyle (p+q)^{2}\leq (a+c)^{2}+(b+d)^{2}.}В любом выпуклом четырёхугольнике две диагонали делят четырёхугольник на четыре треугольника. Во вписанном четырёхугольнике противоположные пары этих четырёх треугольников подобны .
Если M и N являются средними точками диагоналей AC и BD , то
M N E F = 1 2 | A C B D − B D A C | {\displaystyle {\frac {MN}{EF}}={\frac {1}{2}}\left|{\frac {AC}{BD}}-{\frac {BD}{AC}}\right|}где E и F - точки пересечения противоположных сторон.
Если ABCD - вписанный четырёхугольник и AC пересекает BD в точке P , то
A P C P = A B C B ⋅ A D C D . {\displaystyle {\frac {AP}{CP}}={\frac {AB}{CB}}\cdot {\frac {AD}{CD}}.}Формулы углов
a , b , c , d , полупериметром s и углом A между сторонами a и d тригонометрические функции угла A равны
cos A = a 2 + d 2 − b 2 − c 2 2 (a d + b c) , {\displaystyle \cos A={\frac {a^{2}+d^{2}-b^{2}-c^{2}}{2(ad+bc)}},} sin A = 2 (s − a) (s − b) (s − c) (s − d) (a d + b c) , {\displaystyle \sin A={\frac {2{\sqrt {(s-a)(s-b)(s-c)(s-d)}}}{(ad+bc)}},} tan A 2 = (s − a) (s − d) (s − b) (s − c) . {\displaystyle \tan {\frac {A}{2}}={\sqrt {\frac {(s-a)(s-d)}{(s-b)(s-c)}}}.}Для угла θ между диагоналями выполняется
tan θ 2 = (s − b) (s − d) (s − a) (s − c) . {\displaystyle \tan {\frac {\theta }{2}}={\sqrt {\frac {(s-b)(s-d)}{(s-a)(s-c)}}}.}Если продолжения противоположных сторон a и c пересекаются под углом ϕ {\displaystyle \phi } , то
cos ϕ 2 = (s − b) (s − d) (b + d) 2 (a b + c d) (a d + b c) {\displaystyle \cos {\frac {\phi }{2}}={\sqrt {\frac {(s-b)(s-d)(b+d)^{2}}{(ab+cd)(ad+bc)}}}}Формула Парамешвара
Для вписанного четырёхугольника со сторонами a , b , c , d (в указанной последовательности) и полупериметром s радиус описанной окружности) задаётся формулой
R = 1 4 (a b + c d) (a c + b d) (a d + b c) (s − a) (s − b) (s − c) (s − d) . {\displaystyle R={\frac {1}{4}}{\sqrt {\frac {(ab+cd)(ac+bd)(ad+bc)}{(s-a)(s-b)(s-c)(s-d)}}}.}Формула была выведена индийским математиком Ватассери Парамешвара в 15 веке.
Если диагонали вписанного четырёхугольника пересекаются в точке P , а середины диагоналей - V и W , то антицентр четырёхугольника является ортоцентром треугольника VWP , а вершинный центроид находится в середине отрезка, соединяющего середины диагоналей .
Во вписанном четырёхугольнике "центроид площади" G a , "центроид вершин" G v и пересечение P диагоналей лежат на одной прямой. Для расстояний между этими точками выполняется равенство
P G a = 4 3 P G v . {\displaystyle PG_{a}={\tfrac {4}{3}}PG_{v}.}Другие свойства
- Во вписанном четырёхугольнике ABCD с центром описанной окружности O пусть P - точка пересечения диагоналей AC и BD . Тогда угол APB является средним арифметическим углов AOB и COD . Это является прямым следствием теоремы о вписанном угле и теоремы о внешнем угле треугольника .
- Если вписанный четырёхугольник имеет длины сторон, образующие арифметическую прогрессию , то четырёхугольник является также внешне описанным .
