21.5 Pola figur podobnych
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (1 pkt)
Figura $F_1$ jest podobna do figury $F$ w skali $k$. Wiedząc, że pole figury $F$ stanowi $0,25$ pola figury $F_1$, oblicz $k$.
Skala podobieństwa wynosi $k = 2$.
Oznaczmy pole figury $F$ jako $P_F$ oraz pole figury $F_1$ jako $P_{F_1}$. Z treści zadania wiemy, że $P_F = 0,25 \cdot P_{F_1}$.
Stosunek pól figur podobnych jest równy kwadratowi skali podobieństwa. Figura $F_1$ jest podobna do figury $F$ w skali $k$, zatem:\[k^2 = \frac{P_{F_1}}{P_F}\]Przekształćmy daną w zadaniu zależność, aby wyznaczyć ten stosunek:\[P_F = 0,25 \cdot P_{F_1} \implies \frac{P_F}{P_{F_1}} = 0,25\]\[\frac{P_{F_1}}{P_F} = \frac{1}{0,25} = \frac{1}{\frac{1}{4}} = 4\]Teraz możemy obliczyć $k$:\[k^2 = 4\]\[k = \sqrt{4} = 2\]Skala podobieństwa $k$ musi być liczbą dodatnią, więc bierzemy pod uwagę tylko dodatni pierwiastek.
Zadanie 2 (1 pkt)
Skala podobieństwa koła $K_1$ do koła $K$ wynosi $0,8$. O ile procent pole koła $K_1$ jest mniejsze od pola koła $K$?
Pole koła $K_1$ jest mniejsze od pola koła $K$ o $36\%$.
Oznaczmy przez $k$ skalę podobieństwa koła $K_1$ do koła $K$. Z treści zadania wiemy, że $k = 0,8$.
Stosunek pól figur podobnych jest równy kwadratowi skali podobieństwa. Oznaczmy pole koła $K$ przez $P$ i pole koła $K_1$ przez $P_1$. Wówczas:\[ \frac{P_1}{P} = k^2 \]Podstawiając wartość $k$:\[ \frac{P_1}{P} = (0,8)^2 = 0,64 \]Z tego wynika, że pole koła $K_1$ stanowi $64\%$ pola koła $K$:\[ P_1 = 0,64 \cdot P \]Aby obliczyć, o ile procent pole koła $K_1$ jest mniejsze od pola koła $K$, obliczamy różnicę procentową:\[ \frac{P - P_1}{P} \cdot 100\% = \frac{P - 0,64P}{P} \cdot 100\% = \frac{0,36P}{P} \cdot 100\% = 0,36 \cdot 100\% = 36\% \]
Zadanie 3 (1 pkt)
Figury $F_1$ i $F$ są podobne. Obwód figury $F_1$ jest o $20\%$ większy od obwodu figury $F$. O ile procent pole figury $F_1$ jest większe od pola figury $F$?
Pole figury $F_1$ jest większe od pola figury $F$ o $44\%$.
Niech $O$ i $P$ oznaczają odpowiednio obwód i pole figury $F$, a $O_1$ i $P_1$ oznaczają obwód i pole figury $F_1$. Z treści zadania wiemy, że obwód figury $F_1$ jest o $20\%$ większy od obwodu figury $F$. Możemy to zapisać jako:\[O_1 = O + 0.20 \cdot O = 1.20 \cdot O\]Stosunek obwodów figur podobnych jest równy skali podobieństwa $k$. Zatem:\[k = \frac{O_1}{O} = \frac{1.20 \cdot O}{O} = 1.2\]Stosunek pól figur podobnych jest równy kwadratowi skali podobieństwa $k^2$. Możemy więc napisać:\[\frac{P_1}{P} = k^2\]Podstawiając wyliczoną wartość $k$:\[\frac{P_1}{P} = (1.2)^2 = 1.44\]Stąd $P_1 = 1.44 \cdot P$. Aby obliczyć, o ile procent pole $P_1$ jest większe od $P$, wykonujemy następujące obliczenie:\[\frac{P_1 - P}{P} \cdot 100\% = \frac{1.44 P - P}{P} \cdot 100\% = \frac{0.44 P}{P} \cdot 100\% = 0.44 \cdot 100\% = 44\%\]
Zadanie 4 (4 pkt)
W trapezie $ABCD$ odcinki $AB$ i $DC$ są podstawami. Pole trapezu $ABCD$ jest równe $170 \text{ cm}^2$. Na ramieniu $AD$ zaznaczono punkt $E$, a na ramieniu $BC$ – punkt $F$ w taki sposób, że trapez $EFCD$ jest podobny do trapezu $ABFE$. Wiedząc, że $|EF| = 15 \text{ cm}$ oraz pole trapezu $EFCD$ jest o $80 \text{ cm}^2$ mniejsze od pola trapezu $ABFE$, oblicz:
a) długości podstaw $AB$ i $DC$ trapezu $ABCD$,
b) wysokość trapezu $ABCD$.
