12.7 Dwusieczne kątów trójkąta. Okrąg wpisany w trójkąt
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
W trójkącie $ABC$ kąt przy wierzchołku $A$ ma miarę $60^{\circ}$. Dwusieczne kątów przy wierzchołkach $B$ i $C$ przecinają się w punkcie $S$. Oblicz miarę kąta rozwartego $CSB$.
Miara kąta rozwartego $CSB$ wynosi $120^{\circ}$.
Wiemy, że suma miar kątów w trójkącie $ABC$ wynosi $180^{\circ}$.
Zatem możemy zapisać:
\[ \angle A + \angle B + \angle C = 180^{\circ} \]
Podstawiamy daną wartość kąta $A$:
\[ 60^{\circ} + \angle B + \angle C = 180^{\circ} \]
Obliczamy sumę kątów $B$ i $C$:
\[ \angle B + \angle C = 180^{\circ} - 60^{\circ} \]
\[ \angle B + \angle C = 120^{\circ} \]
Dwusieczne kątów $B$ i $C$ przecinają się w punkcie $S$. Oznacza to, że:
\[ \angle CBS = \frac{1}{2} \angle B \]
\[ \angle BCS = \frac{1}{2} \angle C \]
Rozważamy trójkąt $SBC$. Suma miar kątów w tym trójkącie również wynosi $180^{\circ}$:
\[ \angle CSB + \angle CBS + \angle BCS = 180^{\circ} \]
Podstawiamy wyrażenia na kąty $\angle CBS$ i $\angle BCS$:
\[ \angle CSB + \frac{1}{2} \angle B + \frac{1}{2} \angle C = 180^{\circ} \]
Wyciągamy $\frac{1}{2}$ przed nawias:
\[ \angle CSB + \frac{1}{2} (\angle B + \angle C) = 180^{\circ} \]
Podstawiamy wcześniej obliczoną sumę kątów $(\angle B + \angle C)$:
\[ \angle CSB + \frac{1}{2} \cdot 120^{\circ} = 180^{\circ} \]
Wykonujemy mnożenie:
\[ \angle CSB + 60^{\circ} = 180^{\circ} \]
Obliczamy miarę kąta $CSB$:
\[ \angle CSB = 180^{\circ} - 60^{\circ} \]
\[ \angle CSB = 120^{\circ} \]
Zadanie 2 (3 pkt)
Oblicz promień okręgu wpisanego w trójkąt, którego boki mają długości: $13$, $13$ oraz $24$.
Promień okręgu wpisanego w ten trójkąt wynosi $2.4$.
Obliczymy półobwód $s$ trójkąta:
\[ s = \frac{a+b+c}{2} \]
\[ s = \frac{13+13+24}{2} = \frac{50}{2} = 25 \]
Następnie obliczymy wysokość $h$ opuszczoną na podstawę o długości $24$. Trójkąt jest równoramienny, więc wysokość dzieli podstawę na dwa równe odcinki o długości $12$.
Z twierdzenia Pitagorasa:
\[ h^2 + 12^2 = 13^2 \]
\[ h^2 + 144 = 169 \]
\[ h^2 = 169 - 144 \]
\[ h^2 = 25 \]
\[ h = \sqrt{25} \]
\[ h = 5 \]
Teraz obliczymy pole $A$ trójkąta:
\[ A = \frac{1}{2} \cdot \text{podstawa} \cdot \text{wysokość} \]
\[ A = \frac{1}{2} \cdot 24 \cdot 5 \]
\[ A = 60 \]
Na koniec obliczymy promień $r$ okręgu wpisanego w trójkąt, korzystając ze wzoru $A = r \cdot s$:
\[ r = \frac{A}{s} \]
\[ r = \frac{60}{25} \]
\[ r = \frac{12}{5} = 2.4 \]
Zadanie 3 (2 pkt)
W trójkącie $ABC$, którego boki mają długości $10\text{ cm}$, $12\text{ cm}$ oraz $14\text{ cm}$, wpisano okrąg. Oblicz długości odcinków, na jakie punkty styczności okręgu z bokami trójkąta podzieliły te boki.
Punkty styczności okręgu z bokami trójkąta podzieliły bok o długości $10\text{ cm}$ na odcinki o długościach $6\text{ cm}$ i $4\text{ cm}$, bok o długości $12\text{ cm}$ na odcinki o długościach $8\text{ cm}$ i $4\text{ cm}$, a bok o długości $14\text{ cm}$ na odcinki o długościach $8\text{ cm}$ i $6\text{ cm}$.
