Geometria płaska – pojęcia wstępne. Trójkąty
Sprawdzian
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Znajdź wielokąt, w którym liczba przekątnych jest 4 razy większa od liczby boków. Oblicz sumę miar kątów wewnętrznych tego wielokąta.
Szukany wielokąt: jedenastokąt (\(n = 11\))
Suma miar kątów wewnętrznych: \(1620^\circ\)
Suma miar kątów wewnętrznych: \(1620^\circ\)
Wskazówki:
- Liczba boków oraz wierzchołków wielokąta wypukłego \(n\) jest liczbą naturalną spełniającą warunek \(n \ge 3\).
- Liczbę przekątnych \(p\) w \(n\)-kącie wypukłym wyznaczamy ze wzoru: \(p = \dfrac{n(n - 3)}{2}\).
- Zależność podaną w poleceniu zapisujemy w postaci równania: \(p = 4n\).
- Suma miar kątów wewnętrznych dowolnego \(n\)-kąta wypukłego wynosi \(S_n = (n - 2) \cdot 180^\circ\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Zapisanie zależności między liczbą przekątnych a liczbą boków:
Niech \(n\) oznacza liczbę boków (oraz liczbę wierzchołków) wielokąta wypukłego, gdzie \(n \in \mathbb{N}\) i \(n \ge 3\). Z każdego wierzchołka można poprowadzić przekątne do wszystkich pozostałych wierzchołków z wyjątkiem samego siebie oraz dwóch sąsiednich, co daje \(n - 3\) przekątne z jednego wierzchołka. Ponieważ każda przekątna łączy dwa wierzchołki, łączna liczba przekątnych wynosi: $$ p = \dfrac{n(n - 3)}{2} $$ Zgodnie z treścią zadania liczba przekątnych jest \(4\) razy większa od liczby boków: $$ p = 4n $$ Podstawiamy wzór na liczbę przekątnych: $$ \dfrac{n(n - 3)}{2} = 4n $$ -
Wyznaczenie liczby boków wielokąta – Sposób I (dzielenie przez \(n\)):
Mamy równanie: $$ \dfrac{n(n - 3)}{2} = 4n $$ Mnożymy obie strony równania przez \(2\): $$ n(n - 3) = 8n $$ Ponieważ wielokąt posiada co najmniej \(3\) boki, zachodzi warunek \(n \ge 3\), a zatem \(n \neq 0\). Możemy bezpiecznie podzielić obie strony równania przez \(n\): $$ \begin{aligned} n - 3 &= 8 \\[8pt] n &= 8 + 3 \\[8pt] n &= 11 \end{aligned} $$ Liczba boków wynosi \(n = 11\), zatem szukanym wielokątem jest **jedenastokąt**. -
Wyznaczenie liczby boków wielokąta – Sposób II (równanie kwadratowe):
Wychodzimy z postaci wymnożonej: $$ n(n - 3) = 8n $$ Przenosimy wszystkie wyrazy na lewą stronę i redukujemy: $$ \begin{aligned} n^2 - 3n - 8n &= 0 \\[8pt] n^2 - 11n &= 0 \end{aligned} $$ Wyłączamy wspólny czynnik \(n\) przed nawias: $$ n(n - 11) = 0 $$ Iloczyn jest równy zero, gdy: $$ n = 0 \quad \text{lub} \quad n = 11 $$ Wielokąt musi spełniać założenie geometryczne \(n \ge 3\), dlatego rozwiązanie \(n = 0\) odrzucamy jako sprzeczne z warunkami zadania. Jedynym poprawnym rozwiązaniem jest \(n = 11\). -
Obliczenie sumy miar kątów wewnętrznych jedenastokąta:
Suma miar kątów wewnętrznych \(S_n\) w dowolnym \(n\)-kącie wypukłym wyraża się wzorem: $$ S_n = (n - 2) \cdot 180^\circ $$ Dla wyznaczonej liczby boków \(n = 11\) otrzymujemy: $$ \begin{aligned} S_{11} &= (11 - 2) \cdot 180^\circ \\[8pt] &= 9 \cdot 180^\circ \\[8pt] &= 1620^\circ \end{aligned} $$ -
Interpretacja geometryczna podziału na trójkąty i rysunek wynikowy:
Wzór na sumę miar kątów wewnętrznych wynika z faktu, że prowadząc wszystkie możliwe przekątne z jednego wierzchołka jedenastokąta (jest ich \(11 - 3 = 8\)), dzielimy figurę na dokładnie: $$ n - 2 = 11 - 2 = 9 \text{ trójkątów} $$ W każdym trójkącie suma miar kątów wynosi \(180^\circ\). Kąty tych \(9\) trójkątów tworzą w całości kąty wewnętrzne jedenastokąta, stąd \(9 \cdot 180^\circ = 1620^\circ\).
