Задачи на построение с помощью одной линейки Выполнила: Иванченко И.А.

Содержание

Слайд 2

О решении задач на построение Решение задач на построение состоит из

О решении задач на построение

Решение задач на построение состоит из 4

этапов:
Анализ
Построение
Доказательство
Исследование
Слайд 3

Теорема Дезарга Если прямые, соединяющие соответственные вершины двух треугольников, пересекаются в

Теорема Дезарга

Если прямые, соединяющие соответственные вершины двух треугольников, пересекаются

в одной точке, то соответственные прямые, содержащие стороны треугольников пересекаются в трех точках, лежащих на одной прямой (см. рис.)

S

B

A

C

U

A/

B/

C/

V

W

Слайд 4

Доказательство теоремы Дезарга Докажем теорему Дезарга с помощью теоремы Менелая. Теорема

Доказательство теоремы Дезарга

Докажем теорему Дезарга с помощью теоремы Менелая.

Теорема Менелая. Точки A1 , B1 и C1 , расположенные соответственно на прямых BC, CA, AB и не совпадающие с вершинами треугольника ABC, лежат на одной прямой тогда и только тогда, когда (см. рис.)
AB1 CA1 BC1
* * = -1.
B1C A1B C1A

C1

A

B

A1

C

B1

Слайд 5

Для доказательства принадлежности точек U, V, W одной прямой, рассмотрим ΔАВС

Для доказательства принадлежности точек U, V, W одной прямой, рассмотрим

ΔАВС и точки U, V, W , лежащие на прямых, содержащих стороны АВ, ВС, АС этого треугольника и докажем, что
Для этого применим теорему Менелая для треугольников, SАВ, SBC, SAC и их секущих (A/B/), (В/С/), (А/С/) соответственно. Тогда для Δ SАВ и секущей (А/В/) имеем:
Для Δ SВС и секущей (В/С/) имеем:

S

A

B

C

W

U

V

A/

B/

C/

Слайд 6

Для Δ SАС и секущей (А/С) имеем: Умножим на и поделим

Для Δ SАС и секущей (А/С) имеем:
Умножим на и поделим


на Получаем:
В итоге получили равенство

S

B

A

C

U

A/

B/

C/

V

W

Слайд 7

Модификации теоремы Дезарга Теорема 1. Дано: ABC и A/B/C/ таковы, что

Модификации теоремы Дезарга

Теорема 1.
Дано: ABC и A/B/C/

таковы, что
AA/ ∩ BB/∩ CC/ = S,
AB ∩ A/B/ = U,
BC ∩ B/C/ = V,
AC ∩ A/C/ = W.
Доказать: что W, V, U
лежат на одной прямой.

S

B

C

A

U

V

W

A/

C/

B/

Слайд 8

Теорема 2. Дано: ABC и A/B/C/ AA/ // BB/ // CC/

Теорема 2.
Дано: ABC и A/B/C/
AA/ // BB/

// CC/ ,
AB ∩ A/B/ = X,
BC ∩ B/C/ = Y,
AC ∩ A/C/ = Z.
Доказать: X, Y, Z
лежат на одной прямой.

A

B

C

X

Y

Z

C/

B/

A/

Слайд 9

Теорема 3. Дано: ABC и A/B/C/ AA/ ∩ BB/∩ CC/ =

Теорема 3.
Дано: ABC и A/B/C/
AA/ ∩ BB/∩ CC/ =

S,
AB ∩ A/B/ = X,
BC ∩ B/C/ = Y,
AC // A/C/
Доказать: XY//AC

C

B

A

S

Y

X

A/

B/

C/

Слайд 10

Теорема 4. Дано: ABC и A/B/C/ AA/ ∩ BB/∩ CC/ =

Теорема 4.
Дано: ABC и A/B/C/
AA/ ∩ BB/∩ CC/

= S,
AB // A/B/,
BC // B/C/,
Доказать: AC // A/C/
Теорема 5.
Дано: ABC и A/B/C/
AA/ // BB/ // CC/ ,
AB // A/B/ ,
AC // A/C/
Доказать: BC//B/C/

S

B

A

C

B/

C/

A/

A

B

C

A/

B/

C/

Слайд 11

Применение теоремы Дезарга для построения параллельных прямых (с помощью одной линейки)

Применение теоремы Дезарга для построения параллельных прямых (с помощью одной линейки)