Четырёхугольники Брахмагупты
Четырёхугольник Брахмагупты - это вписанный четырёхугольник с целочисленными длинами сторон, целочисленными длинами диагоналей и целочисленной площадью. Все четырёхугольники Брахмагупты со сторонами a, b, c, d , диагоналями e, f , площадью S, и радиусом описанной окружности R можно получить путём избавления от знаменателя в следующих выражениях (при рациональных параметрах t , u и v ):
a = [ t (u + v) + (1 − u v) ] [ u + v − t (1 − u v) ] {\displaystyle a=} b = (1 + u 2) (v − t) (1 + t v) {\displaystyle b=(1+u^{2})(v-t)(1+tv)} c = t (1 + u 2) (1 + v 2) {\displaystyle c=t(1+u^{2})(1+v^{2})} d = (1 + v 2) (u − t) (1 + t u) {\displaystyle d=(1+v^{2})(u-t)(1+tu)} e = u (1 + t 2) (1 + v 2) {\displaystyle e=u(1+t^{2})(1+v^{2})} f = v (1 + t 2) (1 + u 2) {\displaystyle f=v(1+t^{2})(1+u^{2})} S = u v [ 2 t (1 − u v) − (u + v) (1 − t 2) ] [ 2 (u + v) t + (1 − u v) (1 − t 2) ] {\displaystyle S=uv} 4 R = (1 + u 2) (1 + v 2) (1 + t 2) . {\displaystyle 4R=(1+u^{2})(1+v^{2})(1+t^{2}).}Свойства ортодиагональных вписанных четырёхугольников
Площадь и радиус описанной окружности
Пусть для вписанного четырёхугольника, являющегося также ортодиагональным (т.е. имеющим перпендикулярные диагонали), пересечение диагоналей делит одну диагональ на отрезки длиной p 1 и p 2 , а другую делит на отрезки длиной q 1 и q 2 . Тогда (первое равенство является Предложением 11 в книге Архимеда «Леммы »)
D 2 = p 1 2 + p 2 2 + q 1 2 + q 2 2 = a 2 + c 2 = b 2 + d 2 {\displaystyle D^{2}=p_{1}^{2}+p_{2}^{2}+q_{1}^{2}+q_{2}^{2}=a^{2}+c^{2}=b^{2}+d^{2}} ,где D -
или, через стороны четырёхугольника
R = 1 2 a 2 + c 2 = 1 2 b 2 + d 2 . {\displaystyle R={\tfrac {1}{2}}{\sqrt {a^{2}+c^{2}}}={\tfrac {1}{2}}{\sqrt {b^{2}+d^{2}}}.}Отсюда также следует, что
a 2 + b 2 + c 2 + d 2 = 8 R 2 . {\displaystyle a^{2}+b^{2}+c^{2}+d^{2}=8R^{2}.}Таким образом, согласно формуле Эйлера , радиус можно выразить через диагонали p и q и расстояние x между серединами диагоналей
R = p 2 + q 2 + 4 x 2 8 . {\displaystyle R={\sqrt {\frac {p^{2}+q^{2}+4x^{2}}{8}}}.}Формула для площади K вписанного ортодиагонального четырёхугольника можно получить непосредственно через стороны, если скомбинировать теорему Птолемея (см. выше) и формулу площади ортодиагонального четырёхугольника. В результате получим
Литература
- Claudi Alsina, Roger Nelsen. When Less is More: Visualizing Basic Inequalities, Сhapter 4.3 Cyclic, tangential, and bicentric quadrilaterals. - Mathematical Association of America, 2009. - ISBN 978-0-88385-342-9 .
- Claudi Alsina, Roger B. Nelsen. On the diagonals of a cyclic quadrilateral // Forum Geometricorum. - 2007. - Т. 7 .
- Nathan Altshiller-Court. College Geometry: An Introduction to the Modern Geometry of the Triangle and the Circle. - 2nd. - Courier Dover, 2007. - ISBN 978-0-486-45805-2 . (org. 1952)
- =Titu Andreescu, Bogdan Enescu. .
- Harold Scott MacDonald Coxeter, Samuel L. Greitzer. Geometry Revisited. 3.2 Cyclic Quadrangles; Brahmagupta"s formula. - Mathematical Association of America, 1967. - ISBN 978-0-88385-619-2 . Перевод Г. С. М. Коксетер, С. Л. Грейтцер. Новые встречи с геометрией. 3.2 Вписанные четырёхугольники; Теорема Брахмагупты. - Москва: «Наука», 1978. - (Библиотека математического кружка).
- Crux Mathematicorum. Inequalities proposed in Crux Mathematicorum . - 2007.