Odpowiedź:
Szukanym wielokątem jest jedenastokąt (\(n = 11\)), a suma miar jego kątów wewnętrznych wynosi \(1620^\circ\).
Szukanym wielokątem jest jedenastokąt (\(n = 11\)), a suma miar jego kątów wewnętrznych wynosi \(1620^\circ\).
Wideolekcja:
Nagranie wideo do tego zadania pojawi się wkrótce.
Obejrzyj pełne omówienie zadania krok po kroku:
Zadanie 2 (3 pkt)
Dwa boki trójkąta różnobocznego mają długość 6 i 8. Trzeci bok leży naprzeciw najmniejszego kąta. Oblicz długość trzeciego boku wiedząc, że obwód trójkąta jest liczbą naturalną.
Trzeci bok może mieć długość 3, 4 lub 5 (czyli \(c \in \{3, 4, 5\}\)).
Wskazówki:
- Wykorzystaj twierdzenie o zależności między bokami a kątami w trójkącie: naprzeciw najmniejszego kąta leży zawsze najkrótszy bok. Oznacza to, że długość trzeciego boku musi być mniejsza od pozostałych dwóch boków.
- Zastosuj nierówność trójkąta – suma długości każdych dwóch boków trójkąta musi być ściśle większa od długości trzeciego boku.
- Pamiętaj o warunku różnoboczności (wszystkie trzy boki mają różne długości) oraz o tym, że skoro dwa boki mają długości całkowite (6 i 8), to naturalny obwód wymusza, by trzeci bok również miał długość wyrażoną liczbą naturalną.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Rysunek pomocniczy i analiza relacji między bokami i kątami w trójkącie:
Niech boki danego trójkąta mają długości \(a = 8\), \(b = 6\) oraz \(c\), gdzie \(c > 0\).
Z podstawowego twierdzenia planimetrii wynika, że w dowolnym trójkącie naprzeciw mniejszego kąta leży krótszy bok (i odwrotnie: naprzeciw najmniejszego kąta leży bok o najmniejszej długości). Skoro trzeci bok \(c\) leży naprzeciw najmniejszego kąta trójkąta, to musi być najkrótszym spośród wszystkich trzech boków: $$\begin{cases} c < 6 \\[6pt] c < 8 \end{cases} \implies c < 6$$ Ponadto trójkąt jest różnoboczny, co oznacza, że żadne dwa boki nie mogą mieć jednakowej długości (\(c \neq 6\) oraz \(c \neq 8\)), co jest w pełni zgodne z warunkiem \(c < 6\). -
Zastosowanie nierówności trójkąta:
Aby z odcinków o długościach \(6\), \(8\) i \(c\) można było skonstruować trójkąt, spełniony musi być układ trzech nierówności trójkąta (suma każdych dwóch boków musi być większa od boku trzeciego): $$\begin{cases} 6 + 8 > c \\[6pt] 6 + c > 8 \\[6pt] 8 + c > 6 \end{cases}$$ Przekształcamy każdą z nierówności: $$\begin{aligned} c &< 14 \\[8pt] c &> 8 - 6 \implies c > 2 \\[8pt] c &> 6 - 8 \implies c > -2 \quad (\text{warunek spełniony zawsze, bo } c > 0) \end{aligned}$$ Z nierówności trójkąta otrzymujemy przedział: $$2 < c < 14$$ Łącząc ten warunek z warunkiem wynikającym z położenia naprzeciw najmniejszego kąta (\(c < 6\)), wyznaczamy przedział dopuszczalnych długości boku \(c\): $$\begin{cases} c > 2 \\[6pt] c < 6 \end{cases} \implies c \in (2, 6)$$ -
Wykorzystanie warunku o obwodzie i ustalenie możliwych długości boku \(c\):
Obwód trójkąta to suma długości wszystkich jego boków: $$\begin{aligned} Obw &= 8 + 6 + c \\[8pt] &= 14 + c \end{aligned}$$ Z treści zadania wiemy, że obwód jest liczbą naturalną: $$Obw \in \mathbb{N} \implies 14 + c \in \mathbb{N}$$ Ponieważ liczba \(14\) jest liczbą naturalną, stąd wynika, że długość boku \(c\) również musi być liczbą naturalną (\(c \in \mathbb{N}\)).