Задача. Даны две различные параллельные прямые а и b и точка А, не лежащая на них. Через точку А проведите прямую, параллельную данным прямым.
Слайд 12

Решение. Анализ. Пусть задача решена и прямая с проходит через точку

Решение. Анализ. Пусть задача решена и прямая с проходит через точку

А параллельно прямым а и b (см. рис.)
Вспомним теорему Дезарга, где треугольники содержат одну пару параллельных сторон (см.теорема3), сопоставим этот рис. и рисунок, иллюстрирующий теорему.
Теорема 3

a

c

b

A


C

B

A

S

Y

X

A/

B/

C/

Слайд 13

В этой задаче первоначальный рисунок ничего не выражает. В нашем случае

В этой задаче первоначальный рисунок
ничего не выражает. В нашем случае


прямые а и в – это прямые,
на которых лежат две
соответственные стороны треугольников
с осью с. Тогда точка А является точкой
пересечения одной пары
соответственных сторон.
Ещё одна пара соответственных сторон должна
пересекаться в точке, также лежащей на с.
Построение, таким образом, сводится к
построению двух треугольников, одна
пара соответственных сторон которых
лежит на прямых а и в. Поэтому на прямых
а и в возьмем произвольные отрезки:
[С1В1] ∈ а, [СВ] ∈ в в качестве
соответственных
сторон, а вторая пара сторон пересекается
в точке А.

a

c

b

A


C

B

A

S

Y

X

A/

B/

C/

Слайд 14

(С /С) ∩ (В/В) = S, S – точка, в которой

(С /С) ∩ (В/В) = S, S – точка, в которой

пересекаются прямые, проходящие через соответственные вершины треугольников. Вторая пара сторон искомых треугольников лежит на прямых (А/С/) и (АС).
(Теорема Дезарга, см. рис.)

S

A

B

C

W

U

V

A/

B/

C/

Слайд 15

Построение: Берем точки С1, В1 ∈ а Берем точки С, В,

Построение:
Берем точки С1, В1 ∈ а
Берем точки С, В,

∈ в
S = (СС1) ∩ (ВВ1)
Проведем произвольную прямую l ∍ S
О1 = l ∩ (С1А)
О = l ∩ (СА)
6. (В1О1) ∩ (ВО) = А1
(АА1) = с – искомая
l
Доказательство:
Рассмотрим ΔС1О1В1 и Δ СОВ. (СС1) ∩ (ВВ1) ∩ (ОО1) = S по построению. Точки А = (С1О1) ∩ (СО) и А1 = (В1О1) ∩ (ВО) определяют прямую с. Поскольку (С1В1) // (СВ), то с // а // в.

С1

В1

a

C

B

b

S

А

О

О1

А1

Слайд 16

Исследование: Задача всегда имеет единственное решение, так как через данную точку


Исследование:
Задача всегда имеет единственное решение, так как через

данную точку можно провести единственную прямую, параллельную данной.
Слайд 17

Задача с недоступными элементами Точку называют недоступной, если к ней нельзя

Задача с недоступными элементами

Точку называют недоступной, если к ней нельзя

применить аксиомы конструктивной геометрии, в частности, аксиома линейки и циркуля. Фигура считается недоступной, если все ее точки недоступны. Недоступная точка считается заданной (известной), если построены отрезки двух прямых, пересекающихся в этой точке.
Слайд 18

Задача. Даны две прямые а и в, пересекающиеся в недоступной точке


Задача. Даны две прямые а и в, пересекающиеся в

недоступной точке L (т.е. лежащей вне пределов чертежа); построить прямую, соединяющую точку L с данной (доступной) точкой М.
Решение. Анализ. Пусть задача решена и прямая с проходит через точку М и точку L (см. рис.) Для проведения анализа вспомним теорему Дезарга и сделаем к этой теореме рисунок.
недоступная часть
M c

L

b

a

Слайд 19

Так как точки М и L лежат на одной прямой, то

Так как точки М и L лежат на одной прямой, то

можно рассмотреть их как точки пересечения соответственных сторон треугольников, а прямые а и в взять как прямые ВС и В'С', то есть прямые, на которых лежат две соответственные стороны треугольников с осью с. Таким образом, построение сводится к построению двух треугольников, две стороны которых лежат на сторонах а и в, а другая пара соответственных сторон пересекаются в точке М. Необходимо построение проводить таким образом, чтобы прямые пересекались в доступной части чертежа.