- D. Fraivert. The theory of an inscribable quadrilateral and a circle that forms Pascal points // Journal of Mathematical Sciences: Advances and Applications. - 2016. - Т. 42 . - P. 81–107. - DOI :10.18642/jmsaa_7100121742 .
- C. V. Durell, A. Robson. Advanced Trigonometry. - Courier Dover, 2003. - ISBN 978-0-486-43229-8 . (orig. 1930)
- Mowaffaq Hajja. A condition for a circumscriptible quadrilateral to be cyclic // Forum Geometricorum. - 2008. - Т. 8 .
- Larry Hoehn. Circumradius of a cyclic quadrilateral // Mathematical Gazette. - 2000. - Т. 84 , вып. 499 March .
- Ross Honsberger. Episodes in Nineteenth and Twentieth Century Euclidean Geometry. - Cambridge University Press, 1995. - Т. 37. - (New Mathematical Library). - ISBN 978-0-88385-639-0 .
- Roger A. Johnson. Advanced Euclidean Geometry. - Dover Publ, 2007. (orig. 1929)
- Thomas Peter. Maximizing the area of a quadrilateral // The College Mathematics Journal. - 2003. - Т. 34 , вып. 4 September .
- Alfred S. Posamentier, Charles T. Salkind. Challenging Problems in Geometry. - 2nd. - Courier Dover, 1970. - ISBN 978-0-486-69154-1 . Глава: Solutions: 4-23 Prove that the sum of the squares of the measures of the segments made by two perpendicular chords is equal to the square of the measure of the diameter of the given circle.
- ,
Вписанный
четырехугольник - четырехугольник, все вершины которого лежат на одной окружности.
Очевидно, эта окружность будет называться описанной
вокруг четырехугольника.
Описанный четырехугольник - такой, что все его стороны касаются одной окружности. В этом случае окружность вписана в четырехугольник.
На рисунке - вписанные и описанные четырехугольники и их свойства.
Посмотрим, как эти свойства применяются в решении задач ЕГЭ.
1. Два угла вписанного в окружность четырехугольника равны 82° и 58°. Найдите больший из оставшихся углов. Ответ дайте в градусах.
Сумма противоположных углов вписанного четырехугольника равна 180°. Пусть угол А равен 82°. Тогда напротив него лежит угол в 98 градусов. Если угол В равен 58°, то угол D равен 180° - 58° = 122°.
Ответ: 122.
2. Три стороны описанного около окружности четырехугольника относятся (в последовательном порядке) как 1:2:3. Найдите большую сторону этого четырехугольника, если известно, что его периметр равен 32.
Пусть сторона АВ равна х, AD равна 2х, а DС - 3х. По свойству описанного четырехугольника, суммы противоположных сторон равны, и значит,
х + 3х = ВС + 2х.
Получается, что ВС равна 2х. Тогда периметр четырехугольника равен 8х. Мы получаем, что х = 4, а большая сторона равна 12.
3. Около окружности описана трапеция, периметр которой равен 40. Найдите ее среднюю линию.
Мы помним, что средняя линия трапеции равна полусумме оснований. Пусть основания трапеции равны a и c, а боковые стороны - b и d. По свойству описанного четырехугольника,
a + c = b + d, и значит, периметр равен 2(a + c).
Получаем, что а + с = 20, а средняя линия равна 10.
Еще раз повторим свойства вписанного и описанного четырехугольника.
Четырехугольник можно вписать в окружность тогда и только тогда, когда суммы его противоположных углов равны180° .
Четырехугольник можно описать вокруг окружности тогда и только тогда, когда суммы длин его противоположных сторон равны .
«Описанная окружность» мы видели, что вокруг всякого треугольника можно описать окружность. То есть, для всякого треугольника найдётся такая окружность, что все три вершины треугольника «сидят» на ней. Вот так:
Вопрос: а можно ли то же самое сказать о четырехугольнике? Правда ли, что всегда найдётся окружность, на которой будут «сидеть» все четыре вершины четырехугольника?
Вот оказывается, что это НЕПРАВДА! НЕ ВСЕГДА четырехугольник можно вписать в окружность . Есть очень важное условие:
На нашем рисунке:
| . |
Посмотри, углы и лежат друг напротив друга, значит, они противоположные. А что же тогда с углами и? Они вроде бы тоже противоположные? Можно ли вместо углов и взять углы и?
