Геометрия: Планиметрия в тезисах и решениях. 9 класс - Андрей Павлов 3 стр.

Ордината j точки А определяется аналогично. Через точку А проведём прямую, параллельную оси абсцисс х. Она пересечёт ось ординату в некоторой точке Аy. Ординатой точки А мы будем называть число у, абсолютная величина которого равна расстоянию от точки О до точки Аy. Это число будет положительным, если Аy принадлежит положительной полуоси, и отрицательным, если А принадлежит отрицательной полуоси. Если точка А лежит на оси абсцисс х, то полагаем у равным нулю.

Координаты точки записывают в скобках рядом с буквенным обозначением точки, например: А(х; у) (на первом месте абсцисса, на втором – ордината) (рис. 49).

Рис. 49.

Уравнением фигуры в декартовых координатах на плоскости называется уравнение с двумя неизвестными х и у, которому удовлетворяют координаты любой точки фигуры.

Например, уравнение прямой у = kx + b, где k – тангенс угла наклона прямой к оси Ох (рис. 50).

Рис. 50.

Если каждую точку данной фигуры сместить каким-нибудь образом, то мы получим новую фигуру. Говорят, что эта фигура получена преобразованием из данной. Симметрия относительно точки, симметрия относительно прямой, поворот, параллельный перенос – виды движений.

Два отрезка называют одинаково направленными, или сонаправленными, если они совмещаются параллельным переносом.

Векторы АВ и CD называют одинаково направленными, если отрезки АВ и CD одинаково направлены. Векторы АВ и CD называют противоположно направленными, если отрезки АВ и CD противоположно направлены. Первая буква в обозначении вектора является его началом, а вторая буква – его концом. Например, у вектора АВ точка А – начало вектора, а точка В – его конец (рис. 51).

Рис. 51.

Абсолютной величиной (или модулем) вектора называется длина отрезка, изображающего вектор. Обозначают модуль вектора (на пример, АВ) следующим образом:|АВ|. Очевидно, что |AB| = AB, где АВ – это длина отрезка АВ.

Начало вектора может совпадать с его концом. Такой вектор будем называть нулевым вектором.

Два вектора называются равными, если они совмещаются параллельным переносом. Это означает, что существует параллельный перенос, который переводит начало и конец одного вектора соответственно в начало и конец другого вектора (рис. 52).

Рис. 52.

Пусть вектор а имеет началом точку А1(х1; у1), а концом точку А2(х2; у2). Координатами вектора а будем называть числа a1 = x2 – x1, a2 = y2 – y1.

Суммой векторов а и b с координатами а1, а2 и BL, b2 называется вектор с с координатами a1 + BL, a2 + b2.

Разностью векторов а (a1; a2) и b (BL; b2) называется такой вектор с (с1; с2), который в сумме с вектором b даёт вектор а, т. е. b + с = а. Отсюда находим координаты вектора с = а – b: с1 = а1 – BL: с2 = а2 – b2.

Удобно производить разложение вектора по двум перпендикулярным осям. В этом случае составляющие вектора называются проекциями вектора на оси.

Произведением вектора а (a1; a2) на число k называется вектор с координатами (kа1; kа2).

Два вектора а и b называются коллинеарными (параллельными), если существует такое число k ? 0, что вектор а есть kb.

Разложить вектор а по векторам b и с – значит найти такие числа n, m, что а = nb + mc.

Скалярным произведением векторов а (a1; a2) и b (BL; b2) называют число a1BL + a2b2.

Углом между ненулевыми векторами АВ и АС называется угол ВАС. Углом между любыми двумя ненулевыми векторами а и b называется угол между равными им векторами с общим началом. Угол между одинаково направленными векторами считается равным нулю.

Если векторы перпендикулярны, то их скалярное произведение равно нулю. И обратно: если скалярное произведение отличных от нуля векторов равно нулю, то векторы перпендикулярны.

Вектор называется единичным, если его абсолютная величина равна единице. Единичные векторы, имеющие направления положительных координатных полуосей, называют координатными векторами или ортами.

Преобразование фигуры F в фигуру F1 называется преобразованием подобия, если при этом преобразовании расстояния между точками изменяются в одно и то же число раз. Это значит, что если произвольные точки X, Y фигуры F при преобразовании подобия переходят в точки X1, Y1 фигуры F1, то X1Y1 = k ? ХУ, причём число k – одно и то же для всех точек X, Y. Число k называется коэффициентом подобия. При k = 1 преобразование подобия, очевидно, является движением.