L

b

a

M

S

B

C

A

U

V

W

A/

C/

B/

Слайд 20

Построение: 1. Возьмем точки А, В ∈ а; А/, В/ ∈

Построение:
1. Возьмем точки А, В ∈ а; А/, В/ ∈

b (см. рис.)
2. Точка S = (АА/) ∩ (ВВ/).
3. Проведем произвольную прямую l: S ∈ l.
4. С1 = (В/М) ∩ l,
С = (ВМ) ∩ l.
5. (АС) ∩ (А/С/) = М1
(ММ1) = с – искомая.
Доказательство:
Рассмотрим Δ АВС и Δ А/В/С/.
В них:
(ВВ/) ∩ (АА/) ∩ (СС/) = S
(АС) ∩ (А/С/) = М1,
(ВС) ∩ (В/С/) = М,
(АВ) ∩ (А/В/) = а ∩ в = L,
следовательно, по теореме 1 точки М, М1 и L лежат на одной прямой.

a

A

B

b

А/

В/

S

l

L

M

С

С/

М1

Слайд 21

Поляра Четыре точки A, B, C, D, лежащие на одной прямой,

Поляра

Четыре точки A, B, C, D, лежащие на одной прямой,

образуют гармоническую четверку, если
AC AD
: = -1.
CB DB
Задача.
Из данной точки A проведены к данной окружности с центром O касательные AK1 , AK2 и секущая, пересекающая окружность в точках C и D, а отрезок K1K2 – в точке B. Докажите, что точки A, B, C и D образуют гармоническую четверку.
Слайд 22

Доказательство: Введем систему координат с началом в точке A, как показано

Доказательство: Введем систему координат с началом в точке A, как показано

на рисунке.
Пусть B1, C1, D1 – проекции точек B, C, D
на ось абсцисс. Докажем, что точки
A, B1, C1, D1 образуют гармоническую
четверку. Отсюда сразу же последует,
что точки A, B, C, D также образуют
гармоническую четверку.
Уравнение окружности запишем в виде
(x – a)2 + y2 = R2 (2)
где a = AO, R – радиус окружности, а уравнение секущей AD – в виде
y = kx (3)
где k – некоторое число. Координаты точек C и D удовлетворяют
уравнениями (2) и (3). Если подставить y = kx в уравнение (2), то придем к
квадратному уравнению
(1 + k2) x2 – 2ax + a2 – R2 = 0 (4)

x

y

A

K2

C

K1

D

B

D1

O

B1

C1

Слайд 23

корни x1 и x2 которого равны абсциссам точек C и D,

корни x1 и x2 которого равны абсциссам точек C и D,

т.е.
AC1 = x1, AD1 = x2.
По теореме Виета
2a a2 – R2
x1 + x2 = , x1x2 = ,
1+ k2 1 + k2
2x1x2 a2 – R2
откуда = (5)
x1+ x2 a
Рассматривая прямоугольный треугольник AOK1 , нетрудно
a2 – R2
установить, что AB1 = . Поэтому если положить AB1= x0 ,
a
то равенство (5) можно записать в виде
2x1x2
= x0, или x1(x2 – x0) – x2(x0 – x1) =0.
x1+x2
Слайд 24

Отсюда, учитывая, что x1(x2 – x0) = AC1 * B1D1 ,

Отсюда, учитывая, что
x1(x2 – x0) = AC1 *

B1D1 , x2(x0 – x1) = AD1 * C1B1 ,
получаем:
AC1 * B1D1 – AD1* C1B1 =0,
а это и означает, что точки A, B1 , C1 , D1 образуют гармоническую четверку.
2x1x2
Замечание. Равенство = x0 можно доказать и не прибегая
x1 + x2
к рассмотрению треугольника AOK1. В самом деле, соотношение
2x1x2 a2 – R2 2x1x2
= показывает, что величина не зависит от
x1+ x2 a x1 + x2
k, т.е.имеет одно и то же значение для любой прямой, описываемой уравнением y = kx. Возьмем k таким, чтобы уравнение y = kx было уравнением касательной AK1.
Тогда оба корня x1 и x2 квадратного уравнения
(1 + k2) x2 – 2ax + a2 – R2 = 0 будут равны абсциссе точки K1 , т.е. будут равны x0.