mtly416829

ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ, ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗΣ ΠΟΛΙΤΙΚΗΣ

Τεύχος B΄

ΕΥΚΛΕΙΔΕΙΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ

B΄ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΥΚΛΕΙΔΕΙΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ

Τεύχος B΄

Κωδικός βιβλίου: 0-22-0240 ISBN 978-960-06-5318-2

ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ε3 Γ Ε

Κ

ε1 Ψ

Ζ

Ο

Ι Θ

ε2

Η

Α

μα

ε4 Β

B΄ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΚΔΟΣΕΩΝ «ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ» (01) 000000 0 22 0240 2

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ, ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗΣ ΠΟΛΙΤΙΚΗΣ

EΥΚΛΕΙΔΕΙΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ Β΄ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ Β΄ ΤΕΥΧΟΣ Η συγγραφή και η επιστηµονική επιµέλεια του βιβλίου πραγµατοποιήθηκε υπό την αιγίδα του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

ΑΝΑΔΟΧΟΣ ΕΡΓΟΥ: ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ

ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΚΔΟΣΕΩΝ «ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ»

22-0017-02.indd 1

1/2/2017 11:21:10 πµ

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΡΧΙΚΗΣ ΕΚ∆ΟΣΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΟΜΑΔΑ ΣΥΓΓΡΑΦΗΣ Αργυρόπουλος Ηλίας Διδάκτωρ Μαθηματικών Ε.Μ. Πολυτεχνείου Καθηγητής Β/θμιας Εκπαίδευσης

Βλάμος Παναγιώτης Διδάκτωρ Μαθηματικών Ε.Μ. Πολυτεχνείου

Κατσούλης Γεώργιος Μαθηματικός

Μαρκάτης Στυλιανός Επίκουρος Καθηγητής Τομέα Μαθηματικών Ε.Μ. Πολυτεχνείου

Σίδερης Πολυχρόνης Μαθηματικός, τ. Σχολικός Σύμβουλος

Ιστορικά Σημειώματα: Βανδουλάκης Ιωάννης Διδάκτωρ Πανεπιστημίου Μ. Lomonosov Μόσχας Ιόνιο Πανεπιστήμιο

Φιλολογική Επιμέλεια: Δημητρίου Ελένη Επιλογή εικόνων: Παπαδοπούλου Μπία Εικονογράφηση - Σελιδοποίηση: Αλεξοπούλου Καίτη

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΠΑΝΕΚ∆ΟΣΗΣ Η επανέκδοση του παρόντος βιβλίου πραγματοποιήθηκε από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Υπολογιστών & Εκδόσεων «Διόφαντος» μέσω ψηφιακής μακέτας, η οποία δημιουργήθηκε με χρηματοδότηση από το ΕΣΠΑ / ΕΠ «Εκπαίδευση & Διά Βίου Μάθηση» / Πράξη «ΣΤΗΡΙΖΩ». Οι διορθώσεις πραγματοποιήθηκαν κατόπιν έγκρισης του Δ.Σ. του Ινστιτούτου Εκπαιδευτικής Πολιτικής

22-0017-02.indd 2

6/2/2015 9:19:24 πµ

Π Ρ ΟΛΟ Γ Ο Σ Αγαπητοί Μαθητές, το τεύχος που κρατάτε στα χέρια σας περιέχει τις λύσεις των ασκήσεων του σχολικού σας βιβλίου. Αν χρησιμοποιηθεί σωστά μπορεί να αποτελέσει πολύτιμη βοήθεια στην προσπάθειά σας vα καταλάβετε τις γεωμετρικές έννοιες που εισάγονται στο βιβλίο σας και να τις χρησιμοποιήσετε δημιουργικά. Σε καμμία περίπτωση το τεύχος των λύσεων δεν πρέπει να χρησιμοποιείται στην πρώτη δυσκολία που παρουσιάζει μία άσκηση ή για να καλύψει την "επιμέλεια" ενός μαθητή προς τον καθηγητή του στο σχολείο. Για να χρησιμοποιήσετε σωστά τις λύσεις των ασκήσεων πρέπει να ακολουθήσετε μια συγκεκριμένη μεθοδολογία. Αρχικά, προσπαθήστε να λύσετε την άσκηση με διαφορετικούς τρόπους αντιμετώπισης. Αν αποτύχετε κάντε μία επανάληψη στην αντίστοιχη θεωρία για να διαπιστώσετε ότι δεν έχετε κενά. Κατόπιν, ξαναπροσπαθήστε την άσκηση διαβάζοντας και την υπόδειξη που βρίσκεται στο τέλος του σχολικού βιβλίου. Αν πάλι δυσκολεύεστε να λύσετε την άσκηση, τότε διαβάστε την ολοκληρωμένη λύση της. Φροντίστε να εντοπίσετε τα κύρια βήματα της λύσης, καθώς και τα κενά που σας οδήγησαν στο να μην αντιμετωπίζετε σωστά την άσκηση. Προσπαθήστε να διορθώσετε τα κενά αυτά και να ξαναλύσετε την άσκηση, χωρίς όμως να επαναλαμβάνετε τη λύση με στείρα απομνημόνευση, αλλά υλοποιώντας τα κύρια βήματά της. Τέλος, δοκιμάστε να λύσετε την άσκηση με διαφορετικό και ίσως καλύτερο τρόπο. Πρέπει να τονισθεί ότι οι λύσεις είναι προτεινόμενες, με την έννοια ότι είναι δυνατόν και ελπίζουμε να βρεθούν κομψότερες από τους μαθητές. Σημαντική είναι η προσπάθεια που έχει καταβληθεί, ώστε η κάθε άσκηση να προωθεί συγκεκριμένες αντιλήψεις και συνήθειες στο μαθητή, ενώ το σύνολο των ασκήσεων σε κατηγορία και διαβάθμιση οδηγούν τον μαθητή στην καλλιέργεια συγκεκριμένων ικανοτήτων. Για να επιτευχθούν οι στόχοι αυτοί, είτε μέσα στη λύση της κάθε άσκησης, είτε μετά την ολοκλήρωσή της, αναγράφεται ο διδακτικός της στόχος, ενώ οι ασκήσεις χωρίστηκαν στις παρακάτω κατηγορίες, δίνοντας φυσικά βαρύτητα στη διαβάθμιση των ασκήσεων κάθε κατηγορίας: 1) Ασκήσεις Εμπέδωσης: Οι ασκήσεις αυτές εισάγονται αμέσως μετά τη Θεωρία και τις Εφαρμογές, με σκοπό την εμπέδωση των εννοιών από τους μαθητές και τη χρήση τους σε απλές ασκήσεις.

2) Αποδεικτικές Ασκήσεις: Είναι ασκήσεις που ταιριάζουν στη φύση της Γεωμετρίας, καλλιεργώντας την αποδεικτική διαδικασία στους μαθητές.

22-0017-02.indd 3

31/10/2013 5:52:16 μμ

3) Σύνθετα θέματα: Είναι θέματα που συνδυάζουν περισσότερες από μία γεωμετρικές έννοιες ή γνώσεις, είτε από το ίδιο κεφάλαιο, είτε από διαφορετικά, αναδεικνύοντας την κριτική σκέψη και συνδυαστική ικανότητα των μαθητών.

4) Γενικές Ασκήσεις: Είναι ασκήσεις αυξημένης δυσκολίας, που παρατίθενται στο τέλος κάθε Κεφαλαίου και απευθύνονται σε μαθητές με ιδιαίτερο ζήλο και αγάπη προς τη Γεωμετρία.

5) Δραστηριότητες: Είναι αντικείμενο μελέτης ομάδας μαθητών ή και ενός, εφόσον του παρέχεται το κατάλληλο χρονικό διάστημα, ενώ θα πρέπει να δοθεί κάθε δυνατή βοήθεια και υποδείξεις από τον καθηγητή. Κάθε κεφάλαιο, τέλος, πλαισιώνεται από ερωτήσεις κατανόησης που συντελούν στη σωστή επανάληψη και καλύτερη οργάνωση της ύλης.

22-0017-02.indd 4

13/3/2014 10:25:38 πµ

Π Ε Ρ ΙΕ Χ Ο Μ ΕΝ Α ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ......................................................................................... 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ....................................................................................... 25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ....................................................................................... 35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 ..................................................................................... 59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 ..................................................................................... 85 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12 ....................................................................................111 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 13 ................................................................................... 137

22-0017-02.indd 5

31/10/2013 5:52:16 μμ

22-0017-02.indd 6

31/10/2013 5:52:16 μμ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ

7

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΥΠΟΔΕΙΞΕΙΣ

α1 α 2 = ... θέτουμε • Όταν έχουμε αναλογίες της μορφής = β1 β2 α1 α 2 = = ... λ , όπου λ > 0. β1 β2 (Ασκήσεις: § 7.6 Εμπέδωσης 1, 3, Αποδεικτικές 1) • Αν ισχύει το αντίστροφο του θεωρήματος του Θαλή σε τρίγωνο ή τραπέζιο προκύπτουν παράλληλες ευθείες. (Ασκήσεις: § 7.7 Εμπέδωσης 5, 6, Αποδεικτικές 3, 6)

α β α = 1 ή = , όπου x x x β  α β  κατάλληλο τμήμα  ή = µε x = y  τότε α = β.  x y  (Ασκήσεις: § 7.7 Εμπέδωσης 7, Αποδεικτικές 7)

• Αν για δύο τμήματα α, β ισχύει



• Σε τρίγωνο Α Β Γ αν οι ημιευθείες ΑΔ, ΑΕ είναι αντίστοιχα ˆ τα η εσωτερική και εξωτερική διχοτόμος της γωνίας ΒΑΓ Δ, Ε είναι συζυγή αρμονικά των Β και Γ. (Ασκήσεις: § 7.8-7.9 Εμπέδωσης 7, Σύνθετα 1)

22-0017-02.indd 99

31/10/2013 5:53:31 μμ

7.1-7.6

§ 7.1-7.6 Ασκήσεις Εμπέδωσης

ˆ Βˆ Γˆ Α ˆ = 4λ , Βˆ = 3λ και Γˆ = 2λ. = = = λ τότε Α 4 3 2 ˆ + Βˆ + Γˆ =180, οπότε 9λ = 180 ⇔ λ = 20 . Αλλά Α

1. Έστω ότι

ˆ =80, Βˆ =60 , Γˆ =40. Άρα Α

2. Έστω ϕ̂ η παραπληρωματική της ω̂ . Τότε:

ˆ 1 ω ˆ . Αλλά ω ˆ =180 ή ω ˆ = 45 . ˆ + ϕˆ =180 ή 4ω = ή ϕˆ = 3ω ˆϕ 3 α β γ = = = λ τότε α = 6λ , β = 4λ και γ = 3λ .

6 4 3 13λ 65 cm ⇔ = λ 5 cm . Αλλά α + β + γ = 65cm, οπότε = Άρα α = 30cm, β = 20cm, γ = 15cm.

3. Έστω ότι

Αποδεικτικές Ασκήσεις

ˆ Α εξ

Βˆ εξ

Γˆ εξ

ˆ =2λ Βˆ =3λ Γˆ =4λ . = λ τότε Α εξ εξ εξ 2 3 4 ˆ +Β ˆ + Γˆ =360 (4 ορθές), οπότε 9λ = 360 ⇔ λ = 40. Αλλά Α εξ εξ εξ 1. Έστω

=

=

ˆ = ˆ = 80 , Β 120 και Γˆ εξ = Άρα Α 160. εξ εξ

ˆ =100 Βˆ =60 Επομένως Α

2.

Α

Β

Γ

Δ

Γˆ =20.

ε

Μ

Πρέπει

ΜΑ ΜΒ ΜΑ ΜΒ = ⇔ = ⇔ Μ∆ ΜΓ ΜΑ + Μ∆ ΜΒ + ΜΓ ΜΑ ΜΒ ⇔ = ⇔ 12ΜΑ = 20ΜΒ ⇔ 20 12

⇔ 12(ΜΒ + ΑΒ) = 20ΜΒ ⇔ 8ΜΒ = 12ΑΒ ⇔ ΜΒ = 9.

|8|

22-0017-02.indd 100

13/3/2014 11:18:36 πµ

7.7 Α

3.

Β M

Έστω σημείο Μ του ΑΒ τέτοιο ώστε:

MA 3 = .

MB 4 MA 3 MA 3 3 = ⇔ = ⇒ MA = AB. Τότε MA + MB 3 + 4 AB 7 7 Διαιρούμε το ΑΒ = α σε 7 ίσα μέρη και το άκρο του τρίτου από την αρχή τμήματος είναι το ζητούμενο σημείο. § 7.7 Ασκήσεις Εμπέδωσης

∆Α ΑΕ = (1) ∆Β ΕΓ ΑΕ ΒΖ = (2) EZ//AB: ΕΓ ΖΓ ΒΖ ΗΒ = (3) και ΖΗ//ΑΓ: ΖΓ ΗΑ

1. i) Έχουμε: ΔΕ//ΒΓ:

Από (1), (2), (3) προκύπτει ότι: ii) Έχουμε:

Α Ε

Δ Η

∆Α ΗΒ = . ∆Β ΗΑ

Β

Γ

Ζ

∆Α ΗΒ ∆Α ΗΒ = ⇔ = ⇔ ∆Β ΗΑ ∆Α + ∆Β ΗΑ + ΗΒ ∆Α ΗΒ ⇔ = ⇔ ∆Α = ΗΒ. ΑΒ ΑΒ

2. i) Έχουμε: ΖΓ//ΑΔ: ( ∆Γ = ΑΒ ).

