20.5 Okrąg wpisany w czworokąt
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Czy w czworokąt można wpisać okrąg, jeśli długości kolejnych boków:
a) są równe $5, 7, 10, 8$?
b) pozostają w stosunku $2 : 3 : 5 : 4$?
a) Tak, można wpisać okrąg.
b) Tak, można wpisać okrąg.
Warunkiem koniecznym i wystarczającym, aby w czworokąt można było wpisać okrąg, jest to, aby sumy długości jego przeciwległych boków były równe. Jeśli oznaczymy kolejne boki czworokąta jako $a, b, c, d$, to musi zachodzić warunek:\[a + c = b + d\]a) Długości kolejnych boków są równe $a=5$, $b=7$, $c=10$, $d=8$.
Sprawdzamy warunek:\[a+c = 5+10 = 15\]\[b+d = 7+8 = 15\]Ponieważ $15=15$, warunek jest spełniony. W ten czworokąt można wpisać okrąg.
b) Długości kolejnych boków pozostają w stosunku $2 : 3 : 5 : 4$. Oznaczmy długości boków jako $a=2x$, $b=3x$, $c=5x$, $d=4x$, gdzie $x$ jest pewną dodatnią stałą.
Sprawdzamy warunek:\[a+c = 2x+5x = 7x\]\[b+d = 3x+4x = 7x\]Ponieważ $7x = 7x$, warunek jest spełniony. W taki czworokąt można wpisać okrąg.
Zadanie 2 (3 pkt)
W trapezie równoramiennym jedna podstawa jest pięć razy dłuższa od drugiej, a długość drugiej podstawy jest jedną trzecią długości ramienia. Wykaż, że w ten trapez można wpisać okrąg.
Ponieważ suma długości podstaw ($6b$) jest równa sumie długości ramion ($6b$), w dany trapez można wpisać okrąg, co należało wykazać.
Oznaczmy długości boków trapezu: niech $a$ i $b$ będą długościami podstaw (przyjmijmy, że $a$ jest dłuższą podstawą), a $c$ niech będzie długością ramienia. Z treści zadania wynikają następujące zależności:
Jedna podstawa jest pięć razy dłuższa od drugiej:\[a = 5b\]Długość drugiej podstawy jest jedną trzecią długości ramienia:\[b = \frac{1}{3}c\]Z drugiej zależności możemy wyznaczyć długość ramienia $c$ w zależności od $b$:\[c = 3b\]Warunkiem, aby w trapez można było wpisać okrąg, jest równość sum długości jego przeciwległych boków. Dla trapezu równoramiennego warunek ten ma postać:\[a + b = 2c\]Sprawdźmy, czy ten warunek jest spełniony. Podstawmy do równania zależności wynikające z treści zadania.
Suma długości podstaw:\[a + b = 5b + b = 6b\]Suma długości ramion:\[2c = 2 \cdot (3b) = 6b\]Otrzymaliśmy równość $6b = 6b$, co oznacza, że warunek jest spełniony. Zatem w ten trapez można wpisać okrąg.
Zadanie 3 (3 pkt)
Długość boku rombu jest równa $5$ cm, a sinus kąta ostrego rombu jest równy $0,6$. Oblicz promień okręgu wpisanego w ten romb.
Promień okręgu wpisanego w ten romb wynosi $1,5$ cm.
Oznaczmy długość boku rombu jako $a$, a jego kąt ostry jako $\alpha$. Wysokość rombu $h$ jest równa średnicy okręgu wpisanego, czyli $h=2r$, gdzie $r$ to promień tego okręgu.
Znamy następujące dane:\[a = 5 \ \text{cm}\]\[\sin \alpha = 0,6\]Wysokość rombu można obliczyć ze wzoru:\[h = a \cdot \sin \alpha\]Podstawiając dane do wzoru, otrzymujemy:\[h = 5 \ \text{cm} \cdot 0,6\]\[h = 3 \ \text{cm}\]Promień okręgu wpisanego w romb jest równy połowie jego wysokości:\[r = \frac{h}{2}\]\[r = \frac{3 \ \text{cm}}{2}\]\[r = 1,5 \ \text{cm}\]
Zadanie 4 (4 pkt)
Iloczyn promienia okręgu wpisanego w kwadrat i promienia okręgu opisanego na tym kwadracie jest równy $8\sqrt{2}$. Oblicz długość boku kwadratu.
Długość boku kwadratu wynosi $4\sqrt{2}$.