Wybieramy liczby naturalne należące do wyznaczonego przedziału \(c \in (2, 6)\): $$c \in \{3, 4, 5\}$$ Dla każdej z tych wartości warunki zadania są w pełni spełnione: $$\begin{aligned} \text{Dla } c = 3: &\quad \text{boki: } 3, 6, 8 \quad \implies Obw = 17 \in \mathbb{N} \\[8pt] \text{Dla } c = 4: &\quad \text{boki: } 4, 6, 8 \quad \implies Obw = 18 \in \mathbb{N} \\[8pt] \text{Dla } c = 5: &\quad \text{boki: } 5, 6, 8 \quad \implies Obw = 19 \in \mathbb{N} \end{aligned}$$ W każdym przypadku boki mają różne długości (trójkąt jest różnoboczny), a najkrótszy bok leży naprzeciw najmniejszego kąta.
Odpowiedź:
Trzeci bok może mieć długość 3, 4 lub 5 (czyli \(c \in \{3, 4, 5\}\)).
Trzeci bok może mieć długość 3, 4 lub 5 (czyli \(c \in \{3, 4, 5\}\)).
Wideolekcja:
Nagranie wideo do tego zadania pojawi się wkrótce.
Obejrzyj pełne omówienie zadania krok po kroku:
Zadanie 3 (3 pkt)
Oblicz długości środkowych trójkąta równoramiennego o bokach \(13\text{ cm}\), \(13\text{ cm}\), \(10\text{ cm}\).
Długość środkowej poprowadzonej do podstawy: \(12\text{ cm}\)
Długości środkowych poprowadzonych do ramion: \(\dfrac{3\sqrt{41}}{2}\text{ cm}\) (obie równej długości)
Długości środkowych poprowadzonych do ramion: \(\dfrac{3\sqrt{41}}{2}\text{ cm}\) (obie równej długości)
Wskazówki:
- Środkowa trójkąta to odcinek łączący wierzchołek trójkąta ze środkiem przeciwległego boku.
- W trójkącie równoramiennym środkowa opuszczona z wierzchołka między ramionami na podstawę jest jednocześnie wysokością tego trójkąta i dzieli podstawę na dwie równe części. Jej długość obliczamy bezpośrednio z twierdzenia Pitagorasa.
- Ze względu na symetrię osiową trójkąta równoramiennego, środkowe poprowadzone do obu ramion mają identyczną długość.