Конечно, можно! Главное, чтобы у четырехугольника нашлись какие-то два противоположных угла, сумма которых будет. Оставшиеся два угла тогда сами собой тоже дадут в сумме. Не веришь? Давай убедимся. Смотри:
Пусть. Помнишь ли ты, чему равна сумма всех четырех углов любого четырехугольника? Конечно, . То есть - всегда! . Но, → .
Волшебство прямо!
Так что запомни крепко-накрепко:
Если четырехугольник вписан в окружность, то сумма любых двух его противоположных углов равна
и наоборот:
Если у четырехугольника есть два противоположных угла, сумма которых равна, то такой четырехугольник вписанный.
Доказывать всё это мы здесь не будем (если интересно, заглядывай в следующие уровни теории). Но давай посмотрим, к чему приводит этот замечательный факт о том, что у вписанного четырехугольника сумма противоположных углов равна.
Вот, например, приходит в голову вопрос, а можно ли описать окружность вокруг параллелограмма? Попробуем сперва «методом тыка».
Вот как-то не получается.
Теперь применим знание:
предположим, что нам как-то удалось посадить на параллелограмм окружность. Тогда непременно должно быть: , то есть.
А теперь вспомним о свойствах параллелограмма:
у всякого параллелограмма противоположные углы равны.
У нас получилось, что
А что же углы и? Ну, то же самое конечно.
Вписанный → →
Параллелограмм→ →
Потрясающе, правда?
Получилось, что если параллелограмм вписан в окружность, то все его углы равны, то есть это прямоугольник!
И ещё при этом - центр окружности совпадает с точкой пересечения диагоналей этого прямоугольника . Это, так сказать, в качестве бонуса прилагается.
Ну, вот значит, выяснили, что параллелограмм, вписанный в окружность - прямоугольник .
А теперь поговорим о трапеции. Что будет, если трапецию вписать в окружность? А оказывается, будет равнобедренная трапеция . Почему?
Вот пусть трапеция вписана в окружность. Тогда опять, но из-за параллельности прямых и.
Значит, имеем: → → трапеция равнобокая.
Даже проще чем с прямоугольником, правда? Но запомнить нужно твёрдо - пригодиться:
Давай ещё раз перечислим самые главные утверждения , касающиеся четырехугольника, вписанного в окружность:
- Четырехугольник вписан в окружность тогда и только тогда, когда сумма двух его противоположных углов равна
- Параллелограмм, вписанный в окружность - непременно прямоугольник и центр окружности совпадает с точкой пересечения диагоналей
- Трапеция, вписанная в окружность - равнобокая.
Вписанный четырехугольник. Средний уровень
Известно, что для всякого треугольника существует описанная окружность (это мы доказывали в теме «Описанная окружность»). Что же можно сказать о четырёхугольнике? Вот, оказывается, что НЕ ВСЯКИЙ четырехугольник можно вписать в окружность , а есть такая теорема:
Четырёхугольник вписан в окружность тогда и только тогда, когда сумма его противоположных углов равна .
На нашем рисунке -
Давай попробуем понять, почему так? Другими словами, мы сейчас докажем эту теорему. Но прежде чем доказывать, нужно понять, как устроено само утверждение. Ты заметил в утверждении слова «тогда и только тогда»? Такие слова означают, что вредные математики впихнули два утверждения в одно.
Расшифровываем:
- «Тогда» означает: Если четырехугольник вписан в окружность, то сумма любых двух его противоположных углов равна.
- «Только тогда» означает: Если у четырёхугольника найдутся два противоположных угла, сумма которых равна, то такой четырехугольник можно вписать в окружность.
Прямо как у Алисы: «думаю, что говорю» и «говорю, что думаю».
А теперь разбираемся, отчего же верно и 1, и 2?
Сначала 1.
Пусть четырехугольник вписан в окружность. Отметим её центр и проведём радиусы и. Что же получится? Помнишь ли ты, что вписанный угол вдвое меньше соответствующего центрального? Если помнишь - сейчас применим, а если не очень - загляни в тему «Окружность. Вписанный угол» .