Przyjmijmy, że długości boków trójkąta to $a=10\text{ cm}$, $b=12\text{ cm}$, $c=14\text{ cm}$.
Punkty styczności okręgu wpisanego dzielą boki na odcinki. Długości odcinków od wierzchołków do punktów styczności są równe. Oznaczmy je jako $x$, $y$, $z$.
Ze wzoru na długości odcinków stycznych do okręgu wpisanego w trójkąt, gdzie $s$ jest połową obwodu trójkąta:
\[ x = s - a \]
\[ y = s - b \]
\[ z = s - c \]
Obliczamy połowę obwodu $s$:
\[ s = \frac{a+b+c}{2} \]
\[ s = \frac{10\text{ cm} + 12\text{ cm} + 14\text{ cm}}{2} \]
\[ s = \frac{36\text{ cm}}{2} \]
\[ s = 18\text{ cm} \]
Teraz obliczamy długości odcinków:
Obliczenie długości odcinka $x$:
\[ x = s - a \]
\[ x = 18\text{ cm} - 10\text{ cm} \]
\[ x = 8\text{ cm} \]
Obliczenie długości odcinka $y$:
\[ y = s - b \]
\[ y = 18\text{ cm} - 12\text{ cm} \]
\[ y = 6\text{ cm} \]
Obliczenie długości odcinka $z$:
\[ z = s - c \]
\[ z = 18\text{ cm} - 14\text{ cm} \]
\[ z = 4\text{ cm} \]
Odcinki od wierzchołka $A$ (między bokami $b$ i $c$) mają długość $x=8\text{ cm}$.
Odcinki od wierzchołka $B$ (między bokami $a$ i $c$) mają długość $y=6\text{ cm}$.
Odcinki od wierzchołka $C$ (między bokami $a$ i $b$) mają długość $z=4\text{ cm}$.
Bok o długości $10\text{ cm}$ ($a$) jest podzielony na odcinki o długościach $y=6\text{ cm}$ i $z=4\text{ cm}$.
Bok o długości $12\text{ cm}$ ($b$) jest podzielony na odcinki o długościach $x=8\text{ cm}$ i $z=4\text{ cm}$.
Bok o długości $14\text{ cm}$ ($c$) jest podzielony na odcinki o długościach $x=8\text{ cm}$ i $y=6\text{ cm}$.
Zadanie 4 (4 pkt)
W trójkącie prostokątnym $ABC$ suma długości przyprostokątnych $AC$ i $BC$ wynosi $70\text{ cm}$. Promień okręgu wpisanego w ten trójkąt jest o $15\text{ cm}$ mniejszy od promienia okręgu opisanego na tym trójkącie. Wyznacz długości obu promieni.
Długość promienia okręgu wpisanego wynosi $r = 10\text{ cm}$, a długość promienia okręgu opisanego wynosi $R = 25\text{ cm}$.
Przyjmijmy, że $a$ i $b$ to długości przyprostokątnych, a $c$ to długość przeciwprostokątnej trójkąta prostokątnego.
Promień okręgu opisanego na trójkącie prostokątnym:
\[R = \frac{c}{2}\]
Promień okręgu wpisanego w trójkąt prostokątny:
\[r = \frac{a+b-c}{2}\]
Zgodnie z treścią zadania:
Suma długości przyprostokątnych:
\[a + b = 70 \ \text{cm}\]
Zależność między promieniami:
\[r = R - 15\]
Podstawiamy wyrażenia na $R$ i $r$ do zależności $r = R - 15$:
\[\frac{a+b-c}{2} = \frac{c}{2} - 15\]
Mnożymy obie strony równania przez 2:
\[a+b-c = c - 30\]
Przenosimy wyrazy z $c$ na jedną stronę:
\[a+b+30 = 2c\]
Podstawiamy znaną sumę długości przyprostokątnych ($a+b=70$):
\[70+30 = 2c\]
\[100 = 2c\]
Obliczamy długość przeciwprostokątnej $c$:
\[c = \frac{100}{2}\]
\[c = 50 \ \text{cm}\]
Następnie obliczamy promień okręgu opisanego $R$:
\[R = \frac{c}{2}\]
\[R = \frac{50}{2}\]
\[R = 25 \ \text{cm}\]
Na koniec obliczamy promień okręgu wpisanego $r$ korzystając z zależności $r = R - 15$:
\[r = 25 - 15\]\[r = 10 \ \text{cm}\]
Zadanie 5 (5 pkt)
W trójkącie prostokątnym dwusieczna kąta prostego dzieli przeciwprostokątną na odcinki długości 6 i 8. Wyznacz długości przyprostokątnych.