- Długość środkowej poprowadzonej do ramienia można obliczyć na dwa sposoby:
- Sposób I: korzystając z twierdzenia cosinusów w trójkącie utworzonym przez podstawę, środkową i połowę ramienia,
- Sposób II: rzutując środek ramienia prostopadle na podstawę (z twierdzenia Talesa) i stosując twierdzenie Pitagorasa.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Rysunek pomocniczy i obliczenie długości środkowej opuszczonej na podstawę:
Niech \(ABC\) będzie trójkątem równoramiennym o bokach: $$\begin{aligned} |AB| &= 10\text{ cm} \quad (\text{podstawa}) \\[8pt] |AC| = |BC| &= 13\text{ cm} \quad (\text{ramiona}) \end{aligned}$$ Niech punkt \(D\) będzie środkiem podstawy \(AB\). Odcinek \(CD\) jest środkową opuszczoną na podstawę trójkąta: $$|AD| = |DB| = \dfrac{10}{2} = 5\text{ cm}$$ W trójkącie równoramiennym środkowa poprowadzona do podstawy pokrywa się z wysokością (\(CD \perp AB\)).W trójkącie prostokątnym \(ADC\) stosujemy twierdzenie Pitagorasa, oznaczając długość środkowej \(|CD| = s_a\): $$\begin{aligned} |AD|^2 + |CD|^2 &= |AC|^2 \\[8pt] 5^2 + s_a^2 &= 13^2 \\[8pt] 25 + s_a^2 &= 169 \\[8pt] s_a^2 &= 169 - 25 \\[8pt] s_a^2 &= 144 \\[8pt] s_a &= \sqrt{144} = 12\text{ cm} \end{aligned}$$ Środkowa opuszczona na podstawę ma długość \(12\text{ cm}\). -
Sposób I – Wyznaczenie długości środkowych poprowadzonych do ramion z twierdzenia cosinusów:
Niech punkt \(E\) będzie środkiem ramienia \(AC\), a punkt \(F\) środkiem ramienia \(BC\). Ponieważ \(|AC| = |BC| = 13\text{ cm}\): $$|AE| = |EC| = |BF| = |FC| = \dfrac{13}{2}\text{ cm}$$ Odcinki \(BE\) oraz \(AF\) to środkowe poprowadzone do ramion trójkąta. Z symetrii trójkąta równoramiennego wynika równość ich długości: $$|BE| = |AF| = s_b$$ Wyznaczamy cosinus kąta przy podstawie trójkąta (\(\angle CAB = \alpha\)) z trójkąta prostokątnego \(ADC\): $$\begin{aligned} \cos \alpha &= \dfrac{|AD|}{|AC|} = \dfrac{5}{13} \end{aligned}$$ Stosujemy twierdzenie cosinusów w trójkącie \(ABE\) dla boku \(BE = s_b\): $$\begin{aligned} |BE|^2 &= |AB|^2 + |AE|^2 - 2 \cdot |AB| \cdot |AE| \cdot \cos \alpha \\[8pt] s_b^2 &= 10^2 + \left(\dfrac{13}{2}\right)^2 - 2 \cdot 10 \cdot \dfrac{13}{2} \cdot \dfrac{5}{13} \end{aligned}$$ Wykonujemy obliczenia algebraiczne: $$\begin{aligned} s_b^2 &= 100 + \dfrac{169}{4} - 10 \cdot 5 \\[8pt] s_b^2 &= 100 + \dfrac{169}{4} - 50 \\[8pt] s_b^2 &= 50 + \dfrac{169}{4} \\[8pt] s_b^2 &= \dfrac{200}{4} + \dfrac{169}{4} \\[8pt] s_b^2 &= \dfrac{369}{4} \end{aligned}$$ Pierwiastkujemy obie strony i wyłączamy czynnik przed znak pierwiastka (\(369 = 9 \cdot 41\)): $$\begin{aligned} s_b &= \sqrt{\dfrac{369}{4}} \\[8pt] &= \dfrac{\sqrt{9 \cdot 41}}{\sqrt{4}} \\[8pt] &= \dfrac{3\sqrt{41}}{2}\text{ cm} \end{aligned}$$ -
Sposób II – Wyznaczenie długości środkowych z twierdzenia Pitagorasa (metoda rzutowania):
Niech punkt \(E'\) będzie rzutem prostokątnym środka ramienia \(E\) na podstawę \(AB\) (\(EE' \perp AB\)).