a) Długości podstaw wynoszą $|AB| = 25 \text{ cm}$ i $|DC| = 9 \text{ cm}$.
b) Wysokość trapezu wynosi $10 \text{ cm}$.
Oznaczmy pole trapezu $ABFE$ jako $P_1$ i pole trapezu $EFCD$ jako $P_2$. Z treści zadania wiemy, że:\[P_1 + P_2 = 170 \text{ cm}^2\]\[P_2 = P_1 - 80 \text{ cm}^2\]Podstawiając drugie równanie do pierwszego, otrzymujemy:\[P_1 + (P_1 - 80) = 170\]\[2P_1 - 80 = 170\]\[2P_1 = 250\]\[P_1 = 125 \text{ cm}^2\]Obliczamy pole drugiego trapezu:\[P_2 = 125 - 80 = 45 \text{ cm}^2\]Stosunek pól figur podobnych jest równy kwadratowi skali podobieństwa $k$. Trapez $EFCD$ jest podobny do $ABFE$, więc:\[k^2 = \frac{P_2}{P_1} = \frac{45}{125} = \frac{9}{25}\]\[k = \sqrt{\frac{9}{25}} = \frac{3}{5}\]a) Obliczamy długości podstaw. Oznaczmy $|AB|=a$ i $|DC|=b$. Odpowiednimi podstawami w podobnych trapezach są $DC$ i $EF$ oraz $EF$ i $AB$. Zatem:\[k = \frac{|DC|}{|EF|} = \frac{b}{15}\]\[\frac{3}{5} = \frac{b}{15} \implies 5b = 45 \implies b = 9 \text{ cm}\]\[k = \frac{|EF|}{|AB|} = \frac{15}{a}\]\[\frac{3}{5} = \frac{15}{a} \implies 3a = 75 \implies a = 25 \text{ cm}\]b) Obliczamy wysokość. Niech $h_1$ będzie wysokością trapezu $ABFE$, a $h_2$ wysokością trapezu $EFCD$. Wysokość trapezu $ABCD$ to $h = h_1 + h_2$.
Korzystając ze wzoru na pole trapezu:\[P_1 = \frac{a + |EF|}{2} \cdot h_1\]\[125 = \frac{25 + 15}{2} \cdot h_1\]\[125 = 20 h_1 \implies h_1 = \frac{125}{20} = \frac{25}{4} \text{ cm}\]\[P_2 = \frac{|EF| + b}{2} \cdot h_2\]\[45 = \frac{15 + 9}{2} \cdot h_2\]\[45 = 12 h_2 \implies h_2 = \frac{45}{12} = \frac{15}{4} \text{ cm}\]Całkowita wysokość wynosi:\[h = h_1 + h_2 = \frac{25}{4} \text{ cm} + \frac{15}{4} \text{ cm} = \frac{40}{4} \text{ cm} = 10 \text{ cm}\]
Zadanie 5 (3 pkt)
W równoległoboku $ABCD$ nierównoległe boki mają długość $8 \text{ cm}$ i $15 \text{ cm}$. Obrazem równoległoboku $ABCD$ w pewnym podobieństwie jest równoległobok $A_1B_1C_1D_1$. Wiedząc, że pole równoległoboku $A_1B_1C_1D_1$ jest równe $540\sqrt{2} \text{ cm}^2$, a jego kąt ostry ma miarę $45^{\circ}$, oblicz:
a) skalę tego podobieństwa,
b) obwód równoległoboku $A_1B_1C_1D_1$.
a) Skala podobieństwa wynosi $3$.
b) Obwód równoległoboku $A_1B_1C_1D_1$ wynosi $138 \text{ cm}$.