ΑΖ ∆Γ ΑΒ = = ΑΗ ∆Η ∆Η

ΑΕ ∆Ε = ii) Έχουμε: ΑΔ//ΒΖ: και ΕΖ ΕΒ ΕΗ ∆Ε = ΑΒ//ΔΗ: . ΑΕ ΕΒ ΑΕ ΕΗ Άρα = ⇔ ΑΕ 2 = ΕΖ ⋅ ΕΗ . ΕΖ ΑΕ Ο∆ ΟΑ Ο∆ ΟΓ = = . Έχουμε: ΑΒ//ΓΔ: ΟΑ ΟΕ ΟΑ ΟΒ ΟΑ ΟΓ Ο∆ ΟΑ = = . Άρα: . και ΒΕ//ΑΓ: ΟΕ ΟΒ ΟΑ ΟΕ

Α

Β

Ε

Δ

Ζ

Η

Γ

Ο

3. Αρκεί

Ε Α Δ

Β Γ

|9|

22-0017-02.indd 101

26/2/2015 1:40:07 µµ

7.7

ΑΕ Μ∆ = ΑΒ ΒΜ ΑΖ Μ∆ = . και ΔΖ//ΑΜ: ΑΓ ΜΓ

4. Έχουμε: ΑΜ//ΔΕ:

Ε Α Ζ

ΑΕ ΑΒ ΑΕ ΑΖ = = ( ΒΜ = ΜΓ ) ή . Άρα: ΑΖ ΑΓ ΑΒ ΑΓ

B

ΑΖ ΑΗ = ΖΒ Η∆  (αντίστροφο Θαλή στο τρίγωνο Α Β ∆ ). ΑΖ ΑΕ = Έχουμε: ΖΕ//ΒΓ: ΖΒ ΕΓ ΑΗ ΑΕ ΑΖ ΑΕ = = . Άρα: . και ΕΗ//ΔΓ: Η∆ ΕΓ ΖΒ ΕΓ

Γ

Μ Δ

5. Αρκεί:

6. Αρκεί:

Ε

Η Δ

ΑΖ ΑΗ (αντίστροφο Θαλή στο = ΖΒ ΗΓ

Γ

Α



τρίγωνο Α Β Γ). Έχουμε: ΑΖ ∆Γ ΑΗ ΒΕ = = ΖΔ//ΑΓ: και ΕΗ//ΑΒ: . ΖΒ Β∆ ΗΓ ΕΓ ΑΖ ΑΗ = Άρα γιατί Β∆ = ΕΓ και ΒΕ = ∆Γ. ΖΒ ΗΓ

Ζ

Η

B

Μ∆ ΜΚ = ΜΒ ΜΑ ΜΕ ΜΚ = . και ΚΕ//ΑΓ: ΜΓ ΜΑ Μ∆ ΜΕ = Άρα , οπότε Μ∆ = ΜΕ (ΜΒ = ΜΓ). ΜΒ ΜΓ

Δ

Γ

Ε Α

7. Έχουμε: ΔΚ//ΑΒ:

8. Αρκεί:

B

Ζ

Α

Κ

B

Ζ∆ Η∆ = . ΖΕ ΗΕ

Μ

Δ

Γ

Ε

Η

Ζ∆ ΑΕ = Έχουμε: ΑΕ//ΔΓ: ΖΕ ∆Γ Η∆ ΕΒ = και ΕΒ//ΔΓ: . ΗΕ ∆Γ Ζ∆ Η∆ = Άρα: (ΑΕ = ΕΒ), ΖΕ ΗΕ οπότε τα Ζ, Η είναι συζυγή αρμονικά των Δ, Ε.

Α

Ε

B

Ζ

Δ

Γ

| 10 |

22-0017-02.indd 102

31/10/2013 5:53:37 μμ

7.7

ΒΓ ΑΓ = , ∆Ε ΑΕ οπότε με αντικατάσταση των δεδομένων h 12 m παίρνουμε = ⇔= h 8 m.

10 m 15 m

9. Έχουμε ΒΔ//ΓΕ:

{

Α 5m

12m

1. Έστω ότι το Γ είναι μεταξύ των Ο και Β.

ΓΑ ΓΑ ∆Α > 1. Αλλά = > 1. ΓΒ ΓΒ ∆Β Επομένως ∆Α > ∆Β. Έστω ότι το Γ είναι μεταξύ των Ο και Α. Τότε:

Ε

Α

ΓΑ ΓΑ ∆Α < 1. Αλλά = < 1. Τότε: ΓΒ ΓΒ ∆Β Επομένως ∆Α < ∆Β. x y ω = = .

3 2 4 Παίρνουμε αυθαίρετα ευθύγραμμο τμήμα μ. Φέρουμε τυχαία ημιευθεία Αx και παίρνουμε σ’ αυτή τα διαδοχικά τμήματα ΑΓ = 3µ , Γ∆ = 2µ, ∆Ε = 4µ . Ενώνουμε το Ε με το Β και φέρουμε ΓΖ//ΒΕ και ΔΗ//ΒΕ. Τότε:

2. Έχουμε 4x = 6 y = 3ω ⇔

h

10m

Γ

Αποδεικτικές Ασκήσεις

}

Δ

Β

Γ

Β

Δ

Ο

Α Γ

Δ

Δ

Β Ο

Α

Ζ Η Γ

Β

Δ Ε

x

ΑΖ ΖΗ ΗΒ ΑΖ ΖΗ ΗΒ = = ⇔ = = . ΑΓ Γ∆ ∆Ε 3µ 2µ 4µ Άρα ΑΖ = x, ΖΗ = y και ΗΒ = ω.

ΑΖ ΑΗ = ΖΒ ΗΓ  (αντίστροφο Θαλή στο τρίγωνο Α Β Γ). ˆ = ΑΓΕ ˆ = 90. Επειδή ΑΕ διάμετρος είναι ΑΒΕ ΑΖ Α∆ = και ΓΕ//ΔΗ, Άρα ΒΕ//ΔΖ, οπότε ΖΒ ∆Ε ΑΗ Α∆ ΑΖ ΑΗ = = οπότε . Επομένως . ΗΓ ∆Ε ΖΒ ΗΓ

Α

3. Αρκεί

Z B

Η Δ

Γ

E

| 11 |

22-0017-02.indd 103

26/2/2015 1:41:55 µµ

ω

7.7

4. Έχουμε ΔΖ//ΒΓ:

∆Ε ∆Ζ ∆Ε ∆Ζ = = ή ΕΒ ΒΓ ΕΒ Α∆

Α

∆Ε ∆Ζ = ή ∆Ε + ΕΒ ∆Ζ + Α∆ ∆Ε ∆Ζ 1 ∆Ζ = ή = , ΕΒ ∆Ζ + ∆Ζ + ΑΖ 5 2∆Ζ + ΑΖ οπότε ΑΖ = 3∆Ζ.

Β

( ΒΓ = Α∆ ) ή

Γ

Δ

ΒΓ ΖΒ ∆Α ΖΒ = ⇔ = ∆Ε ΖΕ ∆Ε ΖΕ ∆Γ ΕΒ = ( ΒΓ = Α∆ ) και . ∆Ζ ΖΕ

5. Έχουμε: ΔΕ//ΒΓ:

∆Α ∆Γ ΖΒ − ΕΒ ΖΕ = = 1. − = Άρα ∆Ε ∆Ζ ΖΕ ΖΕ

Ε

Ζ

Α

Ε Ζ

Δ

Γ

Α

Μ∆ ΜΚ = . ∆Β ΑΚ ∆Ε Β∆ ΜΚ 1 = = . , οπότε Αλλά Μ∆ = 2 2 ΑΚ 2  Άρα Κ βαρύκεντρο του Α Β Γ .

6. i) Έχουμε ΔΚ//ΑΒ:

∆Ε ΕΓ ΜΕ 1 = = . , οπότε 2 2 ΕΓ 2 ΜΚ ΜΕ 1 = = , οπότε ΚΕ//ΑΓ. Άρα ΑΚ ΕΓ 2

ii) Έχουμε: ΜΕ =

∆Ε ΑΟ = (1) και ∆Γ ΑΓ ΖΓ ΒΟ = (2) ΟΖ//ΒΓ: ∆Γ Β∆ ΑΟ ΒΟ = (3) Αλλά ΑΒ//ΓΔ, οπότε ΑΓ Β∆ Από (1), (2), (3) προκύπτει ότι

B

Κ Β

Δ Μ Ε

Γ

Β

Α

7. Έχουμε: ΟΕ//ΑΔ:

O

Δ

Ε

Z

Γ

∆Ε ΖΓ = ⇔ ∆Ε = ΖΓ. ∆Γ ∆Γ | 12 |

22-0017-02.indd 104

31/10/2013 5:53:42 μμ

7.7

Σύνθετα Θέματα

Α

1. Έστω Κ, Λ μέσα των ΑΒ, ΑΓ. Φέρουμε ΔΖ//ΚΛ//ΒΓ.

Ζ

Δ K

Τότε Α∆ ΑΖ ΑΖ ΕΓ = ⇔ = , οπότε ∆Β ΖΓ ΖΓ ΕΑ ΕΓ ΑΖ ΕΓ ΑΖ ⇔ = ⇔ = ⇔ ΑΖ = ΕΓ. ΑΖ + ΖΓ ΕΓ + ΕΑ ΑΓ ΑΓ

Λ

Μ

E

Β



Επομένως στο τρίγωνο ∆ Ζ Ε το Λ είναι το μέσο του ΖΕ και ΛΚ//ΔΖ. Άρα Μ μέσο του ΔΕ, οπότε Κ, Λ, Μ συνευθειακά. Η

ΗΑ ΑΕ = 2. Φέρουμε ΑΕ//ΒΓ. Τότε και ΗΓ ΜΓ ΖΑ ΑΕ ΗΑ ΖΑ = = . Άρα (ΜΒ = ΜΓ) ΖΒ ΜΒ ΗΓ ΖΒ

Α

Ε Ζ

ή ΖΑ ⋅ ΗΓ = ΗΑ ⋅ ΖΒ.

3. Έστω ότι τα Γ, Δ είναι συζυγή αρμονικά ΓΑ ∆Α = (1) των Α, Β. Τότε: ΓΒ ∆Β ΓΑ ΟΑ = (2) και Επειδή ΒΕ//ΟΑ είναι ΓΒ ΒΕ ∆Α ΟΑ = (3) επειδή ΒΖ//ΟΑ είναι ∆Β ΒΖ Από (1), (2), (3) προκύπτει ότι ΟΑ ΟΑ = ⇔ ΒΕ = ΒΖ . ΒΕ ΒΖ Αντίστροφα: Έστω ΒΕ = ΒΖ ΓΑ ∆Α = τότε από (2), (3) προκύπτει ότι . ΓΒ ∆Β Άρα τα Γ, Δ είναι συζυγή αρμονικά των Α, Β.

∆Β ΕΑ = λ και = κ. ∆Γ Ε∆ ∆Β ΖΗ = ⇔ Φέρουμε ΔΗ//ΒΖ. Τότε: ∆Γ ΗΓ

Β Ο

Ζ Α

Γ

ε Δ

Β

Ε

Α Z

E

H

4. Έχουμε

⇔

Γ

Μ

Β

Δ

Γ

ΖΗ ΖΗ λ ΖΗ λ =λ⇔ = ⇔ = (1) ΗΓ ΖΗ + ΗΓ λ + 1 ΖΓ λ + 1 | 13 |

22-0017-02.indd 105

31/10/2013 5:53:43 μμ

7.8-7.9

ΑΕ ΑΖ ΑΖ = ⇔ = κ (2). Ε∆ ΖΗ ΖΗ ΑΖ ΖΗ κλ ΑΖ κλ Από (1), (2) προκύπτει ότι: ⋅ = ⇔ = . ΖΗ ΖΓ λ + 1 ΖΓ λ + 1

Επίσης

5. Επειδή ∆Β ⊥ ΑΒ, ΑΓ ⊥ ΑΒ αρκεί ΜΚ//ΔΒ//ΑΓ. ΚΓ ΑΓ = Έχουμε: ΑΓ//ΔΒ: (1) ΚΒ ∆Β Αλλά ΑΓ = ΓΜ και ∆Β = Μ∆ (2) (εφαπτόμενα τμήματα). ΚΓ ΓΜ = , οπότε Από (1), (2) προκύπτει ότι: ΚΒ Μ∆

Γ

Μ

Δ

Κ

Α

Β

Ο



ΜΚ//ΔΒ (αντίστροφο Θαλή στο τρίγωνο Β Γ ∆ ). § 7.8-7.9 Ασκήσεις Εμπέδωσης

Α



1. Έχουμε Α Β Μ (ΒΕ διχοτόμος):

ΑΕ ΑΒ ΑΒ ΑΒ (1) = = =2 ΒΓ ΕΜ ΒΜ ΒΓ 2  Α∆ ΑΒ = (2) και Α Β Γ (ΒΔ διχοτόμος): ∆Γ ΒΓ ΑΕ Α∆ =2 Από (1), (2) προκύπτει ότι . ΕΜ ∆Γ

1

Β

αγ 10 ⋅ 6 60 = = = 4 και β + γ 9 + 6 15 10 ⋅ 6 60 αγ ΕΒ = = = = 20. β−γ 9−6 3 Ε Άρα ∆Ε = ∆Β + ΕΒ = 24.