Ponieważ \(EE' \parallel CD\), a punkt \(E\) jest środkiem boku \(AC\), z twierdzenia Talesa (własność linii środkowej w trójkącie \(ADC\)) otrzymujemy: $$\begin{aligned} |EE'| &= \dfrac{1}{2} \cdot |CD| = \dfrac{1}{2} \cdot 12 = 6\text{ cm} \\[8pt] |AE'| &= \dfrac{1}{2} \cdot |AD| = \dfrac{1}{2} \cdot 5 = \dfrac{5}{2}\text{ cm} \end{aligned}$$ Obliczamy długość odcinka \(E'B\): $$\begin{aligned} |E'B| &= |AB| - |AE'| \\[8pt] &= 10 - \dfrac{5}{2} = \dfrac{20}{2} - \dfrac{5}{2} = \dfrac{15}{2}\text{ cm} \end{aligned}$$ W trójkącie prostokątnym \(EE'B\) stosujemy twierdzenie Pitagorasa dla przeciwprostokątnej \(BE = s_b\): $$\begin{aligned} |BE|^2 &= |EE'|^2 + |E'B|^2 \\[8pt] s_b^2 &= 6^2 + \left(\dfrac{15}{2}\right)^2 \\[8pt] s_b^2 &= 36 + \dfrac{225}{4} \\[8pt] s_b^2 &= \dfrac{144}{4} + \dfrac{225}{4} \\[8pt] s_b^2 &= \dfrac{369}{4} \\[8pt] s_b &= \dfrac{\sqrt{369}}{2} = \dfrac{3\sqrt{41}}{2}\text{ cm} \end{aligned}$$ Obie metody prowadzą do identycznego wyniku. -
Rysunek wynikowy z naniesionymi wszystkimi środkowymi trójkąta:
Wszystkie trzy środkowe trójkąta przecinają się w jednym punkcie \(S\) (środek ciężkości trójkąta), dzielącym każdą środkową w stosunku \(2 : 1\), licząc od wierzchołka:
Odpowiedź:
Długość środkowej poprowadzonej do podstawy wynosi \(12\text{ cm}\), a długości środkowych poprowadzonych do ramion wynoszą po \(\dfrac{3\sqrt{41}}{2}\text{ cm}\).
Długość środkowej poprowadzonej do podstawy wynosi \(12\text{ cm}\), a długości środkowych poprowadzonych do ramion wynoszą po \(\dfrac{3\sqrt{41}}{2}\text{ cm}\).
Wideolekcja:
Nagranie wideo do tego zadania pojawi się wkrótce.
Obejrzyj pełne omówienie zadania krok po kroku:
Zadanie 4 (2 pkt)
Wyznacz \(x\) wiedząc, że proste \(AC\) i \(BD\) są równoległe:
\(x = 20\)
Wskazówki:
- Proste \(AB\) i \(CD\) przecinają się w punkcie \(O\), a odcinki \(AC\) i \(BD\) są do siebie równoległe (\(AC \parallel BD\)).
- Kąty wierzchołkowe przy punkcie \(O\) są równe, a kąty przy prostych równoległych przeciętych sieczną są kątami naprzemianległymi (mają równe miary).
