Признаки вписанного четырёхугольника
Четыре точки лежат на одной окружности, если сумма противоположных углов четырёхугольника равна или если отрезок виден из двух точек по одну сторону от него под равными углами. Частый случай — два прямых угла на одном отрезке: обе вершины лежат на окружности с диаметром — этим отрезком. Равнобедренная трапеция всегда вписанная. Найденная окружность даёт равные углы для доказательства.
Четыре точки на одной окружности
Около выпуклого четырёхугольника можно описать окружность, если выполнено одно из условий.
- Сумма противоположных углов равна : . То же самое: внешний угол при равен внутреннему углу .
- Сторона видна из двух других вершин под равными углами: .
- Два прямых угла опираются на один отрезок: их вершины лежат на окружности с диаметром — этим отрезком.
- Четырёхугольник — равнобедренная трапеция.
- Когда окружность найдена, ищите на ней равные углы на одну дугу.
Сумма противоположных углов 180°
Если в выпуклом четырёхугольнике , то около него можно описать окружность. Это обратная теорема к свойству вписанного четырёхугольника. Причина: проведите окружность через , , . Если лежит внутри круга, угол больше , если вне круга — меньше.
В задаче один из двух углов обычно прямой или выражается через биссектрисы и высоты. Сосчитайте оба угла через данные углы треугольника и сложите.
Пример
Окружность с центром касается боковых сторон и равнобедренного остроугольного треугольника и его высоты . а) Докажите, что . б) Найдите длину отрезка , если и .
- 1.а) Окружность касается сторон треугольника : отрезков , и . Поэтому — центр вписанной в него окружности, он лежит на биссектрисах углов треугольника (центр на биссектрисах).
- 2. — биссектриса прямого угла : и .
- 3.Пусть . Тогда , , и .
- 4..
- 5.. Около четырёхугольника можно описать окружность.
- 6.Вписанные углы и этой окружности опираются на дугу , их вершины по одну сторону от . Поэтому .
- 7.б) По пункту а) в треугольнике углы при и равны : он прямоугольный и равнобедренный. Его медиана к гипотенузе .
- 8.Точка лежит на биссектрисе угла . В равнобедренном треугольнике это медиана , поэтому .
- 9..
Ответ: б)
Отрезок виден под равными углами
Если точки и лежат по одну сторону от прямой и , то точки , , , лежат на одной окружности. Это обратное утверждение к равенству вписанных углов на одну дугу.
Условие «по одну сторону» обязательно. Если и лежат по разные стороны от , нужен первый признак: .
Где лежит четвёртая вершина
Два прямых угла на одном отрезке
Если , то точка лежит на окружности с диаметром : центр этой окружности — середина , а медиана к гипотенузе равна половине . Поэтому два прямых угла и дают четыре точки , , , на одной окружности. Здесь точки и могут лежать по любую сторону от .
Такие пары прямых углов дают высоты треугольника, радиусы в точки касания, перпендикулярные отрезки в квадрате и прямоугольнике.
Пример
В трапеции с основаниями и углы и прямые. а) Докажите, что трапеция равнобедренная. б) Найдите , если , .
- 1.а) Углы и прямые и опираются на отрезок . Точки и лежат на окружности с диаметром .
- 2.Трапеция вписана в окружность, поэтому она равнобедренная.
- 3.б) В прямоугольном треугольнике : . Высота отсекает (косинус).
- 4.Трапеция равнобедренная, поэтому высота отсекает такой же отрезок . .
Ответ: б)
Равнобедренная трапеция вписана в окружность
Около равнобедренной трапеции можно описать окружность. Её углы при основании равны, а углы при боковой стороне в сумме дают . Поэтому и противоположные углы в сумме дают .
Признак работает для середин сторон треугольника и основания его высоты. Средняя линия параллельна стороне, на которой лежат основание высоты и середина, поэтому четыре точки образуют трапецию. Её боковые стороны равны: одна — медиана к гипотенузе, другая — средняя линия, обе равны половине одной стороны треугольника. Если угол или тупой, основание высоты лежит на продолжении стороны, и рассуждение то же.
Пример задания
Открытый банк ФИПИ
В треугольнике точки и - середины сторон и соответственно, - высота,
а) Докажите, что точки и лежат на одной окружности.
б) Найдите если
Проверьте себя
00