2. Έχουμε ∆Β =



3. Έχουμε Α Μ Β (ΜΔ διχοτόμος):  ∆Α ΜΑ = (1) και Α Μ Γ ∆Β ΜΒ

(ΜΕ εξωτερική διχοτόμος):

Δ

Ε 2

Γ

Μ

Α 1

2

Β

Δ

Γ

Ε Α

ΕΑ ΜΑ = (2) ΕΓ ΜΓ

Αλλά ΜΒ = ΜΓ (3) Από (1), (2), (3) προκύπτει ότι

Δ Β

2

1

Μ

Γ

∆Α ΕΑ = ⇔ ΕΑ ⋅ ∆Β = ΕΓ ⋅ ∆Α. ∆Β ΕΓ | 14 |

22-0017-02.indd 106

1/11/2013 4:45:32 μμ

7.8-7.9 

4. Έχουμε Α Μ Β (ΜΔ διχοτόμος):  Α∆ ΑΜ = και Α Μ Γ (ΜΕ διχοτόμος): ∆Β ΜΒ ΑΕ ΑΜ Α∆ ΑΕ = = . Άρα (ΜΒ = ΜΓ), ΕΓ ΜΓ ∆Β ΕΓ οπότε ΔΕ//ΒΓ  (αντίστροφο Θαλή στο τρίγωνο Α Β Γ ).

Α

Δ

Ε 1

B

5. Επειδή ΑΔ, BE και ΓΖ διχοτόμοι είναι:

2 3

Μ

4

Γ

Α

∆Β ΑΒ ΕΓ ΒΓ ΖΑ ΑΓ = = = , και . ∆Γ ΑΓ ΕΑ ΑΒ ΖΒ ΒΓ ∆Β ΕΓ ΖΑ ΑΒ ΒΓ ΑΓ ⋅ = 1. ⋅ ⋅ = ⋅ Άρα ∆Γ ΕΑ ΖΒ ΑΓ ΑΒ ΒΓ

Ζ Β

Αν ΑΚ, ΒΛ και ΓΜ οι εξωτερικές διχοτόμοι του  ΚΒ ΛΓ ΜΑ ⋅ ⋅ = 1. Η τριγώνου Α Β Γ ισχύει: ΚΓ ΛΑ ΜΒ απόδειξη είναι όμοια.

Ε

Ι Δ

Γ

Α

 = ΑΓ  , οπότε 6. Επειδή ΑΒ = ΑΓ έχουμε ΑΒ 

∆ˆ 1 =∆ˆ 2 . Άρα στο τρίγωνο Β ∆ Γ (ΔΕ διχοτόμος): ΕΒ ∆Β = ⇔ ΕΒ ⋅ ∆Γ = ΕΓ ⋅ ∆Β. ΕΓ ∆Γ 



Β

Ε

1 2



Γ

Δ



7. Έχουμε Ο Α Γ = Ο Ε Γ και Ο Β ∆ = Ο Ε ∆,

Δ

ˆ =Ο ˆ και Ο ˆ =Ο ˆ . οπότε Ο 1 2 3 4 

Άρα στο τρίγωνο Ο Ε Ζ η ΟΓ είναι εσωτερική διχοτόμος και η ΟΔ εξωτερική διχοτόμος της Ο̂. Επομένως τα Γ, Δ είναι συζυγή αρμονικά των Ε, Ζ.

Ζ

Α

1

2 3 4

Ο

Β

A

8. Έστω ΑΒ = 20m, ΑΓ = 36m και ΑΔ η διχοτόμος της γωνίας Â.

∆Β ΑΒ ∆Β 20 5 = ⇔ = = (1). ∆Γ ΑΓ ∆Γ 36 9 Από την (1) προκύπτει ότι ∆Β < ∆Γ. Άρα θα είναι ΔΓ – ΔΒ = 12m (2). Επομένως

Ε

Γ

12

Τότε

B

Δ

Γ

| 15 |

22-0017-02.indd 107

1/11/2013 4:47:00 μμ

7.8-7.9

5 (2) ∆Β 5 ∆Β 5 ∆Β = ⇔ = ⇔ = ⇔ ∆Β = 15 m, ∆Γ 9 ∆Γ − ∆Β 9 − 5 12 m 4 οπότε ∆Γ = 27 m και ΒΓ = ∆Β + ∆Γ = 42 m . Αποδεικτικές Ασκήσεις 

1. Έχουμε Ο Α Γ (ΟΒ διχοτόμος):  ΑΒ ΟΑ = (1) και Ο Β ∆ ΒΓ ΟΓ (OA εξωτερική διχοτόμος, γιατί ΟΑ ⊥ ΟΓ ): Α∆ Ο∆ = (2) ΑΒ ΟΒ 

Ο 1

Δ

2

3

Γ z

φ t

Α x

φ Β

y



Αλλά Ο Α Β = Ο Γ ∆ (ΟΑ = Ο∆ ,

ˆ = ∆ˆ = ϕˆ , Ο ˆ =Ο ˆ =45). Άρα ΟΒ = ΟΓ (3) Α 1 3 Από (1), (2), (3) προκύπτει ότι:

ΑΒ Α∆ = ⇔ ΑΒ2 = ΒΓ ⋅ Α∆. ΒΓ ΑΒ Ε

2. Έχουμε: ΑΔ//ΕΜ:

ΒΕ ΒΜ ΑΒ ⋅ ΒΜ = ⇔ ΒΕ = (1) και ΑΒ Β∆ Β∆

ΓΖ ΓΜ = ⇔ ΑΓ ⋅ ΓΜ = ΓΖ ⋅ Γ∆ (2) ΖΜ//ΑΔ: ΑΓ Γ∆

 Επίσης Α Β Γ (ΑΔ διχοτόμος): Β∆ ΑΒ ΑΒ ΑΓ = ⇔ = (3) Γ∆ ΑΓ Β∆ Γ∆

Α 1 2

Β

Ζ

Γ

Δ Μ

Από (1), (2), (3) επειδή ΒΜ = ΓΜ προκύπτει ότι ΒΕ = ΓΖ. Α



3. i) Έχουμε Α Β ∆ (ΒΙ διχοτόμος):

1 2

ΑΙ ΑΒ γ . = = Ι∆ Β∆ Β∆ Ι Κ Ζ αγ ΑΙ β + γ 1 , οπότε . Αλλά Β∆ = = 2 Β β+γ Ι∆ α Δ Μ

ΑΙ = 2. ii) α) Επειδή β + γ = α είναι Ι∆ ΑΚ ΑΙ ΑΚ = 2. Επομένως = , Αλλά Κ βαρύκεντρο, οπότε ΚΜ Ι∆ ΚΜ  οπότε ΙΚ//ΒΓ (αντίστροφο Θαλή στο τρίγωνο Α ∆ Μ).

Ε Γ

| 16 |

22-0017-02.indd 108

26/2/2015 1:45:42 µµ

1 2

1

Β

Κ

Ι

Ζ 2

Ε Γ

ΔΜ

7.8-7.9

β) Έχουμε ΖΕ//ΒΓ, οπότε 2 ΑΜ 2α β+γ ΖΕ 2 ΖΕ ΑΚ ΖΕ 3 ⇔ ΖΕ = = ⇔ = ⇔ = ⇔ ΖΕ = 3 3 ΑΜ α α 3 ΒΓ ΑΜ (αφού β + γ = 2α). 

4. Έχουμε Α Β Μ (ΒΔ διχοτόμος):

Α

Α∆ ΑΒ = και Α Γ Μ (ΓΕ διχοτόμος): ∆Μ ΒΜ ΑΕ ΑΓ = . Άρα: ΕΜ ΓΜ 

Δ Ε Β

Γ

Μ

ΒΓ Α∆ ΑΕ ΑΒ + ΑΓ (γιατί ΒΜ = ΓΜ = )= + = ΒΓ ∆Μ ΕΜ 2 2 ΑΒ + ΑΓ =2 > 2 διότι ΑΒ + ΑΓ > ΒΓ (τριγωνική ανισότητα). ΒΓ 

5. i) Έχουμε Ο ∆ Γ (ΟΖ διχοτόμος): ΑΒ//ΓΔ:

Ο∆ Α∆ = (2) ΟΓ ΒΓ

Ζ∆ Ο∆ = (1) και ΖΓ ΟΓ

Ο 12

Α

Ε

Β

Από (1), (2) προκύπτει Δ Ζ∆ Α∆ Ζ = ⇔ Ζ∆ ⋅ ΒΓ = ΖΓ ⋅ Α∆. ότι ΖΓ ΒΓ  ΕΑ ΟΑ = ii) Όμοια Ο Α Β (ΟΕ διχοτόμος): ΕΒ ΟΒ ΟΑ Α∆ ΕΑ Α∆ = = ⇔ ΕΑ ⋅ ΒΓ = ΕΒ ⋅ Α∆ . και ΑΒ//ΓΔ: . Άρα ΟΒ ΒΓ ΕΒ ΒΓ

Γ

Ε

Σύνθετα Θέματα

ˆ = 90 (1).

1. Επειδή ΚΛ διάμετρος έχουμε ΚΑΛ Επίσης, αφού ΚΛ ⊥ ΒΓ, το Λ είναι το μέσο του ˆ =Α ˆ (2) τόξου ΒΓ. Άρα Α 1 2 Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι οι ΑΚ και ΑΛ είναι η εσωτερική και εξωτερική διχοτόμος της  γωνίας Α̂ του τριγώνου Ε Α Ζ. Άρα τα Ε, Ζ είναι συζυγή αρμονικά των Κ, Λ.

Κ

Α 12

Ο Β

Γ Λ

| 17 |

22-0017-02.indd 109

31/10/2013 5:53:53 μμ

7.8-7.9

2. Αν οι διχοτόμοι των γωνιών Α̂ και Γ̂ τέμνονται σε σημείο Ε της ΒΔ τότε:

Α

Ε∆ Α∆ Ε∆ Γ∆ = = και . ΕΒ ΑΒ ΕΒ ΒΓ

1 2

Α∆ Γ∆ Άρα = ⇔ ΑΒ ⋅ Γ∆ = Α∆ ⋅ ΒΓ. ∆Β ΒΓ

Δ

Β

Ε 1 2

Γ Αντίστροφα: Α∆ Γ∆ = Αν έχουμε ΑΒ ⋅ Γ∆ = Α∆ ⋅ ΒΓ ή θα δείξουμε ότι οι διχοτόμοι ΑΒ ΒΓ των γωνιών Α̂ και Γ̂ τέμνονται πάνω στη ΒΔ. Έστω ότι η διχοτόμος της Α̂

τέμνει τη ΒΔ στο Ε. Ε∆ Α∆ Ε∆ Γ∆ = = , οπότε από την υπόθεση . Τότε: ΕΒ ΑΒ ΕΒ ΒΓ  Άρα η ΓΕ διχοτόμος της Γ̂ (στο τρίγωνο Β Γ ∆). Ε 3. Έστω Μ το ζητούμενο σημείο. Αν φέρουμε τη  διχοτόμο ΜΔ του τριγώνου Α Μ Β και την προεΝ ˆ =Μ ˆ κτείνουμε τέμνει τον κύκλο στο Ε. Επειδή Μ 1 2 . το Ε θα είναι το μέσο του τόξου ΑΝΒ Ο ∆Α ΜΑ µ = = . Επίσης ∆Β ΜΒ ν Α Β 1 2 Άρα τόσο το Δ, όσο και το Ε προσδιορίζονται. Μ Κατασκευή: Διαιρούμε τη χορδή ΑΒ σε τμήματα ∆Α µ = . ΑΔ, ΔΒ τέτοια ώστε ∆Β ν  στο Ε. Φέρουμε κάθετη στο μέσο της ΑΒ, η οποία διχοτομεί το τόξο ΑΝΒ  , τέτοιο ώστε ΜΑ = µ . Η ΕΔ προεκτεινόμενη ορίζει το σημείο Μ του τόξου ΑΒ ΜΒ ν ΜΑ ∆Α µ = = εκ κατασκευής (αφού ΜΔ διχοτόμος του τριγώνου Πράγματι ΜΒ ∆Β ν  Α Μ Β).