- Z równości kątów wynika podobieństwo trójkątów \(\triangle OAC \sim \triangle OBD\) (cecha KKK) lub bezpośrednia proporcjonalność wynikająca z twierdzenia Talesa.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Rysunek pomocniczy i analiza kątów w trójkątach:
Rozpatrujemy dwa trójkąty: \(\triangle OAC\) oraz \(\triangle OBD\). Wyznaczamy relacje między ich kątami:
1. Kąty \(\angle AOC\) oraz \(\angle BOD\) są kątami wierzchołkowymi, zatem: $$\sphericalangle AOC = \sphericalangle BOD = \alpha$$ 2. Ponieważ proste \(AC\) i \(BD\) są równoległe (\(AC \parallel BD\)), sieczna \(AB\) tworzy parę równych kątów naprzemianległych wewnętrznych: $$\sphericalangle CAO = \sphericalangle DBO = \beta$$ 3. Podobnie prosta \(CD\) przecinająca proste równoległe \(AC\) i \(BD\) tworzy drugą parę równych kątów naprzemianległych wewnętrznych: $$\sphericalangle ACO = \sphericalangle BDO = \gamma$$ -
Ułożenie proporcji i wyznaczenie niewiadomej \(x\):
Wartość \(x\) wyznaczamy dwoma równoważnymi sposobami:
• Sposób I – Wykorzystanie cechy podobieństwa trójkątów (KKK):
Na podstawie równości wszystkich trzech kątów trójkąty \(\triangle OAC\) i \(\triangle OBD\) są podobne: $$\triangle OAC \sim \triangle OBD$$ Boki leżące naprzeciw odpowiednich kątów są proporcjonalne:
- Boki leżące naprzeciw kąta \(\alpha\): \(|AC| = x\) oraz \(|BD| = 50\),
- Boki leżące naprzeciw kąta \(\gamma\) (leżące na prostej \(AB\)): \(|OA| = 4\) oraz \(|OB| = 10\).
Układamy proporcję: $$\dfrac{|AC|}{|BD|} = \dfrac{|OA|}{|OB|}$$ Podstawiamy dane liczbowe: $$\dfrac{x}{50} = \dfrac{4}{10}$$ Upraszczamy ułamek po prawej stronie: $$\dfrac{x}{50} = \dfrac{2}{5}$$ Mnożymy obie strony równania przez \(50\): $$\begin{aligned} x &= 50 \cdot \dfrac{2}{5} \\[8pt] x &= \dfrac{100}{5} \\[8pt] x &= 20 \end{aligned}$$ • Sposób II – Bezpośrednie zastosowanie twierdzenia Talesa:
Zgodnie z uogólnionym twierdzeniem Talesa dla prostych przecinających się w punkcie \(O\) i przeciętych prostymi równoległymi \(AC \parallel BD\), stosunek długości odcinków na prostych równoległych jest równy stosunkowi odpowiadających im odcinków wyznaczonych na ramionach kąta: $$\dfrac{|AC|}{|OA|} = \dfrac{|BD|}{|OB|}$$ Podstawiamy wartości z rysunku: $$\dfrac{x}{4} = \dfrac{50}{10}$$ Dzielimy liczby po prawej stronie: $$\dfrac{x}{4} = 5$$ Mnożymy obustronnie przez \(4\): $$\begin{aligned} x &= 4 \cdot 5 \\[8pt] x &= 20 \end{aligned}$$ -
Interpretacja graficzna rozwiązania i rysunek wynikowy:
Skala podobieństwa większego trójkąta \(\triangle OBD\) do mniejszego trójkąta \(\triangle OAC\) wynosi: $$k = \dfrac{|OB|}{|OA|} = \dfrac{10}{4} = 2{,}5$$ Oznacza to, że każdy odcinek w trójkącie \(\triangle OBD\) jest \(2{,}5\) razy dłuższy od odpowiadającego mu odcinka w trójkącie \(\triangle OAC\): $$|BD| = k \cdot |AC| \implies 50 = 2{,}5 \cdot 20$$
Odpowiedź:
\(x = 20\)
\(x = 20\)
Wideolekcja:
Nagranie wideo do tego zadania pojawi się wkrótce.
Obejrzyj pełne omówienie zadania krok po kroku:
Zadanie 5 (2 pkt)
Sprawdź, czy trójkąt o bokach \((\sqrt{3} + 1)\text{ cm}\), \((\sqrt{3} + 1)\text{ cm}\), \(2\sqrt{3}\text{ cm}\) jest ostrokątny, prostokątny czy rozwartokątny.
Trójkąt jest ostrokątny (ponieważ zachodzi warunek \(a^2 + b^2 > c^2\), czyli \(8 + 4\sqrt{3} > 12\)).