Oznaczmy boki równoległoboku $ABCD$ jako $a=8 \text{ cm}$ i $b=15 \text{ cm}$. Ponieważ równoległoboki są podobne, ich kąty są równe. Kąt ostry w równoległoboku $ABCD$ wynosi $\alpha = 45^{\circ}$.
Najpierw obliczmy pole równoległoboku $ABCD$, oznaczmy je jako $P$. Skorzystamy ze wzoru na pole równoległoboku: $P = a \cdot b \cdot \sin(\alpha)$.\[P = 8 \text{ cm} \cdot 15 \text{ cm} \cdot \sin(45^{\circ}) = 120 \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = 60\sqrt{2} \text{ cm}^2\]a) Stosunek pól figur podobnych jest równy kwadratowi skali podobieństwa $k$. Pole równoległoboku $A_1B_1C_1D_1$ oznaczymy jako $P_1$.\[k^2 = \frac{P_1}{P}\]\[k^2 = \frac{540\sqrt{2} \text{ cm}^2}{60\sqrt{2} \text{ cm}^2} = 9\]\[k = \sqrt{9} = 3\]Skala podobieństwa wynosi $3$.
b) Aby obliczyć obwód równoległoboku $A_1B_1C_1D_1$, najpierw obliczmy obwód równoległoboku $ABCD$. Oznaczmy go jako $Obw$.\[Obw = 2(a+b) = 2(8 \text{ cm} + 15 \text{ cm}) = 2 \cdot 23 \text{ cm} = 46 \text{ cm}\]Stosunek obwodów figur podobnych jest równy skali podobieństwa $k$. Obwód równoległoboku $A_1B_1C_1D_1$ oznaczymy jako $Obw_1$.\[\frac{Obw_1}{Obw} = k\]\[Obw_1 = k \cdot Obw = 3 \cdot 46 \text{ cm} = 138 \text{ cm}\]
Grupa B
Zadanie 1 (1 pkt)
Figura $F_1$ jest podobna do figury $F$ w skali $k$. Wiedząc, że pole figury $F$ stanowi $1,44$ pola figury $F_1$, oblicz $k$.
Skala podobieństwa wynosi $k = \frac{5}{6}$.
Zadanie 2 (1 pkt)
Skala podobieństwa koła $K_1$ do koła $K$ wynosi $1,2$. O ile procent pole koła $K_1$ jest większe od pola koła $K$?
Pole koła $K_1$ jest większe od pola koła $K$ o $44\%$.
Zadanie 3 (1 pkt)
Figury $F_1$ i $F$ są podobne. Obwód figury $F_1$ jest o $50\%$ większy od obwodu figury $F$. O ile procent pole figury $F_1$ jest większe od pola figury $F$?
Pole figury $F_1$ jest większe od pola figury $F$ o $125\%$.
Zadanie 4 (4 pkt)
W trapezie $ABCD$ odcinki $AB$ i $DC$ są podstawami. Pole trapezu $ABCD$ jest równe $100 \text{ cm}^2$. Na ramieniu $AD$ zaznaczono punkt $E$, a na ramieniu $BC$ – punkt $F$ w taki sposób, że trapez $EFCD$ jest podobny do trapezu $ABFE$. Wiedząc, że $|EF| = 10 \text{ cm}$ oraz pole trapezu $EFCD$ jest o $60 \text{ cm}^2$ mniejsze od pola trapezu $ABFE$, oblicz:
a) długości podstaw $AB$ i $DC$ trapezu $ABCD$,
b) wysokość trapezu $ABCD$.
a) Długości podstaw wynoszą $|AB| = 20 \text{ cm}$ i $|DC| = 5 \text{ cm}$.
b) Wysokość trapezu wynosi $8 \text{ cm}$.
Zadanie 5 (3 pkt)
W równoległoboku $ABCD$ nierównoległe boki mają długość $20 \text{ cm}$ i $16 \text{ cm}$. Obrazem równoległoboku $ABCD$ w pewnym podobieństwie jest równoległobok $A_1B_1C_1D_1$. Wiedząc, że pole równoległoboku $A_1B_1C_1D_1$ jest równe $640\sqrt{3} \text{ cm}^2$, a jego kąt ostry ma miarę $60^{\circ}$, oblicz:
a) skalę tego podobieństwa,
b) obwód równoległoboku $A_1B_1C_1D_1$.
a) Skala podobieństwa wynosi $2$.
b) Obwód równoległoboku $A_1B_1C_1D_1$ wynosi $144 \text{ cm}$.