4. Έστω ότι η ΔΖ τέμνει την ΒΓ στο Κ. ΗΚ ΚΓ Α = Αρκεί . Έχουμε: ΔΕ//ΒΚ, Η∆ ∆Γ ΗΚ ΚΒ ΚΒ Ε = = (1) (∆Ε = ΖΒ). οπότε Η∆ ∆Ε ΖΒ Δ ΚΓ ∆Γ ΚΒ ΚΓ = = Επίσης ΖΒ//ΔΓ, οπότε ή (2) ΚΒ ΖΒ ΖΒ ∆Γ

Κ Ζ

Β

Η 1

2

Γ

| 18 |

22-0017-02.indd 110

31/10/2013 5:53:55 μμ

Γενικές Ασκήσεις

ΗΚ ΚΓ = , Η∆ ∆Γ ˆ . οπότε η ΓΗ είναι διχοτόμος της γωνίας ΒΓ∆ Από (1), (2) προκύπτει ότι

Α Β

Α'

5. Η άγνωστη κορυφή Α του τριγώνου πρέπει: i) Να απέχει από τη ΒΓ απόσταση υ, άρα θα ανήκει σε ευθεία παράλληλη της ΒΓ και σε απόσταση ίση με υ από αυτή.

υ Β

Γ

ΑΒ µ = , άρα θα ανήκει σε κύκλο διαμέτρου ΔΕ, ii) Να ικανοποιεί τη σχέση ΑΓ ν µ όπου τα Δ και Ε διαιρούν το ΒΓ εσωτερικά και εξωτερικά σε λόγο λ = . ν Κατασκευή: Ορίζουμε την ΒΓ = α. Φέρουμε ΓΚ ⊥ ΒΓ ώστε ΓΚ = υ και από το Κ φέρουμε Κx//ΒΓ. Διαιρούμε το ΒΓ εσωτερικά και εξωτερικά σε µ λόγο λ = και βρίσκουμε τα Δ και Ε. ν Τέλος γράφουμε κύκλο διαμέτρου ΔΕ οπότε: Αν το ύψος υ είναιμικρότερο  από την ακτίνα του κύκλου έχουμε δύο λύσεις (τα τρίγωνα Α Β Γ , Α′ Β Γ του σχήματος), αν το ύψος υ είναι ίσο με την ακτίνα μια λύση ενώ αν δεν είναι μεγαλύτερο καμμία λύση. Δ

Γενικές Ασκήσεις 1. Έχουμε Κ∆ ⊥ ∆Ε, ΛΕ ⊥ ∆Ε .

Β Ζ

Α Λ

K

Άρα ΚΔ//ΑΒ//ΛΕ. Επομένως ΑΖ//ΚΔ:

Ε

ΑΖ ΛΑ ΑΖ R R ⋅ρ = ⇔ = ⇔ ΑΖ = (1) Κ∆ ΚΛ R R +ρ R +ρ ΖΒ ∆Ζ ΚΑ ΖΒ R R ⋅ρ = = = ⇔ ΖΒ = ή (2). και ΖΒ//ΛΕ: ΛΕ ∆Λ ΚΛ R +ρ R +ρ ρ 2R ⋅ ρ . Από (1), (2) προκύπτει ότι: ΑΒ = ΑΖ + ΖΒ = R +ρ 2. Φέρουμε Αx//ΒΓ. Αν η ΔΕ τέμνει τις ΒΓ, Αx στα Κ, Λ αντίστοιχα έχουμε: Α

∆Β ΚΒ = (1) και ∆Α ΑΛ ΕΓ ΚΓ = (2) ΑΛ//ΚΓ: ΕΑ ΑΛ Από (1), (2) προκύπτει ότι:

ΑΛ//ΚΒ:

Λ x Ε Θ

K

Δ Β

Μ

Γ

| 19 |

22-0017-02.indd 111

1/11/2013 4:48:55 μμ

Α Β

Α'

υ Β

Γενικές Ασκήσεις

Γ

∆Β ΕΓ ΚΒ + ΚΓ ΚΒ + ΚΜ + ΜΓ 2ΚΜ ΘΜ = =2 + = = ∆Α ΕΑ ΑΛ ΑΛ ΑΛ ΑΘ 1 ΚΜ ΘΜ = (γιατί ) = 2 ⋅ = 1 (αφού Θ βαρύκεντρο).

2 ΑΛ ΑΘ 3. i) Φέρουμε ΓΗ//ΑΒ. ΕΒ ∆Β ΖΓ ΓΗ = = Τότε: και , οπότε ΕΓ ΓΗ ΖΑ ∆Α ΕΒ ΖΓ ∆Β ΓΗ ∆Α ΕΒ ΖΓ ⋅ = ⋅ ⇔ ⋅ ⋅ = 1. ΕΓ ΖΑ ΓΗ ∆Α ∆Β ΕΓ ΖΑ

Α

ε Δ

Ζ Β

Η Γ



Ε

Αντίστροφα: Θεωρούμε τρίγωνο Α Β Γ και Δ, Ε, Ζ σημεία των ευθειών ΑΒ, ΒΓ, ΓΑ αντίστοιχα (έστω Δ, Ζ εσωτερικά των ΑΒ, ΑΓ καιΔ Ε εξωτερικό, του Α Β Ε ∆Α ΕΒ ΖΓ ⋅ ⋅ = 1. Τότε τα σημεία Δ, Ε, Ζ είναι συνευθειακά. ΒΓ) τέτοια ώστε: Ζ ∆Β ΕΓ ΖΑ Ζ ΑΕ Λ Απόδειξη: K ∆Α ΖΑ = , Η ευθεία ΔΖ τέμνει την ευθεία ΒΓ στο Ε′ (γιατί αν ΔΖ//ΒΓΗτότε ∆Β ΖΓ Β  Δ οπότε από την υπόθεση θα είναι ΕΒ = ΕΓ άτοπο). Για το τρίγωνο ΑΓΒ Γ ∆Α Ε′Β ΖΓ ⋅ ⋅ = 1. και την ευθεία ΔΕ′ έχουμε (Θεωρ. Μενελάου) ∆Β Ε′Γ ΖΑ Α ∆Α ΕΒ ΖΓ Εε′Β ΕΒ ⋅ ⋅ = 1, οπότε = . Αλλά από υπόθεση είναι: ∆Β ΕΓ ΖΑ Ε′ΓΔ ΕΓ Άρα τα Ε, Ε′ ταυτίζονται (γιατί διαιρούν εξωτερικά το ΒΓ στον ίδιο λόγο). Ζ Η

Παρατηρήσεις: ΒΑ ΛΓ Ε 1) Από τα σημεία Δ, Ε, Ζ το ένα ή και τα τρία θα είναι σημεία των προεx κτάσεων των πλευρών (Θεώρημα Pasch). Ε 2) Αν π.χ. Δ, Ε, Ζ τα μέσα των ΑΒ, ΒΓ, ΓΑ τότε Α Θ

∆Α ΕΒ ΖΓ Δ ⋅ ⋅ = 1 χωρίς τα Δ, Ε, Ζ να είναι συνευθειακά.

K ∆Β ΕΓ ΖΑ Ζ 

ii) Για το τρίγωνο Α Β ∆ και την ευθεία ΖΓ έχουμε ΖΑ ΓΒ Η∆ ⋅ ⋅ = 1 (1) (Θεωρ. Μενελάου) ΖΒ Γ∆ ΗΑ

Β

ΕΓ

Μ Η

Β



Δ

Γ

Όμοια για το τρίγωνο Α Γ ∆ και την ευθεία ΕΒ ΗΑ Β∆ ΕΓ ⋅ ⋅ = 1 (2) είναι Η∆ ΒΓ ΕΑ Με πολλαπλασιασμό των (1) και (2) κατά μέλη προκύπτει ∆Β ΕΓ ΖΑ ⋅ ⋅ = 1. ∆Γ ΕΑ ΖΒ | 20 |

22-0017-02.indd 112

1/11/2013 4:50:55 μμ

Γενικές Ασκήσεις 

Αντίστροφα: Θεωρούμε τρίγωνο Α Β Γ και Δ, Ε, Ζ, σημεία των πλευρών του ∆Β ΕΓ ΖΑ ⋅ ⋅ = 1 τότε οι ευθείες ΑΔ, BE ΒΓ, ΓΑ, ΑΒ αντίστοιχα. Αν ισχύει ∆Γ ΕΑ ΖΒ και ΓΖ συντρέχουν. Η απόδειξη όμοια με το (i) (έστω Η η τομή των BE, ΓΖ και Δ′ η τομή της ΑΗ με την ΒΓ. Τότε...) Σχόλιο: Αν από τα σημεία Δ, Ε, Ζ το ένα είναι εσωτερικό και τα άλλα δύο εξωτερικά (στις προεκτάσεις) των πλευρών, τότε οι ευθείες ΑΔ, BE, ΓΖ συντρέχουν ή είναι παράλληλες.

4. Επειδή ΑΔ//ΒΖ έχουμε:

ΕΑ Α∆ = (1). ΕΖ ΒΖ

ΑΓ ΖΓ = (2). ΑΒ ΒΖ Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι:

Α 2

Β

1

Ε



Ζ

Επίσης Α Β Γ (ΑΖ διχοτόμος):

Δ

Γ

ΕΑ ΑΓ Α∆ − ΖΓ ΒΓ − ΖΓ ΒΖ = =1 = − = ΕΖ ΑΒ ΒΖ ΒΖ ΒΖ  = Α∆  5. Επειδή ΑΒ ⊥ Γ∆ έχουμε ΑΓ  οπότε Εˆ =Εˆ και Ζ  = Β∆ ˆ =Ζˆ . και ΒΓ 1 2 1 2 

Άρα: Γ Ε ∆ (ΕΜ διχοτόμος):

ΜΓ ΕΓ = (1) Μ∆ Ε∆

ΜΓ ΖΓ = και Γ Ζ ∆ (ΖΜ διχοτόμος): (2) Μ∆ Ζ∆

Ζ 1

Α

Γ

2

Μ

1 2

Ε Β



ΕΓ ΖΓ Από (1), (2) προκύπτει ότι = ⇔ ΕΓ ⋅ Ζ∆ = Ε∆ ⋅ ΖΓ Ε∆ Ζ∆ 6.

Α

Ο

Δ

Β Γ

Δ

ΓΑ ∆Α ΟΓ + ΟΑ Ο∆ + ΟΑ = ⇔ = ⇔ i) Έχουμε: ΓΒ ∆Β ΟΒ − ΟΓ Ο∆ − ΟΒ ΟΓ + ΟΑ Ο∆ + ΟΑ ⇔ = (ΟΑ = ΟΒ) ⇔ ΟΑ − ΟΓ Ο∆ − ΟΑ ⇔ ... ⇔ ΟΑ 2 = ΟΓ ⋅ Ο∆. ii) Έχουμε:

ΓΑ ∆Α ΑΓ Α∆ = ⇔ = ⇔ ΓΒ ∆Β ΑΒ − ΑΓ Α∆ − ΑΒ | 21 |

22-0017-02.indd 113

31/10/2013 5:54:01 μμ

Γενικές Ασκήσεις

⇔ 2ΑΓ ⋅ Α∆ = ΑΒ ⋅ Α∆ + ΑΒ ⋅ ΑΓ ⇔

2 1 1 . = + ΑΒ ΑΓ Α∆

Σημείωση: Τα Γ, Δ βρίσκονται προς το ίδιο μέρος του Ο.

Α

7. Αν η ΒΔ τέμνει την ΑΓ στο Ζ τότε επειδή

µ Α∆ ΑΖ ΑΖ µ = = ή ΑΖ = ΑΓ. ή ν ΑΕ ΑΓ ΑΓ ν Επομένως το Ζ προσδιορίζεται και η Αx ορίζεται Β ως κάθετη της ΒΖ από το Α. ΒΖ//ΓΕ έχουμε:

Ζ

Δ

Γ Ε

x

Γ y 8. α) Ανάλυση: Έστω ΒΓ η ζητούμενη ευθεία και ότι η παράλληλη από το Α προς την Οx τέμνει την Δ Α Oy στο Δ. Τότε το Δ είναι σταθερό (ορίζεται) και επειδή ΑΒ = ΑΓ το Δ είναι το μέσο του ΟΓ. Άρα x O ορίζεται και το Γ. Β Κατασκευή: Φέρουμε από το Α παράλληλη στην Οx, βρίσκουμε το Δ και ορίζουμε το Γ πάνω στην Oy ώστε Ο∆ = ΟΓ. Η ζητούμενη ευθεία είναι η ΑΓ (που τέμνει την Οx στο Β). Η απόδειξη είναι απλή. β) Έχουμε: 2 ΑΒ 2 ΑΒ 2 ΑΒ ΑΒ = ΒΓ ⇔ = ⇔ = ⇔ = 2.

3 ΒΓ 3 ΒΓ − ΑΒ 3 − 2 ΑΓ

Ο∆ ΑΒ Ο∆ Ο∆ = 2 ή ∆Γ = = ή .