Oznaczmy długość boku kwadratu jako $a$. Promień okręgu wpisanego w kwadrat ($r$) jest równy połowie długości boku kwadratu:\[r = \frac{a}{2}\]Promień okręgu opisanego na kwadracie ($R$) jest równy połowie długości przekątnej kwadratu. Przekątna kwadratu o boku $a$ ma długość $d = a\sqrt{2}$.\[R = \frac{d}{2} = \frac{a\sqrt{2}}{2}\]Zgodnie z treścią zadania, iloczyn tych promieni wynosi $8\sqrt{2}$:\[r \cdot R = 8\sqrt{2}\]Podstawiamy wzory na $r$ i $R$:\[\frac{a}{2} \cdot \frac{a\sqrt{2}}{2} = 8\sqrt{2}\]\[\frac{a^2\sqrt{2}}{4} = 8\sqrt{2}\]Mnożymy obie strony równania przez 4:\[a^2\sqrt{2} = 32\sqrt{2}\]Dzielimy obie strony przez $\sqrt{2}$:\[a^2 = 32\]Ponieważ długość boku musi być liczbą dodatnią, obliczamy pierwiastek:\[a = \sqrt{32} = \sqrt{16 \cdot 2} = 4\sqrt{2}\]
Zadanie 5 (3 pkt)
W romb o boku długości $17 \text{ cm}$ i wysokości $8 \text{ cm}$ wpisano okrąg. Oblicz, w jakiej odległości od środka boku znajduje się punkt styczności okręgu z tym bokiem.
Odległość punktu styczności od środka boku wynosi $7.5 \text{ cm}$.
Niech $a$ oznacza długość boku rombu, a $h$ jego wysokość. Z danych zadania mamy $a = 17 \text{ cm}$ oraz $h = 8 \text{ cm}$.
Rozważmy trójkąt prostokątny utworzony przez bok rombu $a$, jego wysokość $h$ oraz odcinek $x$ będący rzutem prostopadłym sąsiedniego boku na prostą zawierającą dany bok. W tym trójkącie bok $a$ jest przeciwprostokątną.
Z twierdzenia Pitagorasa mamy:\[x^2 + h^2 = a^2\]Podstawiając dane wartości, obliczamy długość odcinka $x$:\[x^2 + 8^2 = 17^2\]\[x^2 + 64 = 289\]\[x^2 = 289 - 64\]\[x^2 = 225\]\[x = 15 \text{ cm}\]Odległość punktu styczności okręgu wpisanego w romb od środka boku, na którym ten punkt leży, jest równa połowie długości odcinka $x$. Oznaczmy tę odległość jako $d$.\[d = \frac{x}{2}\]\[d = \frac{15}{2} = 7.5 \text{ cm}\]
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Czy w czworokąt można wpisać okrąg, jeśli długości kolejnych boków:
a) są równe $12, 8, 15, 10$?
b) pozostają w stosunku $3 : 5 : 4 : 7$?
a) Nie, nie można wpisać okręgu.
b) Nie, nie można wpisać okręgu.
Zadanie 2 (3 pkt)
W trapezie równoramiennym jedna podstawa jest siedem razy dłuższa od drugiej, a długość drugiej podstawy jest jedną czwartą długości ramienia. Wykaż, że w ten trapez można wpisać okrąg.
Warunek wpisania okręgu w trapez jest spełniony, ponieważ suma podstaw ($8b$) jest równa sumie ramion ($8b$). Zatem w ten trapez można wpisać okrąg, co należało udowodnić.
Zadanie 3 (3 pkt)
Długość boku rombu jest równa $10$ cm, a sinus kąta ostrego rombu jest równy $0,5$. Oblicz promień okręgu wpisanego w ten romb.
Promień okręgu wpisanego w ten romb wynosi $2,5$ cm.
Zadanie 4 (3 pkt)
Iloczyn promienia okręgu wpisanego w kwadrat i promienia okręgu opisanego na tym kwadracie jest równy $18\sqrt{2}$. Oblicz długość boku kwadratu.
Długość boku kwadratu wynosi $6\sqrt{2}$.
Zadanie 5 (4 pkt)
W romb o boku długości $37 \text{ cm}$ i wysokości $12 \text{ cm}$ wpisano okrąg. Oblicz, w jakiej odległości od środka boku znajduje się punkt styczności okręgu z tym bokiem.
Odległość punktu styczności od środka boku wynosi $17.5 \text{ cm}$.