Пусть F – данная фигура и О – фиксированная точка. Проведём через произвольную точку X фигуры F отрезок ОХ и отложим на нём отрезок ОХ1 равный k ? ОХ, где k – положительное число. Преобразование фигуры F, при котором каждая её точка X переходит в точку X1 построенную указанным способом, называется гомотетией относительно центра О. Число k называется коэффициентом гомотетии, фигуры F и F1 называют гомотетичными.

На рис. 53 ?АВС и ?A1В1С1 – гомотетичны.

Рис. 53.

Две фигуры называются подобными, если они переводятся друг в друга преобразованием подобия.

Угол разбивает плоскость на две части. Каждая из частей называется плоским углом. Плоские углы с общими сторонами называются дополнительными.

Центральным углом в окружности называется плоский угол с вершиной в её центре. Часть окружности, расположенная внутри плоского угла, называется дугой окружности, соответствующей этому центральному углу. Градусной мерой дуги окружности называется градусная мера соответствующего центрального угла (рис. 54).

?АОВ (угол ?) – центральный.

Рис. 54.

Угол, вершина которого лежит на окружности, а стороны пересекают эту окружность, называется вписанным в окружность (рис. 55).

Рис. 55.

?АСВ (угол ?) – вписанный.

Геометрическую фигуру будем называть простой, если её можно разбить на конечное число плоских треугольников. Напомним, что плоским треугольником мы называем конечную часть плоскости, ограниченную треугольником.

Дадим определение площади для простых фигур.

Для простых фигур площадь – это положительная величина, численное значение которой обладает следующими свойствами:

1. Равные фигуры имеют равные площади.

2. Если фигура разбивается на части, являющиеся простыми фигурами, то площадь этой фигуры равна сумме площадей её частей.

3. Площадь квадрата со стороной, равной единице, равна единице.

2.2. Вопросы для самопроверки

1. Как принято обозначать точки и прямые на чертеже или в тексте? (1)

2. Что такое отрезок? Нарисуйте произвольный отрезок и отметьте его концы. Как принято обозначать отрезок? (1)

3. Что такое полуплоскость? (1)

4. Что такое луч? Как принято обозначать луч? (1)

5. Какие лучи называются дополнительными? (1)

6. Что такое угол? Как принято обозначать угол? Нарисуйте произвольный угол и укажите его вершину и стороны. (1)

7. Какой угол называется развёрнутым? (1)

8. Как Вы понимаете фразу: «Луч проходит между сторонами данного угла»? (1)

9. В чём измеряют углы? Каковы градусная и радианная мера развёрнутого угла? (1)

10. Какие углы называют смежными? Чему равна сумма смежных углов? (1)

11. Какой угол называется: а) прямым; б) острым; в) тупым? (1)

12. Какие углы называются вертикальными? (1)

13. Какие прямые называются перпендикулярными? Как обозначается перпендикулярность прямых? (1)

14. Что называют перпендикуляром к прямой? Сделайте соответствующий рисунок и покажите основание перпендикуляра. (1)

15. Дайте определение биссектрисы угла. (1)

16. Какая прямая называется секущей по отношению к двум другим? (1)

17. Нарисуйте две прямые и третью – секущую по отношению к первым двум. Покажите на рисунке пары: а) внутренних односторонних; б) внутренних накрест лежащих; в) соответственных углов. (1)

18. Какие прямые называются параллельными? Как обозначается параллельность прямых? (1)

19. Что такое треугольник? Нарисуйте произвольный треугольник и укажите его вершины, стороны и углы. (1)

20. Какие фигуры называются равными? (1)

21. Какой треугольник называется равнобедренным? Нарисуйте равнобедренный треугольник, укажите его основание и боковые стороны. (1)

22. Какой треугольник называется равносторонним? (1)

23. Что такое высота треугольника? Нарисуйте прямоугольный и тупоугольный треугольники и проведите «на глазок» в каждом из них все высоты. (1)

24. Что такое биссектриса треугольника? (1)

25. Что такое медиана треугольника? (1)

26. Что такое внешний угол треугольника? (1)

27. Какой треугольник называется:

а) прямоугольным; б) остроугольным; в) тупоугольным? (1)

28. Что такое гипотенуза и катет? (1)

29. Что называют средней линией треугольника? (1)

30. Какой треугольник называется египетским? Приведите пример такого треугольника. (1)

31. Что такое окружность? (1)