2 ∆Γ ΑΓ ∆Γ Άρα ορίζεται το σημείο Γ και συνεχίζουμε όπως στο (α). γ) Όμοια έχουμε Φέρουμε πάλι ΑΔ//Οx, οπότε

ΑΒ Ο∆ µ ν = = ⇔ ∆Γ = Ο∆ . ΑΓ ∆Γ ν µ Άρα το ΔΓ κατασκευάζεται. Η συνέχεια όπως στο (α).

9. α) Ανάλυση: Έστω ΒΓ η ζητούμενη ευθεία ώστε ΑΒ = ΑΓ. Φέρουμε τα αποστήματα ΚΔ, ΛΕ, οπότε Α∆ = ΑΕ. Επειδή ΚΔ//ΛΕ αν Μ το μέσο του ΚΛ τότε, από το αντίστροφο του Θαλή, θα είναι ΑΜ//ΚΔ//ΛΕ. Άρα ΑΜ ⊥ ΒΓ, οπότε η ΒΓ κατασκευάζεται.

Β Δ Κ

A Ε Μ

Γ

Λ

Α'

| 22 |

22-0017-02.indd 114

26/2/2015 1:46:28 µµ

Γενικές Ασκήσεις

Κατασκευή: Ορίζουμε το Μ ως μέσο του ΚΛ και γράφουμε ευθεία κάθετη στην AM στο Α, που τέμνει τους κύκλους στα Β και Γ. Απόδειξη: Φέρουμε τα αποστήματα ΚΔ, ΛΕ, οπότε ΚΔ//ΑΜ//ΛΕ. Άρα

ΜΚ Α∆ = ⇔ Α∆ = ΑΕ (αφού ΜΚ = ΜΛ) ⇒ ΑΒ = ΑΓ. ΜΛ ΑΕ

β) Ανάλογα με το (α) ορίζουμε το σημείο Μ το οποίο διαιρεί εσωτερικά την ΜΚ 3 = και γράφουμε ευθεία κάθετη στην AM στο Α, που ΚΛ σε λόγο ΜΛ 4 τέμνει τους κύκλους στα Β και Γ. 

10. Έχουμε Α Β ∆ (ΒΙ διχοτόμος):

A

ΙΑ ΑΒ γ β+γ = = = . αγ Ι∆ Β∆ α β+γ

1 2

Z

ΙΑ β γ = + (1) όμοια Ι∆ α α ΙΒ α + γ α γ = = + (2) και ΙΕ β β β

Άρα

1

Β

Ε

I

2

Δ

2

1

Γ

ΙΓ α + β α β = = + (3) ΙΖ γ γ γ Από (1), (2), (3) με πρόσθεση κατά μέλη προκύπτει:

ΙΑ ΙΒ ΙΓ  α β   α γ   β γ  + + = + + + + + ≥6 Ι∆ ΙΕ ΙΖ  β α   γ α   γ β  (γιατί το άθροισμα δύο αντίστροφων θετικών αριθμών είναι μεγαλύτερο ή ίσο του 2).

| 23 |

22-0017-02.indd 115

31/10/2013 5:54:03 μμ

22-0017-02.indd 116

31/10/2013 5:54:03 μμ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ

8 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΥΠΟΔΕΙΞΕΙΣ • Για να είναι όμοια δυο τρίγωνα αρκεί να ισχύει ένα από τα παρακάτω: i) Να έχουν 2 γωνίες ίσες μία προς μία. (Ασκήσεις: Εμπέδωσης 1). ii) Να έχουν δυο πλευρές ανάλογες και τις περιεχόμενες γωνίες ίσες. (Ασκήσεις: Εμπέδωσης 2). iii) Να έχουν τις πλευρές τους ανάλογες. (Ασκήσεις: Εμπέδωσης 3).

• Για να είναι όμοια δύο κυρτά πολύγωνα πρέπει να έχουν τις πλευρές τους ανάλογες και

22-0017-02.indd 117

τις γωνίες που σχηματίζονται από ομόλογες πλευρές ίσες. (Ασκήσεις: Αποδεικτικές 2, Σύνθετα 1).

• Με τη χρήση της ομοιότητας μπορούμε να μετρήσουμε μήκη ευθυγράμμων τμημάτων που είναι απρόσιτα (Εφαρμογή 2 § 8.2). (Ασκήσεις: Εμπέδωσης 4, Αποδεικτικές 1). Σχόλιο: Στην άσκηση 4, (Εμπέδωσης) υπολογίζουμε το ύψος ενός δέντρου, μετρώντας τη σκιά του. Αρχαίοι συγγραφείς αναφέρουν ότι με τον τρόπο αυτό ο Θαλής υπολόγισε το ύψος των πυραμίδων.

1/11/2013 4:53:05 μμ

8.1-8.2

§ 8.1-8.2

Β

Ασκήσεις Εμπέδωσης 



1. i) Τα τρίγωνα Α Β Γ και ∆ Ε Γ έχουν δύο γωνίες ίσες ˆ = Εˆ = 90, Γ̂ κοινή), άρα είναι όμοια. (Α 



ii) Αφού τα τρίγωνα Α Β Γ και ∆ Ε Γ είναι όμοια έχουμε: Ε ΑΒ ΑΓ = ⇔ ΑΓ ⋅ ∆Ε = ΑΒ ⋅ ΕΓ. Γ Α ∆Ε ΕΓ Δ 1 Α∆ 1 και 2. i) Έχουμε Α∆= ΑΒ ⇔ = 3 ΑΒ 3 Α 2 1 ΑΕ 1 ΓΕ= ΑΓ , οπότε ΑΕ= ΑΓ ⇔ = . Δ Ε 3 3 ΑΓ 3 Α∆ ΑΕ 1 Άρα = = . ΑΒ ΑΓ 3   Β Επομένως τα τρίγωνα Α Β Γ και Α ∆ Ε είναι Γ όμοια γιατί έχουν και τη γωνία Α̂ κοινή.   ii) Αφού τα τρίγωνα Α Β Γ και Α ∆ Ε είναι όμοια, έχουμε: ∆Ε Α∆ ΑΕ 1 = = = , οπότε ΒΓ = 3∆Ε. ΒΓ ΑΒ ΑΓ 3 3. Αν α′, β′ και γ′ είναι οι πλευρές μετά τη διαστολή, από την εκφώνηση προκύπτει ότι: 1 16 1 16 α′ =α + α ⇔ α′ = α , β′ =β + β ⇔ β′ = β και 15 15 15 15 1 16 α′ β′ γ ′  16  γ ⇔ γ ′ = γ. Άρα = =  = .

15 15 α β γ  15  Επομένως το τρίγωνο με πλευρές α′, β′ και γ′ είναι όμοιο προς το αρχικό, αφού έχουν τις πλευρές τους ανάλογες. Άρα το τρίγωνο και μετά τη διαστολή θα παραμείνει ορθογώνιο, αφού το αρχικό τρίγωνο είναι ορθογώνιο. γ ′ =γ +

4. Η ακτίνα ΒΓ του ήλιου, το ύψος ΑΒ και η σκιά ΑΓ του δέντρου σχηματίζουν ορθογώνιο τρίγωνο  ˆ =90 ). Το ίδιο ισχύει για την ακτίνα Α Β Γ (Α ΕΖ, τη ράβδο ΔΕ και τη σκιά της ΔΖ. Επειδή τόσο οι κατακόρυφες ΑΒ και ΔΕ, όσο και οι ακτίνες του ήλιου ΒΓ και ΕΖ είναι παράλληλες, θα είναι ˆ = Εˆ (οξείες γωνίες με παράλληλες πλευρές). Β

Άρα τα ορθογώνια τρίγωνα Α Β Γ και ∆ Ε Ζ ΑΒ ΑΓ είναι όμοια, οπότε . = ∆Ε ∆Ζ

Ε 2m Β

Α

Δ

24m

3m

Ζ

Γ

| 26 |

22-0017-02.indd 118

26/2/2015 1:51:08 µµ

8.1-8.2

Με αντικατάσταση των δεδομένων έχουμε:

ΑΒ 24m = ⇔ AB = 16m.

2m 3m 



ˆ ως 5. i) Τα τρίγωνα Α Β ∆ και Α ∆ Γ είναι όμοια (ορθογώνια και Β̂ = ∆ΑΓ οξείες γωνίες με κάθετες πλευρές). Α

ΑΒ ∆Β Άρα = ⇔ Α∆ 2 = ∆Β ⋅ ∆Γ. ∆Γ Α∆ 



ii) και iii) Τα τρίγωνα Α Β ∆ και Α Β Γ ˆ = ∆ˆ = 90, Β̂ κοινή). είναι όμοια (Α ΑΒ Άρα = ΒΓ ΑΒ και = ΒΓ

Β

Γ

Δ

Β∆ Α∆ ΑΒ Β∆ , οπότε = = ⇔ ΑΒ2 = Β∆ ⋅ ΒΓ ΑΒ ΑΓ ΒΓ ΑΒ Α∆ ⇔ ΑΒ ⋅ ΑΓ = Α∆ ⋅ ΒΓ . ΑΓ Α



6. Έχουμε τρίγωνο Α Β ∆ όμοιο με τρίγωνο

1



ˆ =Α ˆ , Βˆ = Εˆ γιατί βαίνουν στο Α Ε Γ (Α 1 2 τόξο ΑΓ). Α∆ ΑΒ Άρα = ⇔ Α∆ ⋅ ΑΕ = ΑΒ ⋅ ΑΓ. ΑΓ ΑΕ

Β

2

Δ Γ

x

Ε

y

Αποδεικτικές Ασκήσεις

ˆ = ΑΚΒ ˆ 1. Επειδή φ = ω θα είναι και ∆ΚΓ (συμπληρωματικές ίσων γωνιών). Άρα τα ορθογώνια τρίγωνα 

Γ x

Β



∆ Κ Γ και Α Κ Β είναι όμοια, ∆Γ ∆Κ οπότε: . = ΑΒ ΑΚ Με αντικατάσταση των δεδομένων προκύπτει ότι:

1,70m

φ ω Δ

3m

Κ

2m

Α

∆Γ 3m 5,1 = ⇔ ∆Γ = m ⇔ ∆Γ = 2,55 m .

1, 7m 2m 2

| 27 |

22-0017-02.indd 119

31/10/2013 5:54:05 μμ

8.1-8.2

2. i) Έστω τα παραλληλόγραμμα ΑΒΓΔ και Α′Β′Γ′Δ′ Α Α∆ ΑΒ με = Α′∆′ Α′Β′ ˆ =Α ˆ ′. και Α

B

Δ

Α'

Β'

Δ'

Γ

Γ'

Επειδή ΒΓ = Α∆ , Β′Γ′ = Α′∆′, ∆Γ = ΑΒ και ∆′Γ=′ A′Β′ θα είναι Α∆ ΑΒ ΒΓ ∆Γ (1) = = = ′ ′ ′ ′ ′ ′ Α ∆ Α Β Β Γ ∆′Γ′

ˆ και Γˆ ′ =Α ˆ ′ θα είναι Γˆ = Γˆ ′, οπότε και Βˆ = Βˆ ′, ∆ˆ = ∆ˆ ′ Επίσης, επειδή Γ̂ = Α (2) ως παραπληρωματικές ίσων γωνιών. Από (1) και (2) προκύπτει ότι τα παραλληλόγραμμα ΑΒΓΔ και Α′Β′Γ′Δ′ είναι όμοια. ˆ =Α ˆ ′ = 90 σύμφωνα με το (I) αρκεί να αποδείξουμε ii) Επειδή Α Α Β Α∆ ΑΒ Α' . ότι = Α′∆′ Α′Β′ Κ

Β' Κ'



Τα ισοσκελή τρίγωνα Κ Α ∆  Δ' Γ' και Κ ′ Α′ ∆′ είναι όμοια Δ Γ ˆ ˆ (αφού Κ = Κ ′).   Α∆ ΚΑ (1). Το ίδιο ισχύει για τα τρίγωνα Κ Α Β και Κ ′ Α′ Β′ . Άρα = Α′∆′ Κ ′Α′ ΑΒ ΚΑ Α∆ ΑΒ (2). Από (1) και (2) προκύπτει ότι . Άρα = = Α′Β′ Κ ′Α′ Α′∆′ Α′Β′ 



3. Τα τρίγωνα Α Β Α1 και Α Β Α 2 είναι όμοια, ˆ = ΒΑΑ ˆ και Α ˆ = ΒΑΑ ˆ γιατί Α 1 2 2 1

Α

(γωνίες από χορδή και εφαπτόμενη). ΑΒ ΒΑ1 = ⇔ ΑΒ2 = ΒΑ1 ⋅ ΒΑ 2. Άρα ΒΑ 2 ΑΒ

Ο1 B

Α1



Ο2 Α2

4. Έχουμε τρίγωνο Η Α Ε όμοιο με τρίγωνο  ˆ =Ηˆ ). Η Β ∆ (∆ˆ = Εˆ = 90 , Η 1

2

Η∆ ΗΒ Άρα = ⇔ Η∆ ⋅ ΗΑ = ΗΒ ⋅ ΗΕ (1) ΗΕ ΗΑ  Επίσης τρίγωνο Η Β Ζ όμοιο με τρίγωνο  ˆ = 90, Ηˆ =Ηˆ ). Η Ε Γ (Εˆ = Ζ 3 4 ΗΒ ΗΖ Άρα = ⇔ ΗΒ ⋅ ΗΕ = ΗΓ ⋅ ΗΖ (2) ΗΓ ΗΕ

Α 1

Ζ 3

Β

2

Ε 4

Η

Δ

Γ

| 28 |

22-0017-02.indd 120

1/11/2013 4:57:01 μμ

8.1-8.2

Από (1), (2) προκύπτει ότι ΗΒ ⋅ ΗΑ = ΗΒ ⋅ ΗΕ = ΗΓ ⋅ ΗΖ . 