Вписанный
Вписанный
Но посмотри: .
Получаем, что если - вписанный, то
Ну, и ясно, что и тоже в сумме составляет. (нужно так же рассмотреть и).
Теперь и «наоборот», то есть 2.
Пусть оказалось так, что у четырехугольника сумма каких - то двух противоположных углов равна. Скажем, пусть
Мы пока не знаем, можем ли описать вокруг него окружность. Но мы точно знаем, что вокруг треугольника мы гарантированно окружность описать можем. Так и сделаем это.
Если точка не «села» на окружность, то она неминуемо оказалась или снаружи или внутри.
Рассмотрим оба случая.
Пусть сначала точка - снаружи. Тогда отрезок пересекает окружность в какой-то точке. Соединим и. Получился вписанный (!) четырехугольник.
Про него уже знаем, что сумма его противоположных углов равна, то есть, а по условию у нас.
Получается, что должно бы быть так, что.
Но это никак не может быть поскольку - внешний угол для и значит, .
А внутри? Проделаем похожие действия. Пусть точка внутри.
Тогда продолжение отрезка пересекает окружность в точке. Снова - вписанный четырехугольник, а по условию должно выполняться, но - внешний угол для и значит, то есть опять никак не может быть так, что.
То есть точка не может оказаться ни снаружи, ни внутри окружности - значит, она на окружности!
Доказали всю-всю теорему!
Теперь посмотрим, какие же хорошие следствия даёт эта теорема.
Следствие 1
Параллелограмм, вписанный в окружность, может быть только прямоугольником.
Давай-ка поймём, почему так. Пусть параллелограмм вписан в окружность. Тогда должно выполняться.
Но из свойств параллелограмма мы знаем, что.
И то же самое, естественно, касательно углов и.
Вот и получился прямоугольник - все углы по.
Но, кроме того, есть ещё дополнительный приятный факт: центр окружности, описанной около прямоугольника, совпадает с точкой пересечения диагоналей.
Давай поймём почему. Надеюсь, ты отлично помнишь, что угол, опирающийся на диаметр - прямой.
Диаметр,
Диаметр
а значит, - центр. Вот и всё.
Следствие 2
Трапеция, вписанная в окружность - равнобедренная.
Пусть трапеция вписана в окружность. Тогда.
И так же.
Всё ли мы обсудили? Не совсем. На самом деле есть ещё один, «секретный» способ, как узнавать вписанный четырехугольник. Мы этот способ сформулируем не очень строго (но понятно), а докажем только в последнем уровне теории.
Если в четырёхугольнике можно наблюдать такую картинку, как здесь на рисунке (тут углы, «смотрящие» на сторону из точек и, равны), то такой четырехугольник - вписанный.
Это очень важный рисунок - в задачах часто бывает легче найти равные углы, чем сумму углов и.
Несмотря на совершенное отсутствие строгости в нашей формулировке, она верна, и более того, всегда принимается проверяющими ЕГЭ. Ты должен писать примерно так:
« - вписанный» - и всё будет отлично!
Не забывай этот важный признак - запомни картинку, и, возможно, она тебе вовремя бросится в глаза при решении задачки.
Вписанный четырехугольник. Краткое описание и основные формулы
Если четырехугольник вписан в окружность, то сумма любых двух его противоположных углов равна
и наоборот:
Если у четырехугольника есть два противоположных угла, сумма которых равна, то такой четырехугольник вписанный.
Четырехугольник вписан в окружность тогда и только тогда, когда сумма двух его противоположных углов равна.
Параллелограмм, вписанный в окружность - непременно прямоугольник , и центр окружности совпадает с точкой пересечения диагоналей.
Трапеция , вписанная в окружность - равнобокая .
Четырёхугольник вписан в окружность (задачи). Продолжаем рассматривать задания входящие в состав ЕГЭ по математике. В этой статье мы решим несколько задач с использованием свойств вписанного угла. Теория была подробно уже изложена, . В указанной статье решение заданий по сути сводилось к применению свойства вписанного угла сразу же, то есть это были задания практически в одно действие. Здесь нужно чуть подумать, ход решения не всегда с ходу очевиден.
Применяются: теорема о сумме углов треугольника, свойства вписанного угла, свойство четырёхугольника вписанного в окружность. О последнем подробнее.