Wskazówki:
- Najpierw upewnij się, że spełniony jest warunek trójkąta (suma dwóch krótszych boków musi być większa od boku najdłuższego) i ustal, który bok jest najdłuższy.
- Aby zbadać rodzaj kątów trójkąta, oznacz najdłuższy bok jako \(c\), a dwa krótsze jako \(a\) i \(b\), po czym porównaj sumę \(a^2 + b^2\) z kwadratem \(c^2\):
- jeśli \(a^2 + b^2 > c^2\), to trójkąt jest ostrokątny,
- jeśli \(a^2 + b^2 = c^2\), to trójkąt jest prostokątny,
- jeśli \(a^2 + b^2 < c^2\), to trójkąt jest rozwartokątny.
- Zadanie można również uzasadnić, wyznaczając znak cosinusa największego kąta z twierdzenia cosinusów.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Warunek istnienia trójkąta i ustalenie najdłuższego boku:
Długości boków trójkąta wynoszą: $$ a = \sqrt{3} + 1, \quad b = \sqrt{3} + 1, \quad c = 2\sqrt{3} $$ Trójkąt jest równoramienny, ponieważ dwa jego boki mają identyczną długość \(a = b\).
Porównujemy długość ramienia z podstawą, korzystając z przybliżenia \(\sqrt{3} \approx 1{,}73\): $$ \sqrt{3} + 1 \approx 1{,}73 + 1 = 2{,}73 $$ $$ 2\sqrt{3} \approx 2 \cdot 1{,}73 = 3{,}46 $$ Ponieważ \(2\sqrt{3} - (\sqrt{3} + 1) = \sqrt{3} - 1 > 0\), najdłuższym bokiem trójkąta jest: $$ c = 2\sqrt{3}\text{ cm} $$ Sprawdzamy nierówność trójkąta dla sumy dwóch krótszych boków: $$ a + b = (\sqrt{3} + 1) + (\sqrt{3} + 1) = 2\sqrt{3} + 2 $$ Ponieważ \(2\sqrt{3} + 2 > 2\sqrt{3}\), warunek istnienia trójkąta jest spełniony. -
Sposób I – Zastosowanie kryterium kwadratów długości boków:
Obliczamy kwadraty długości każdego z boków, stosując wzór skróconego mnożenia na kwadrat sumy \((x+y)^2 = x^2 + 2xy + y^2\): $$ \begin{aligned} a^2 &= (\sqrt{3} + 1)^2 \\[8pt] &= (\sqrt{3})^2 + 2 \cdot \sqrt{3} \cdot 1 + 1^2 \\[8pt] &= 3 + 2\sqrt{3} + 1 \\[8pt] &= 4 + 2\sqrt{3} \end{aligned} $$ Podobnie dla drugiego ramienia: $$ b^2 = (\sqrt{3} + 1)^2 = 4 + 2\sqrt{3} $$ Kwadrat najdłuższego boku wynosi: $$ c^2 = (2\sqrt{3})^2 = 2^2 \cdot (\sqrt{3})^2 = 4 \cdot 3 = 12 $$ Obliczamy sumę kwadratów dwóch krótszych boków: $$ \begin{aligned} a^2 + b^2 &= (4 + 2\sqrt{3}) + (4 + 2\sqrt{3}) \\[8pt] &= 8 + 4\sqrt{3} \end{aligned} $$ Porównujemy sumę \(a^2 + b^2\) z wartością \(c^2\), badając ich różnicę: $$ (a^2 + b^2) - c^2 = (8 + 4\sqrt{3}) - 12 = 4\sqrt{3} - 4 = 4(\sqrt{3} - 1) $$ Ponieważ \(\sqrt{3} > 1\), zachodzi \(4(\sqrt{3} - 1) > 0\), a zatem: $$ a^2 + b^2 > c^2 $$ Skoro suma kwadratów dwóch krótszych boków jest ściśle większa od kwadratu najdłuższego boku, kąt leżący naprzeciwko najdłuższego boku jest kątem ostrym. Trójkąt jest zatem ostrokątny. -
Sposób II – Wyznaczenie znaku cosinusa największego kąta z twierdzenia cosinusów:
W trójkącie kąt o największej mierze (oznaczmy go jako \(\gamma\)) leży zawsze naprzeciwko najdłuższego boku \(c = 2\sqrt{3}\).