ˆ ′ =Μ ˆ + Βˆ (εξωτερική στο Μ Β Ζ′) 5. Έχουμε Ζ 1 1 1

ΜΖ

ΒΖ ΜΑ ΒΖ ΜΒ Ζˆ 1′ = + = + = = ∆ˆ 1.

2 2 2 2 2

 Άρα τρίγωνο Μ ∆ Ζ όμοιο με τρίγωνο  ˆ ), Μ ∆′ Ζ′ ( Μ̂ κοινή, ∆ˆ 1 =Ζ 1 οπότε

Δ 1

Ζ Δ' Ζ'

Α

1

1 1

Μ∆′ ΜΖ′ = ⇔ Μ∆ ⋅ Μ∆′ = ΜΖ ⋅ ΜΖ′. ΜΖ Μ∆

Β

M Α

6. Επειδή το ύψος είναι το ΑΔ αρκεί να αποδείξουμε ότι Α∆ 2 = ΑΒ ⋅ Γ∆ . ˆ= 90 − ω ˆ = ω , τότε Α∆Β Αν ΑΒ∆  ˆ= 90 − ω, οπότε τα τρίγωνα και ∆ΓΑ   Α Β ∆ και ∆ Α Γ είναι όμοια, ΑΒ Α∆ ή Α∆ 2 = ΑΒ ⋅ Γ∆ . άρα: = ∆Α ∆Γ

ω

Β

Δ

Γ

Σύνθετα Θέματα 1. Θεωρούμε τα τραπέζια ΑΒΓΔ (ΑΒ//ΓΔ) και ΕΖΗΘ ΑΒ ∆Γ (ΕΖ//ΗΘ) με = ΕΖ ΘΗ ˆ = Εˆ , Β ˆ = Ζˆ . και Α Έστω ΑΒ > Γ∆ , οπότε θα είναι και ΕΖ > ΘΗ αφού 

Δ

Α

Γ

Γ'

Θ

Β

Ε

Η

Η'

Ζ

ΑΒ ∆Γ . Φέρουμε ΓΓ′//ΔΑ και ΗΗ′//ΘΕ. = ΕΖ ΘΗ 

ˆ = Εˆ = Η ˆ ′), ˆ = Ζˆ , Γˆ ′ = Α Τότε τα τρίγωνα Β Γ Γ′ και Ζ Η Η ′ είναι όμοια (Β Γ′Β ΒΓ ΓΓ′ οπότε = = = Η ′Ζ ΖΗ ΗΗ ′ ΑΒ ∆Γ Επίσης έχουμε = = ΕΖ ΘΗ

∆Α (1) ΘΕ ΑΒ − ∆Γ Γ′Β (2) = ΕΖ − ΘΗ Η ′Ζ

ΑΒ ΒΓ ∆Γ ∆Α Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι = = = , δηλαδή οι πλευρές ΕΖ ΖΗ ΘΗ ΘΕ του τραπεζίου ΑΒΓΔ είναι ανάλογες προς τις πλευρές του ΕΖΗΘ. Επιπλέον, ˆ = Εˆ , οπότε ∆ˆ = Θ ˆ και Β ˆ = Ζˆ , οπότε έχουν και τις αντίστοιχες γωνίες ίσες ( Α ˆ ). Άρα τα τραπέζια είναι όμοια. Γˆ = Η

| 29 |

22-0017-02.indd 121

13/3/2014 11:22:53 πµ

8.1-8.2

d′. Το τετράπλευρο ΟΒΜΓ 2. Έστω Μ∆ = d και ΜE = ˆ = Β ˆ. είναι εγγράψιμο, οπότε ΜΓΕ   Άρα τα ορθογώνια τρίγωνα Μ Γ Ε και Β Μ ∆ είναι όμοια, οπότε: ΜΒ Μ∆ ΜΒ d = ⇔ = . ΜΓ ΜΕ ΜΓ d′

y ΓE Μ O Δ



3. Στο τρίγωνο Α Γ ∆, επειδή η ΓΖ είναι διχοτόμος ΑΖ ΑΓ έχουμε: (1). = Ζ∆ Γ∆

x

Β

Β Ε



Στο τρίγωνο Α Β ∆, επειδή η ΑΕ είναι διχοτόμος Δ ΕΒ ΑΒ 21 Ζ έχουμε: (2). = 1 2 Ε∆ Α∆ Γ A   Τα τρίγωνα Α Β ∆ και Α Γ ∆ ˆ ), είναι όμοια (ορθογώνια και Β̂ = ∆ΑΓ ΑΓ ΑΒ ΑΖ ΕΒ (3). Από τις (1), (2) και (3) προκύπτει ότι , οπότε = = Γ∆ Α∆ Ζ∆ Ε∆  οπότε από το αντίστροφο του Θαλή στο τρίγωνο Α ∆ Β έχουμε ότι ΖΕ//ΑΒ.

4. Από την υπόθεση έχουμε ότι: ˆ −= ˆ 90 + Γˆ (1). Β Γˆ 90 ⇔ = Β  ˆ (2) (ως εξωτερική ˆ Β 90 + Α Αλλά = 1

A 1



στο τρίγωνο Α Β ∆ ).

ˆ . Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι Γ̂ = Α 1 



Άρα τα ορθογώνια τρίγωνα Α ∆ Β και Α ∆ Γ είναι Α∆ ∆Γ όμοια, οπότε: = ⇔ Α∆ 2 = ∆Β ⋅ ∆Γ . ΑΒ Α∆ 

Δ

Γ

Β



A

5. i) Έχουμε τρίγωνο Α Β ∆ όμοιο με τρίγωνο Α Ε Γ  ). ˆ =Α ˆ , Βˆ = Εˆ γιατί βαίνουν στο ΑΓ (Α 1 2 1 ΑΒ Α∆ Άρα = ⇔ ΑΒ ⋅ ΑΓ = Α∆ ⋅ ΑΕ . ΑΕ ΑΓ

1 2



ii) Έχουμε τρίγωνο Α Β Ε όμοιο με 

ˆ =Α ˆ ). τρίγωνο Β ∆ Ε ( Ε̂ κοινή, Β̂1 =Α 2 1 ΕΒ ΕΑ 2 Άρα = ⇔ ΕΒ = ΕΑ ⋅ Ε∆ . Ε∆ ΕΒ

Β

1

Δ 1

Ε

Γ

| 30 |

22-0017-02.indd 122

13/3/2014 11:27:04 πµ

Γενικές Ασκήσεις

Γενικές Ασκήσεις

Τ 1



1. Έχουμε τρίγωνο Α Β Τ όμοιο  ˆ ). με τρίγωνο Α Γ Τ ( Α̂ κοινή, Γˆ = Τ 1

A Β

ΤΒ ΑΤ ΑΒ Άρα = = (1) ΤΓ ΑΓ ΑΤ Γ Επομένως 2 2 2 2 ΤΒ ΑΤ ΤΒ ΑΤ ΑΤ (1) ΤΒ ΑΤ ΑΒ ΤΒ2 ΑΒ = ⇔ = ⋅ ⇔ = ⋅ ⇔ =. ΤΓ 2 ΑΓ 2 ΤΓ 2 ΑΓ ΑΓ ΤΓ 2 ΑΓ ΑΤ ΤΓ 2 ΑΓ 

2. Έχουμε τρίγωνο Α Β ∆ όμοιο  ˆ ). με τρίγωνο Α Β Ε (Α̂ κοινή, Εˆ 1 =Β 1

Β

Α

1

ΒΕ ΑΒ (1) και Α∆Γ ≈ ΑΕΓ = Β∆ Α∆ ( Α̂ κοινή, Εˆ 2 =Γˆ 2).

Δ

Άρα

ΓΕ ΑΓ Άρα (2). = Γ∆ Α∆ Από (1), (2) επειδή ΑΒ = ΑΓ προκύπτει ότι ΒΕ ΓΕ = ⇔ Β∆ ⋅ ΓΕ = ΒΕ ⋅ Γ∆ . Β∆ Γ∆

2 1

E



3. Έχουμε τρίγωνο Β ∆ Ε όμοιο με τρίγωνο

Γ

A



ˆ = 90, ∆ˆ =∆ˆ κατακορυφήν). Γ ∆ Ζ ( Εˆ = Ζ 1 2 Άρα

2

1 2

∆Ε ΒΕ (1) = ∆Ζ ΓΖ 



ˆ =Α ˆ ). ˆ = 90, Α και Α Β Ε ≈ Α Γ Ζ (Εˆ = Ζ 1 2

Β

ΑΕ ΒΕ (2). Άρα = ΑΖ ΓΖ ΑΕ ∆Ε ΕΑ ΖΑ Από (1), (2) προκύπτει ότι . = ⇔ = ΑΖ ∆Ζ Ε∆ Ζ∆ Άρα τα Ε, Ζ είναι συζυγή αρμονικά των Α, Δ.

1

E Δ 2

Γ

Z

| 31 |

22-0017-02.indd 123

13/3/2014 11:31:11 πµ

Γενικές Ασκήσεις

4. Έστω Ε σημείο της ΑΓ Ζ Κ Α Β και ΕΖ ⊥ ΑΒ, ΕΗ ⊥ Α∆ .

1 Η Φέρουμε ΓΚ ⊥ ΑΒ και ΓΜ ⊥ Α∆ . Μ Ε ΕΗ ΑΕ Τότε ΕΗ//ΜΓ, οπότε = ΜΓ ΑΓ 1 Δ Γ ΕΖ ΑΕ . και ΕΖ//ΚΓ, οπότε = ΚΓ ΑΓ ΕΗ ΕΖ ΕΗ ΜΓ (1) Άρα = ⇔ = ΜΓ ΚΓ  ΕΖ ΚΓ  ˆ =Μ ˆ = 90 , Β̂ =∆ˆ ), Αλλά τρίγωνο Γ Μ ∆ όμοιο με τρίγωνο Κ Β Γ ( Κ 1 1 ΜΓ ∆Γ ΑΒ (2) οπότε = = ΚΓ ΒΓ Α∆ ΕΗ ΑΒ Μ Από (1), (2) προκύπτει ότι . = ΕΖ Α∆ d Α

Β

Η

5. i) Ισχύει ΜΑ ⋅ ΜΒ = 2R ⋅ ΜΗ (εφαρμογή βγ = 2Rυα ). ΜΑ ⋅ ΜΒ .

2R ˆ = 90 ii) Φέρνουμε τη διάμετρο ΜΕ. Τότε MAE ˆ και Ê = A1 (χορδή, εφαπτομένη).

Άρα ΜΗ= d=

Άρα τρίγωνο M A E όμοιο 

με τρίγωνο M A K, οπότε ΜΑ ΜΕ ΜΑ 2R ΜΑ 2 = ⇔ = ⇔ d′ = . d′ 2R ΜΚ ΜΑ ΜΑ

Ε

Κ Α Μ

d2

2

ΜΓ ΜΓ ⋅ Μ∆ , d1 = , 2R 2R Μ∆ 2 ΜΓ 2 ⋅ Μ∆ 2 d2 = . Άρα= d1 ⋅ d 2 = d 2.

2R (2R) 2

iii) Είναι d =

Μ d'

Ο



d1

d Δ

Γ

6. Πρέπει να αποδείξουμε ότι ΑΒ ⋅ Γ∆ + Α∆ ⋅ ΒΓ = ΑΓ ⋅ Β∆. ˆ = Α∆Β ˆ (1) Παίρνουμε σημείο Ε της ΑΓ ώστε Ε∆Γ   ˆ ). Τότε τρίγωνο Α Β ∆ όμοιο με τρίγωνο ∆ Ε Γ ( ∆ˆ 1 =∆ˆ 2 , Γˆ 1 =Β 1 Άρα

ΑΒ Β∆ = ⇔ ΑΒ ⋅ Γ∆ = ΕΓ ⋅ Β∆ (2) ΕΓ Γ∆

| 32 |

22-0017-02.indd 124

31/10/2013 5:54:09 μμ

Γενικές Ασκήσεις 



ˆ 1 = Βˆ 2 , Α∆Ε ˆ = Β∆Γ ˆ Επίσης τρίγωνο Α ∆ Ε όμοιο με τρίγωνο Β Γ ∆ (Α ως διαφορά ή άθροισμα ίσων γωνιών). Β 1 Α∆ ΑΕ 2 Α Άρα = ⇔ Α∆ ⋅ ΒΓ = ΑΕ ⋅ Β∆ (3). Β∆ ΒΓ 1 Ε Με πρόσθεση κατά μέλη των (2), (3) προκύπτει ότι:

ΑΒ ⋅ Γ∆ + Α∆ ⋅ ΒΓ = Β∆ ⋅ (ΕΓ + ΑΕ) = Β∆ ⋅ ΑΓ.