*Это свойство было уже представлено, но в другой интерпретации. Итак:
Свойства:
Вписанный четырехугольник - это четырехугольник, все вершины которого лежат на одной окружности.
Четырехугольник можно вписать в окружность тогда и только тогда, когда суммы его противоположных углов равны 180 градусам.
То есть, если мы такой четырёхугольник, то сумма его противоположных углов равна 180 градусам.
Рассмотрим задачи:
27870. В окружности с центром O AC и BD - диаметры. Центральный угол AOD равен 110 0 . Найдите вписанный угол ACB . Ответ дайте в градусах.
Треугольник B ОC равнобедренный, так как ОС=ОВ (это радиусы). Известно, что сумма углов треугольника равна 180 градусам. Рассмотрим ∠BOC и ∠AOD:
Следовательно
Углы при основании равнобедренного треугольника равны, то есть
Другой способ:
Угол АОВ является центральным углом для вписанного угла АСВ. По свойству вписанного в окружность угла
Сумма смежных углов равна 180 0 , значит
Таким образом
Ответ: 35
27871. Угол А четырехугольника ABCD, вписанного в окружность, равен 58 0 . Найдите угол C этого четырехугольника. Ответ дайте в градусах.
Здесь достаточно вспомнить свойство такого четырёхугольника. Известно, что сумма его противоположных углов такого равна 180 градусам, значит угол С будет равен
Второй способ:
Построим ОВ и OD.
По свойству вписанного угла градусная величина дуги BCD равна
2∙58 0 = 116 0
Следовательно градусная величина дуги BAD будет равна
360 0 – 116 0 = 244 0
По свойству вписанного угла угол С будет в два раза меньше, то есть 122 0 .
Ответ: 122
27872. Стороны четырехугольника ABCD AB , BC , CD и AD стягивают дуги описанной окружности, градусные величины которых равны соответственно 95 0 , 49 0 , 71 0 , 145 0 . Найдите угол B этого четырехугольника. Ответ дайте в градусах.
Построим радиусы АО, OD, OC:
Градусная величина дуги AD равна 145 0 , градусная величина дуги СD равна 71 0 , значит градусная величина дуги АDС равна 145 0 + 71 0 = 216 0 .
По свойству вписанного угла угол В будет в два раза меньше центрального угла соответствующего дуге АDС, то есть
Ответ: 108
27874. Четырехугольник ABCD вписан в окружность. Угол ABC равен 105 0 , угол CAD равен 35 0 . Найдите угол ABD . Ответ дайте в градусах.
Данная задача может вызвать затруднение. Сразу невозможно явно увидеть ход решения. Вспомним, что известно про вписанный четырёхугольник: сумма его противоположных углов равна 180 градусам. Найдём
На данный момент мы нашли тот угол, который сразу же возможно определить по известному свойству. Если есть возможность найти какую-либо величину, сделайте это, пригодится. Действуем по принципу «находим то, что можно найти исходя из данных величин».
Вписанные углы ABD и ACD опираются на одну и туже дугу, это означает, что они равны, то есть
Ответ: 70
27875. Четырехугольник ABCD вписан в окружность. Угол ABD равен 75 0 , угол CAD равен 35 0 . Найдите угол ABC . Ответ дайте в градусах.
Известно, что вписанные углы опирающиеся на одну и ту же дугу, и лежащие от неё по одну сторону равны. Следовательно
В треугольнике ACD известно два угла, можем найти третий:
Отмечу, что важно помнить указанные свойства и задачи вы решите без проблем. Конечно, можно выстроить решение не совсем корректно. Например, в задаче 27876 для самостоятельного решения приведено «длинное», или как ещё говорят нерациональное решение. Ничего страшного, если вы именно также решите задачу.
Главное чтобы вы помнили и применяли теорию, и в конечном итоге РЕШИЛИ задание.
В данной рубрике продолжим рассматривать задачи, приглашаю вас на блог!
На этом всё. Успеха вам!
С уважением, Александр Крутицких
Комиссия спрашивает у директора простой сельской школы:
— По какой причине у вас все дети говорят: пришедши, ушедши?
— А кто их знает, может они так привыкши!
P.S: Буду благодарен Вам, если расскажете о сайте в социальных сетях.