32. Что такое круг? (1)

33. Что такое радиус окружности (круга)? (1)

34. Что такое хорда? (1)

35. Что такое дуга окружности? (1)

35. Что такое дуга окружности? (1)

36. Что такое диаметр окружности (круга)? (1)

37. Что такое сектор круга? (1)

38. Что такое сегмент круга? (1)

39. Что такое серединный перпендикуляр к отрезку? (1)

40. Какая окружность называется описанной около треугольника? (1)

41. Какая окружность называется вписанной в треугольник? (1)

42. Что такое касательная к окружности? (1)

43. Как вы понимаете высказывания: «внутреннее касание окружностей», «внешнее касание окружностей»? (1)

44. Что такое общая касательная к окружностям? (1)

45. В каких случаях две окружности имеют: а) одну; б) две; в) три; r) четыре общих касательных? (2)

46. Что означает решить задачу на построение с помощью циркуля и линейки? (1)

47. Какой смысл вкладывается в следующие этапы решения задач на построение: анализ, построение, доказательство, исследование? (2)

48. Как вы понимаете термин «геометрическое место точек»? (1)

49. В чём состоит сущность метода геометрических мест, используемого при решении задач на построение? (2)

50. Что такое ломаная? (1)

51. Какая ломаная называется замкнутой? (1)

52. Дайте определение многоугольника (на плоскости). Нарисуйте произвольный пятиугольник, отметьте его вершины и проведите в нём все диагонали. (1)

53. Какой многоугольник называется выпуклым? (1)

54. Какой многоугольник называется правильным? (1)

55. Какой многоугольник называется: вписанным в окружность; описанным около окружности? (1)

56. Что называют периметром многоугольника? (1)

57. Дайте определение параллелограмма. (1)

58. Дайте определение прямоугольника. (1)

59. Дайте определение ромба. (1)

60. Дайте различные определения квадрата. (1)

61. Дайте определение трапеции. Какие стороны трапеции называются основаниями, какие – боковыми сторонами? (1)

62. Какая трапеция называется равнобокой? (1)

63. Что называют средней линией трапеции? (1)

64. Что называют наклонной, проведённой из точки, не лежащей на прямой, на эту прямую? Что называют проекцией этой наклонной? (1)

65. Как на плоскости вводится декартова система координат? (1)

66. Что такое абсцисса и ордината точки? (1)

67. Что называют уравнением фигуры? (1)

68. Какой геометрический смысл имеет число k в уравнении прямой у = kx + в?(1)

69. Что такое движение? (1)

70. Назовите виды движений на плоскости. Покажите на конкретных примерах, как построить образы фигур при данных видах движений. (1)

71. Какие два луча называются сонаправленными и противоположно направленными? (1)

72. Что такое вектор? Как обозначать вектор? (1)

73. Какие два вектора называются одинаково направленными и противоположно направленными? (1)

74. Что такое абсолютная величина (модуль) вектора? (1)

75. Какой вектор называют нулевым? (1)

76. Какие два вектора назьшают равными? (1)

77. Как вводятся координаты вектора через координаты его начала и конца? (1)

78. Что называют суммой векторов? Нарисуйте два произвольных вектора и покажите их сумму. (1)

79. Что назьшают разностью векторов? Нарисуйте два произвольных вектора и покажите их разность. (1)

80. Что называют проекцией вектора на ось? Покажите на рисунке. (1)

81. Что называют произведением вектора на число? Нарисуйте произвольный вектор а, а также b = 2а и с = -1/2а (1)

82. Что значит разложить вектор а по векторам b и с? (1)

83. Дайте определение скалярного произведения векторов. (1)

84. Что называют углом между векторами? Чем отличается угол между векторами от угла между прямыми? (1)

85. В каком случае скалярное произведение векторов равно нулю? (1)

86. Дайте определение координатного вектора (орта). (1)

87. Какое преобразование называется преобразованием подобия? (1)

88. Что такое гомотетия? (1)

89. Какие фигуры называются подобными? Как обозначать подобие фигур? (1)

90. Что называют центральным углом в окружности? (1)

91. Как определить градусную меру дуги окружности? (1)

92. Какой угол называется вписанным в окружность? (1)

93. Как в курсе геометрии вводится понятие площади? (2)

2.3. Темы для сообщений и рефератов

1. Замечательные точки в треугольнике. (1)

2. Вневписанные окружности. (1–2)

3. Радикальная ось и радикальный центр окружностей. Пучки окружностей. (3)

4. Полярное соответствие. Принцип двойственности в геометрии. (3)

5. Отображения и преобразования множеств. Композиция преобразований. Аффинные преобразования плоскости. (3)

6. Инверсия плоскости относительно окружности. (3)

7. Понятие длины. Расстояние между фигурами. (2)

§ 3. Важнейшие теоремы и формулы школьного курса планиметрии

3.1. Справочная информация

Приведём без доказательства основные теоремы планиметрии.