1

2

1

Γ

Δ

| 33 |

22-0017-02.indd 125

31/10/2013 5:54:09 μμ

22-0017-02.indd 126

31/10/2013 5:54:09 μμ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ

9

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΥΠΟΔΕΙΞΕΙΣ

• Για να υπάρχει τρίγωνο με δεδομένα μήκη πλευρών πρέπει να ισχύει η τριγωνική ανισότητα. (Ασκήσεις: § 9.4 Εμπέδωσης 1, 2).

• Για να βρούμε το είδος του τριγώνου ως προς τις γωνίες (οξυγώνιο, ορθογώνιο, αμβλυγώνιο) συγκρίνουμε το τετράγωνο της μεγαλύτερης πλευράς με το άθροισμα των τετραγώνων των δύο άλλων πλευρών. (Ασκήσεις: § 9.2 Αποδεικτικές 1 - § 9.4 Εμπέδωσης 1, Αποδεικτικές 1).

• Για να υπολογίσουμε μια γωνία (σε μοίρες) χρησιμοποιώντας τις γνωστές μετρικές σχέσεις βρίσκουμε κατάλληλη σχέση μεταξύ των στοιχείων (πλευρών, διαμέσων κ.λπ.) ενός τριγώνου π.χ. Ισόπλευρο τρίγωνο, ορθογώνιο τρίγωνο με μια πλευρά ίση με το μισό της υποτείνουσας κ.λπ. (Ασκήσεις: § 9.4 Εμπέδωσης 3, § 9.5 Εμπέδωσης 3, Γενικές 8). Σχόλιο: Πολλές φορές μια γωνία υπολογίζεται και τριγωνομετρικά (Νόμος συνημιτόνων, ημιτόνων κ.λπ.). (π.χ. § 9.4 Άσκηση Εμπέδωσης 3).

• Χρησιμοποιώντας την εφαρμογή 2 της § 9.7 αποδεικνύουμε ότι μια ευθεία εφάπτεται σε έναν κύκλο. (Ασκήσεις: § 9.7 Σύνθετα 3).

22-0017-02.indd 127

1/11/2013 4:59:15 μμ

9.1-9.2

§ 9.1-9.2 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Είναι ΒΓ 2 = ΑΒ2 + ΑΓ 2 = 32 + 42 = 52 = 25 ⇔ ΒΓ = 5 Γ 9 ΑΒ2 = ΒΓ ⋅ Β∆ ⇔ 32 = 5 ⋅ Β∆ ⇔ Β∆ = 5 16 ∆Γ = ΒΓ − Β∆ = 5 Γ 9 16 12 2 και Α∆ = Β∆ ⋅ ∆Γ = ⋅ ⇔ Α∆ = .

5 5 5 Α

ˆ = 2Γˆ ⇔ Β ˆ + Γˆ = 3Γˆ ⇔ 90 = 3Γˆ ⇔ Γˆ = 30 , 2. Είναι Β α οπότε γ = και από την α 2 = β2 + γ 2 προκύπτει 2 β 2 ότι β = 3γ 2 ⇔ = 3, οπότε αληθές είναι το Γ. γ 3. Επειδή Α∆ < ΑΓ < ΒΓ και Γ∆ < ΑΓ, αρκεί να συγκρίνουμε τα ΑΔ και ΓΔ.

25 Έχουμε: ΑΒ2 = ΒΓ ⋅ Β∆ ⇔ 25 = ΒΓ ⇔ ΒΓ = 13, 13 144 (1) οπότε Γ∆ = ΒΓ − Β∆ = 13 και από τη σχέση Α∆ 2 = Β∆ ⋅ ∆Γ 60 βρίσκουμε Α∆ = (2). Από (1) και (2) προκύπτει 13 ότι Α∆ < Γ∆ και επομένως Α∆ < Γ∆ < ΑΓ < ΒΓ.

Δ

Β Δ

Α

Β

Γ

Δ Γ Α

Β Δ

Γ Β

Α

Αποδεικτικές Ασκήσεις 2

2

2

2

2 2

1. Έχουμε β + γ = (2κλ) + ( κ − λ ) =

A

Ε Γ

Ζ

Β

= ( κ2 + λ 2 )2 = α 2 ,

ˆ = 90 . δηλαδή α 2 = β2 + γ 2 ⇔ Α

ˆ 2. Επειδή ΑΒ διάμετρος, οι γωνίες ΑΓΒ ˆ είναι ορθές, οπότε από τα ορθογώνια και Α∆Β 

A

Ε

Δ Ζ

Β



τρίγωνα Γ Α Β και ∆ Α Β έχουμε αντίστοιχα: ΑΓ 2 = ΑΒ ⋅ ΑΕ και Α∆ 2 = ΑΒ ⋅ ΑΖ. Από τις σχέσεις αυτές με διαίρεση κατά μέλη προκύπτει το ζητούμενο.

Δ

| 36 |

22-0017-02.indd 128

27/2/2015 10:03:44 πµ

9.1-9.2 

3. Φέρνουμε τη ΒΔ. Από τα ορθογώνια τρίγωνα Ε Β ∆ και 

2

2

2

2

Γ

2

Γ

2

Ε Γ ∆ έχουμε: ΕΒ = Β∆ − ∆Ε και ΕΓ = ∆Γ − ∆Ε αντίστοιχα, από τις οποίες με αφαίρεση κατά μέλη Ε προκύπτει: ΒΕ 2 − ΓΕ 2 = Β∆ 2 − ∆Γ 2 ⇔

Ε Δ

Δ

⇔ ΒΕ 2 − ΓΕ 2 = Β∆ 2 − Α∆ 2 (1), αφού το Δ είναι μέσον της ΑΓ. Από την (1) και Α  Β επειδή το Α ∆ Β είναι ορθογώνιο προκύπτει Α 2 2 2 2 2 2 ΒΕ − ΓΕ = ΑΒ ⇔ ΓΕ + ΑΒ = ΒΕ (2). Είναι φανερό ότι ∆Β > ΕΒ. Από την (2) προκύπτει ότι ΒΕ > ΓΕ οπότε ∆Β > ΕΒ > ΕΓ .

Β

  β2 4. i) Από τα ορθογώνια τρίγωνα Α Β ∆ και Α′ Β′ ∆′ έχουμε: µβ2 = γ 2 + 4 β′2 2 2 και µβ′ = γ ′ + αντίστοιχα από τις οποίες, αφού µβ = µβ′ 4 β2 β′2 = γ ′2 + (1). προκύπτει: γ 2 + 4 4

Γ

Γ

Δ

Δ

Α

Α Β

Ε

Γ'

Γ'

Δ'

Δ'

Ε 

Α' Β

Ε'

Α' Β'

Ε'

Β'



Όμοια, από τα ορθογώνια τρίγωνα Α Γ Ε και Α′ Γ′ Ε′ και επειδή µ γ = µ γ ′ γ2 γ ′2 προκύπτει β2 + = β′2 + (2).

4 4 Προσθέτοντας τις (1) και (2) κατά μέλη βρίσκουμε: 5 2 5 (β + γ 2 ) = (β′2 + γ ′2 ) , από την οποία λαμβάνοντας υπόψη ότι 4 4 2 2 2 β + γ = α και β′2 + γ ′2 = α′2 , προκύπτει ότι α = α′ . ii) Είδαμε ότι β2 + γ 2 = β′2 + γ ′2 (3). Αφαιρώντας από την (3) την (1) προκύπτει   3 2 3 2 β = β′ , δηλαδή β = β′. Επειδή πλέον τα τρίγωνα Α Β Γ και Α′ Β′ Γ′ 4 4 είναι ορθογώνια και έχουν τις κάθετες πλευρές ίσες, είναι ίσα. 

5. Από το ορθογώνιο τρίγωνο Β Ε Γ έχουμε: α 2 = ΒΕ 2 + ΕΓ 2 (1).

| 37 |

22-0017-02.indd 129

1/11/2013 5:03:22 μμ

9.1-9.2 

Α

Επίσης από το ορθογώνιο τρίγωνο Β Ε Α έχουμε: γ 2 = ΒΕ 2 + ΑΕ 2 (2). Επειδή β = γ θα είναι β2 = γ 2 = ΒΕ 2 + ΑΕ 2 (3). Προσθέτοντας τις (1), (2) και (3) κατά μέλη προκύπτει ότι: α 2 + β2 + γ 2 = 3ΒΕ 2 + 2ΑΕ 2 + ΓΕ 2.

γ

E Β

Σύνθετα Θέματα

ΑΒ2 Β∆ = (1), ΑΓ 2 ∆Γ ˆ = 1 και Α∆ ⊥ ΒΓ. αφού Α  Επίσης, από τα ορθογώνια τρίγωνα ∆ Α Β

1. i) Έχουμε:

ΑΓ γ

}

β

Γ

α

}

β



E και ∆ Α Γ έχουμε αντίστοιχα: Β∆ 2 = ΑΒ ⋅ ΕΒ (2) Δ Ζ 2 και ∆Γ = ΑΓ ⋅ ΖΓ (3). Β Γ α Από (1), (2) και (3) έχουμε: Α Ε Β ΑΒ4 Β∆ 2 ΑΒ ⋅ ΕΒ ΑΒ3 ΒΕ . = = ⇔ = Γ ΑΓ 4 ∆Γ 2 ΑΓ ⋅ ΖΓ ΑΓ3 ΓΖ  Β ii) Από τα ορθογώνια τρίγωνα ∆ Α Β και ∆ Α Γ έχουμε:Α∆ 2 = ΑΒ ⋅ ΑΕ Ε και Γ Α∆ 2 = ΑΓ ⋅ ΑΖ από τις οποίες προκύπτει Α∆ 4 = ΑΒ ⋅ ΑΓ ⋅ ΑΕ ⋅ ΑΖ (1). Δ Αλλά ΑΒ ⋅ ΑΓ = ΒΓ ⋅ Α∆ (2). Από (1), (2) προκύπτει το ζητούμενο. Δ

Ζ

2. i) Φέρνουμε Λ∆ ⊥ ΒΚ . Τότε ΚΛ = R + ρ, Κ∆ = R − ρ και Κ∆Λ = ΒΓΑ. Από το ορθογώνιο τρίγωνο ∆ Κ Λ έχουμε: Α Ε Β ∆Λ 2 = ΚΛ 2 − ∆Κ 2 = = (R + ρ)2 − (R − ρ)2 = 4Rρ ⇔

Α Β

⇔ ∆Λ = 2 Rρ , δηλαδή ΒΓ = 2 Rρ .

ii) Σύμφωνα με το i) έχουμε ΒE = 2 Rσ και EΓ = 2 Rσ , οπότε από την προφανή σχέση ΒΓ = ΒΕ + ΕΓ προκύπτει Rρ = Rσ + Rσ από την οποία με διαίρεση με το Rρσ προκύπτει το ζητούμενο.

3. i) Επειδή Ν μέσον ΑΓ και ΜΝ//ΚΓ, το Μ είναι μέσον του ΑΚ, δηλαδή στο τετράπλευρο ΑΒΚΔ οι διαγώνιοι διχοτομούνται ˆ =90, αυτό είναι ορθογώνιο. και αφού Α ii) Έχουμε διαδοχικά: ∆Γ 2 − ΑΒ2 = ∆Γ 2 − ∆Κ 2 = ΚΓ 2  (από το ορθογώνιο τρίγωνο Κ ∆ Γ) =

Δ

Δ Ε

Γ

Μ

Κ

Ν

Α

Λ

Β

Κ

Α

Γ

Δ

Μ

Β

Λ

Ν

Κ

Γ

| 38 |

22-0017-02.indd 130

1/11/2013 5:04:54 μμ

9.4

= (2ΜΝ )2 = 4ΜΝ 2, δηλαδή ∆Γ 2 − ΑΒ2 = 4ΜΝ 2. α 4. Επειδή µα = , έχουμε: 2µα2 ≥ βγ ⇔ α 2 ≥ 2βγ ⇔ 2 ⇔ β2 + γ 2 ≥ 2βγ

ˆ =90 ) ⇔ (β − γ )2 ≥ 0 που ισχύει. Το ′′=′′ όταν β = γ. (γιατί Α 5. Φέρνουμε ΓΖ, ∆Η ⊥ ΑΒ και τις ΟΓ και ΟΔ.  Γ Το τρίγωνο Ο Γ ∆ είναι ισοσκελές φ ˆ = ϕ. ˆ = Ο∆Γ και επομένως ΟΓ∆ Ο Η 45 Α 45 Z ˆ Η γωνία ∆ΟΗ είναι εξωτερική  φ ˆ= 45 + ϕ . στο τρίγωνο Ο Ε ∆ , οπότε ∆ΟΗ  Δ Έτσι τα ορθογώνια τρίγωνα Ζ Γ Ο    ˆ ˆ ˆ ˆ και Η ∆ Ο έχουν: Ζ = Η = 90 , ∆ΟΗ = 45 + ϕ = ΟΓΖ και Ο∆ = ΟΓ (= R) , άρα είναι ίσα και επομένως ΓΖ = ΟΗ (1). Έχουμε: ΓΕ 2 + ∆Ε 2 = 2ΓΖ 2 + 2∆Η 2 = 2(ΟΗ 2 + ∆Η 2 ) (από την (1)) = 2 ⋅ Ο∆ 2= 2R 2, δηλαδή ΓΕ 2 + ∆Ε 2 = 2R 2. ο

Β

ο





6. Από την ομοιότητα των τριγώνων ∆ Α Β και Α Β Γ γ x γ2 x2 έχουμε ότι: = ⇔ 2 = 2 (1). α ω α ω  Όμοια, από την ομοιότητα των τριγώνων ∆ Α Γ

β2 y 2 = (2). α 2 ω2 Προσθέτοντας τις (1), (2) κατά μέλη και λαμβάνοντας υπόψη ότι α 2 = β2 + γ 2 ω2. προκύπτει ότι x 2 + y 2 =

Γ



και Α Β Γ βρίσκουμε ότι

Δ Α

Β

§ 9.4 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Επειδή β − γ < α < β + γ (τριγωνική ανισότητα) υπάρχει τρίγωνο. Η μεγαλύˆ < 1 . Άρα το τρίγωνο τερη γωνία είναι η Α και αφού α 2 < β2 + γ 2 θα είναι Α είναι οξυγώνιο.