Długości przyprostokątnych wynoszą $\frac{42}{5}$ i $\frac{56}{5}$.
Oznaczmy długości przyprostokątnych jako $a$ i $b$, a długość przeciwprostokątnej jako $c$.Dwusieczna kąta prostego dzieli przeciwprostokątną na odcinki o długościach $6$ i $8$. Zatem długość przeciwprostokątnej wynosi:\[c = 6 + 8 = 14\]Z twierdzenia o dwusiecznej kąta w trójkącie wiemy, że stosunek długości boków przyległych do kąta, z którego wychodzi dwusieczna, jest równy stosunkowi odcinków, na które dwusieczna dzieli bok przeciwległy.W naszym przypadku:\[\frac{a}{b} = \frac{6}{8} = \frac{3}{4}\]Zatem mamy zależność:\[b = \frac{4}{3}a\]Teraz stosujemy twierdzenie Pitagorasa dla trójkąta prostokątnego:\[a^2 + b^2 = c^2\]Podstawiamy znalezione wartości:\[a^2 + \left(\frac{4}{3}a\right)^2 = 14^2\]\[a^2 + \frac{16}{9}a^2 = 196\]\[\frac{9}{9}a^2 + \frac{16}{9}a^2 = 196\]\[\frac{25}{9}a^2 = 196\]\[a^2 = 196 \cdot \frac{9}{25}\]\[a = \sqrt{196 \cdot \frac{9}{25}} = \sqrt{196} \cdot \sqrt{\frac{9}{25}} = 14 \cdot \frac{3}{5} = \frac{42}{5}\]Obliczamy długość drugiej przyprostokątnej:\[b = \frac{4}{3}a = \frac{4}{3} \cdot \frac{42}{5} = \frac{4 \cdot 14}{5} = \frac{56}{5}\]Długości przyprostokątnych wynoszą $\frac{42}{5}$ i $\frac{56}{5}$.
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
W trójkącie $ABC$ kąt przy wierzchołku $A$ ma miarę $80^{\circ}$. Dwusieczne kątów przy wierzchołkach $B$ i $C$ przecinają się w punkcie $S$. Oblicz miarę kąta rozwartego $CSB$.
Miara kąta rozwartego $CSB$ wynosi $130^{\circ}$.
Zadanie 2 (3 pkt)
Oblicz promień okręgu wpisanego w trójkąt, którego boki mają długości: $17$, $17$ oraz $16$.
Promień okręgu wpisanego w ten trójkąt wynosi $4.8$.
Zadanie 3 (2 pkt)
W trójkącie $ABC$, którego boki mają długości $15\text{ cm}$, $17\text{ cm}$ oraz $18\text{ cm}$, wpisano okrąg. Oblicz długości odcinków, na jakie punkty styczności okręgu z bokami trójkąta podzieliły te boki.
Punkty styczności okręgu z bokami trójkąta podzieliły bok o długości $15\text{ cm}$ na odcinki o długościach $8\text{ cm}$ i $7\text{ cm}$, bok o długości $17\text{ cm}$ na odcinki o długościach $10\text{ cm}$ i $7\text{ cm}$, a bok o długości $18\text{ cm}$ na odcinki o długościach $10\text{ cm}$ i $8\text{ cm}$.
Zadanie 4 (4 pkt)
W trójkącie prostokątnym $ABC$ suma długości przyprostokątnych $AC$ i $BC$ wynosi $56\text{ cm}$. Promień okręgu wpisanego w ten trójkąt jest o $12\text{ cm}$ mniejszy od promienia okręgu opisanego na tym trójkącie. Wyznacz długości obu promieni.
Długość promienia okręgu wpisanego wynosi $r = 8\text{ cm}$, a długość promienia okręgu opisanego wynosi $R = 20\text{ cm}$.
Zadanie 5 (5 pkt)
W trójkącie prostokątnym dwusieczna kąta prostego dzieli przeciwprostokątną na odcinki długości 4 i 12. Wyznacz długości przyprostokątnych.
Długości przyprostokątnych wynoszą $\frac{8\sqrt{10}}{5}$ i $\frac{24\sqrt{10}}{5}$.