Доказательства желательно изучать по вашему учебнику. Опасно изучать доказательство теорем по разным учебным пособиям – можно в погоне за простотой попасться на капкане «порочного круга». Приведём простой пример. Нужно доказать признаки параллельных прямых (если при пересечении двух прямых третьей сумма образовавшихся внутренних односторонних углов равна 180°, то прямые параллельны).

На рис. 56:m, n, a – прямые. Точка А – точка пересечения прямых m и а, В – точка пересечения прямых n и а.

Рис. 56.

Ученик привёл простое доказательство: если бы прямые m и n пересекались в некоторой точке С, то тогда из того, что сумма углов в треугольнике АСВ равна 180°, следует, что ?АСВ = 0°, что невозможно. Значит, прямые m и n параллельны.

Но тут же ученику предложили доказать, что сумма углов в треугольнике равна 180°. Учащийся сослался на свойства параллельных прямых. Но сами свойства параллельных прямых он стал доказывать на основе признаков параллельности прямых. Круг замкнулся. Поэтому в повторении теории будьте последовательны и внимательны. При чтении доказательства теоремы особое внимание обращайте на то, где в доказательстве использованы условия теоремы, какие ранее доказанные теоремы при этом использовались.

В настоящем параграфе формулировки теорем приведены по учебнику А. В. Погорелова «Геометрия. 7–9 классы».

Свойства параллельных прямых.

Две прямые, параллельные третьей, параллельны (рис. 57).

(а||с, b||с) ? а||b.

Рис. 57.

Если две параллельные прямые пересечены третьей прямой, то внутренние накрест лежащие углы равны, а сумма внутренних односторонних углов равна 180° (рис. 58).

а||b ? ? = ?

? + ? = 180°.

Рис. 58.

Признаки параллельности прямых.

Если при пересечении двух прямых третьей образующиеся внутренние накрест лежащие углы равны, то прямые параллельны (рис. 59):

внутренние накрест лежащие углы равны ? а||b.

Рис. 59.

Если при пересечении двух прямых третьей сумма образовавшихся внутренних односторонних углов равна 180°, то прямые параллельны (рис. 60):

а||b.

Рис. 60.

Если при пересечении двух прямых третьей образующиеся соответственные углы равны, то прямые параллельны (рис. 61):

а||b.

Рис. 61.

Теоремы о существовании и единственности перпендикуляра к прямой. Через каждую точку прямой можно провести перпендикулярную ей прямую, и только одну (рис. 62).

Рис. 62.

Прямая b – единственная прямая, проходящая через точку А перпендикулярно а.

Из любой точки, не лежащей на данной прямой, можно опустить на эту прямую перпендикуляр, и только один (рис. 63).

Рис. 63.

Прямая b – единственная прямая, проходящая через точку А перпендикулярно а.

Связь между параллельностью и перпендикулярностью.

Две прямые, перпендикулярные третьей, параллельны (рис. 64).

(а ? с, b ? с) ? а||b.

Рис. 64.

Если прямая перпендикулярна одной из параллельных прямых, то она перпендикулярна и другой (рис. 65):

(а ? b, b||с) ? а ? с.

Рис. 65.

Свойство вертикальных углов.

Вертикальные углы равны (рис. 66):

? = ?.

Рис. 66.

Свойство углов равнобедренного треугольника. В равнобедренном треугольнике углы при основании равны. Верна и обратная теорема: если в треугольнике два угла равны, то он равнобедренный (рис. 67):

АВ = ВС ? ?А = ?С.

Рис. 67.

Теорема о сумме углов в треугольнике.

Сумма внутренних углов треугольника равна 180° (рис. 68):

? + ? + ? = 180°.

Рис. 68.

Теорема о сумме углов в выпуклом n-угольнике.

Сумма углов выпуклого n-угольника равна 180°?(n – 2) (рис. 69).

Рис. 69.

Пример:?1 + ?2 + ?3 + ?4 + ?5 = 180°?(5–2) = 540°.