Z twierdzenia cosinusów: $$ c^2 = a^2 + b^2 - 2ab \cos \gamma $$ Wyznaczamy \(\cos \gamma\): $$ \cos \gamma = \dfrac{a^2 + b^2 - c^2}{2ab} $$ Wstawiamy wcześniej wyliczone wielkości: $$ \begin{aligned} \cos \gamma &= \dfrac{(8 + 4\sqrt{3}) - 12}{2(\sqrt{3} + 1)^2} \\[8pt] &= \dfrac{4\sqrt{3} - 4}{2(4 + 2\sqrt{3})} \\[8pt] &= \dfrac{4(\sqrt{3} - 1)}{4(2 + \sqrt{3})} \\[8pt] &= \dfrac{\sqrt{3} - 1}{2 + \sqrt{3}} \end{aligned} $$ Usuwamy niewymierność z mianownika, mnożąc licznik i mianownik przez \((2 - \sqrt{3})\): $$ \begin{aligned} \cos \gamma &= \dfrac{(\sqrt{3} - 1)(2 - \sqrt{3})}{(2 + \sqrt{3})(2 - \sqrt{3})} \\[8pt] &= \dfrac{2\sqrt{3} - 3 - 2 + \sqrt{3}}{2^2 - (\sqrt{3})^2} \\[8pt] &= \dfrac{3\sqrt{3} - 5}{4 - 3} \\[8pt] &= 3\sqrt{3} - 5 \end{aligned} $$ Ponieważ \(3\sqrt{3} = \sqrt{27} > \sqrt{25} = 5\), otrzymujemy: $$ \cos \gamma = 3\sqrt{3} - 5 > 0 $$ W przedziale \((0^\circ, 180^\circ)\) funkcja cosinus przyjmuje wartości dodatnie wyłącznie dla kątów ostrych, stąd: $$ \gamma \in (0^\circ, 90^\circ) $$ Największy kąt trójkąta jest ostry, co dowodzi, że wszystkie trzy kąty są ostre, a trójkąt jest ostrokątny.
Odpowiedź:
Trójkąt jest ostrokątny.
Trójkąt jest ostrokątny.
Wideolekcja:
Nagranie wideo do tego zadania pojawi się wkrótce.
Obejrzyj pełne omówienie zadania krok po kroku:
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Znajdź wielokąt, w którym liczba przekątnych jest 6 razy większa od liczby boków. Oblicz sumę miar kątów wewnętrznych tego wielokąta.
n= 15
Suma kątów = $2340^ \circ$
Zadanie 2 (3 pkt)
Dwa boki trójkąta różnobocznego mają długość 7 i 10. Trzeci bok leży naprzeciw najmniejszego kąta. Oblicz długość trzeciego boku wiedząc, że obwód trójkąta jest liczbą naturalną.
4 lub 5 lub 6
Zadanie 3 (3 pkt)
Oblicz długości środkowych trójkąta równoramiennego o bokach 17 cm, 17 cm, 10 cm.
$2\sqrt{66}, \quad \frac{1}{2} \sqrt{489}, \quad \frac{1}{2} \sqrt{489}$
Zadanie 4 (2 pkt)
Wyznacz x wiedząc że proste AC i BD są równoległe:
24
Zadanie 5 (2 pkt)
Sprawdź, czy trójkąt o bokach $(\sqrt{5} + 2)\,\text{cm}$, $(\sqrt{5} + 2)\,\text{cm}$, $2\sqrt{5}\,\text{cm}$ jest ostrokątny, prostokątny czy rozwartokątny.
ostrokątny