2. Ναι, υπάρχει, αφού ισχύει η τριγωνική ανισότητα. Έχουμε επίσης ότι:

υ= α

2 2 15  15  15  15  ) τ(τ − α)(τ − β)(τ − γ=  − 6  − 5  − 4=  6 2 2 α  2  2  | 39 |

22-0017-02.indd 131

31/10/2013 5:54:20 μμ

9.4

=

1 15 3 5 7 1 15 7 5 7 . ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ = 3 2 2 2 2 3 4 4

3 7 15 7 Όμοια υβ = , υγ = .

2 8 Α

2 γ 2 =4.

3. Έχουμε β2 = 4 + 2 3 , α 2 =, 2 2 2 ˆ > 90 . Άρα β > α + γ , οπότε Β  ˆ > 90, Στο τρίγωνο Α Β Γ είναι Α οπότε α 2 = β2 + γ 2 − 2βΑ∆ ⇔

⇔ Α∆ =

3+ 3 = ⇔ Α∆ 1+ 3 

Δ

Γ

Β

3(1 + 3) = ⇔ Α∆ 1+ 3

3. (1)

Στο τρίγωνο Α Β ∆ είναι Β∆ 2 = ΑΒ2 − Α∆ 2 ⇔ ∆Β2 = 1 ⇔ Β∆ = 1. ˆ =30. Επειδή ΑΒ = γ = 2 και Β∆ = 1 είναι Α 2ος τρόπος:



Από το νόμο των συνημιτόνων στο τρίγωνο Α Β Γ προκύπτει ότι: = συνΑ

β2 + γ 2 − α 2 (1 + 3)2 + 22 − ( 2)2 6 + 2 3 2 3( 3 + 1) = = = = 2βγ 2(1 + 3) ⋅ 2 4(1 + 3) 4(1 + 3)

3 2

ˆ =30. Άρα Α

ˆ =60, οπότε από το Νόμο των συνημιτόνων 4. Είναι Α ˆ ⇔ έχουμε: ΒΓ 2 = ΑΒ2 + ΑΓ 2 − 2 ΑΒ ⋅ ΑΓσυνΑ 1 2 ⇔ ΒΓ= 16 + 25 − 2 ⋅ 4 ⋅ 5 ⋅ ⇔ ΒΓ= 21 cm .

2

Α Δ 30

ο

B Γ

| 40 |

22-0017-02.indd 132

6/2/2014 3:22:23 µµ

9.4

Αποδεικτικές Ασκήσεις Α 1. Ελέγχουμε αρχικά το είδος του τριγώνου.

2 2 2 Είναι ΑΓ = 144 , ΒΓ = 49, ΑΒ = 81. ˆ > 90. Επειδή ΑΓ 2 > ΑΒ2 + ΒΓ 2 θα είναι Β Έστω ΒΔ η προβολή της ΒΓ πάνω στην ΑΒ. ˆ > 90 έχουμε: Επειδή Β 2 ΑΓ = ΑΒ2 + ΒΓ 2 + 2ΑΒ ⋅ Β∆ ⇔ ΑΓ 2 − ΑΒ2 − ΒΓ 2 144 − 81 − 49 14 ⇔ Β∆ = = = ⇔ 2ΑΒ 18 8 7 ⇔ Β∆ = cm .

9

2. Ε φαρμόζουμε το γενικευμένο Πυθα  γόρειο στα τρίγωνα Α Γ ∆ και Β ∆ Γ ˆ <1 . με την υπόθεση ότι Γˆ , ∆ ˆ Αν μία από τις Γ̂ , ∆ ήταν αμβλεία η απόδειξη είναι ανάλογη. Τότε: ΑΓ 2 = Α∆ 2 + ∆Γ 2 − 2Γ∆ ⋅ ∆Ε Δ Β∆ 2 = ΒΓ 2 + ∆Γ 2 − 2∆Γ ⋅ ΖΓ

Δ

Α

Β

Ε

Ζ

Προσθέτοντας κατά μέλη έχουμε ότι: ΑΓ 2 + Β∆ 2 = Α∆ 2 + ΒΓ 2 + 2∆Γ(∆Φ − ∆Ε − ΖΓ) = = Α∆ 2 + ΒΓ 2 + 2 ⋅ Γ∆ ⋅ ΕΖ = Α∆ 2 + ΒΓ 2 + 2 ⋅ ΑΒ ⋅ Γ∆ .

3. Εφαρμόζοντας το θεώρημα οξείας γωνίας  στο τρίγωνο Α Β Γ έχουμε ότι: β2 = α 2 + γ 2 − 2γ ⋅ ΒΓ′



Γ

Α Γ'

γ 2 = α 2 + β2 − 2β ⋅ ΓΒ′. Προσθέτοντας κατά μέλη προκύπτει το ζητούμενο.

4. Στο τρίγωνο Β Γ ∆ είναι Γˆ > 90, οπότε:

Γ

Β

B'

B

Γ

B

ΒΓ= Γ∆

Β∆ 2 = ΒΓ 2 + Γ∆ 2 + 2Γ∆ ⋅ ΑΓ ⇔ ⇔ Β∆ 2 = 2ΒΓ 2 + 2ΒΓ ⋅ ΑΓ ⇔ ΒΓ= Γ∆

⇔ Β∆ 2 = 2ΒΓ(ΒΓ + ΑΓ) ⇔

Α

Γ

Δ

⇔ Β∆ 2 = 2ΒΓ ⋅ Α∆.

| 41 |

22-0017-02.indd 133

6/2/2014 3:23:25 µµ

9.4 A



5. Στο τρίγωνο Β Ε Γ είναι Γˆ < 90, οπότε: ΒΕ 2 = ΕΓ 2 + ΒΓ 2 − 2ΒΓ ⋅ ΖΓ ⇔ ⇔ ( 2 ) (1) Φέρουμε ∆Η ⊥ ΒΓ. 

Δ



Τότε τα τρίγωνα ∆ Β Η και Ε Ζ Γ ˆ = Γˆ , ∆Η = ΕΖ ), ˆ =Η ˆ = 90, Β είναι ίσα ( Ζ οπότε ΒΗ = ΖΓ. Άρα ΒΓ − 2ΖΓ = ΒΓ − ΖΓ − ΒΗ = ΗΖ = ∆Ε (2)

Β

Ε

Η

Ζ

Γ

Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι ΒΕ 2 = ΕΓ 2 + ΒΓ ⋅ ∆Ε. Α

Σχόλιο: 30 Το ΒΔΕΓ είναι ισοσκελές τραπέζιο. Φέρνοντας δύο κατάλληλα ύψη δημιουργούνται ίσα τρίγωνα.

0

A

6. Έστω ότι υπάρχει. Πρέπει

Δ

5α < 4β + 3γ ⇔ (5α) 2 < (4β + 3γ ) 2 ⇔ 25α 2 < 16β2 + 9 γ 2 + 24βγ

Γ (διότι α 2 = β2 + γ 2 ) ⇔ 9β2 + 16γ 2 − 24βγ < 0 ⇔ (3β − 4γΒ) 2 < 0 άτοπο.

Άρα δεν υπάρχει τρίγωνο με πλευρές 5α, 4β, 3γ. Σύνθετα Θέματα

Δ Β



Ε

Η

Ζ

Γ

1. Στο Α Β Γ φέρνουμε το ύψος ΒΔ και εφαρμόζοντας το γενικευμένο πυθαγόρειο θεώρημα έχουμε:

α 2 =β2 + γ 2 − 2β ⋅ Α∆ ⇔ α 2 =β2 + β2 − 2β ⋅ Α∆ ⇔ ⇔ α 2 = 2β2 − 2β ⋅ Α∆ (1)

Α 300



ˆ =30 Στο ορθογώνιο τρίγωνο Α Β ∆ επειδή Α β είναι Β∆ = , οπότε 2 2

Δ

2

Β Γ 3β β 3 β (2) Α∆ 2 = β2 −   ⇔ Α∆ 2 = ⇔ Α∆ = 4 2 2 β 3 Από (1), (2) έχουμε: α 2 = 2β2 − 2β ⋅ ⇔ α 2 = β2 (2 − 3) ⇔ α = β 2 − 3 .

2

| 42 |

22-0017-02.indd 134

31/10/2013 5:54:22 μμ

9.5

 = Β∆  ⇔ ΑΓ = Β∆ (1).

2. Επειδή ΑΒ//ΓΔ είναι ΑΓ  ˆ < 90 Στο τρίγωνο Μ Α Γ είναι Α  < 180), οπότε: (αφού ΒΓ 2 ΜΓ = ΜΑ 2 + ΑΓ 2 − 2ΜΑ ⋅ ΑΕ (2). 

Όμοια στο τρίγωνο Μ Β ∆ έχουμε:

Γ

A

Δ

Μ

Ε

Β

Η

Μ∆ 2 = ΜΒ2 + Β∆ 2 − 2ΜΒ ⋅ ΒΗ (3). Το ΑΓΔΒ είναι ισοσκελές τραπέζιο, οπότε ΑΕ = ΒΗ (4). Προσθέτουμε κατά μέλη τις (2) και (3) και έχουμε: (1)

Α ⇔ ΜΓ 2 + Μ∆ 2 = ΜΑ 2 + ΜΒ2 + ΑΓ 2 + Β∆ 2 − 2ΜΑ ⋅ ΑΕ − 2ΜΒ ⋅ ΒΗ (4)

2

2

2

2

2

⇔ ΜΓ + Μ∆ = ΜΑ + ΜΒ + 2 ΑΓ − 2 ΑΕ(ΜΑ + ΜΒ) ⇔ ⇔ ΜΓ 2 + Μ∆ 2 = ΜΑ 2 + ΜΒ2 + 2( ΑΓ 2 − ΑΕ ⋅ ΑΒ) ⇔ Γ

Β

Δ Μ ⇔ ΜΓ 2 + Μ∆ 2 = ΜΑ 2 + ΜΒ2 διότι ΑΓ 2 = ΑΒ ⋅ ΑΕ  ˆ = 90 και ΓΕ ύψος του ορθογωνίου τριγώνου Α Γ Β . επειδή ΑΓΒ

3. Από την ισότητα α3 = β3 + γ 3 προκύπτει ότι α Γ> β και α > γ . Άρα Δη γωνία Α είναι η μεγαλύτερη γωνία του τριγώνου, οπότε αρκεί να αποδείξουμε ότι είναι οξεία.

A Β Μ 3 α >β Ε2 αβ2 > β3 Η 2 3 αβ + αγ > β + γ Έχουμε συνεπώς οπότε α>γ αγ 2 > γ 3 ˆ < 90 . ή α(β2 + γ 2 ) > α3 ή β2 + γ 2 > α 2 ή Α

Α

§ 9.5 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. i) Από το 1ο θεώρημα διαμέσων έχουμε: Β Δ Μ α2 β2 + γ 2 = 2µα2 + ⇔ 2β2 + 2 γ 2 = 4µα2 + α 2 ⇔ 2 49 2 2 ⇔ α = 2β + 2 γ 2 − 4µα2 ⇔ α 2 = 2 ⋅ 49 + 2 ⋅ 36 − 4 ⇔ 4 2 ⇔ α= 121 ⇔ = α 11.

Γ

| 43 |

22-0017-02.indd 135

6/2/2014 3:25:06 µµ

9.5

ii) Έστω ΜΔ η προβολή της διαμέσου μα στη ΒΓ. Από το 2ο θεώρημα διαμέσων έχουμε: β2 − γ 2 49 − 36 13 . β2 − γ 2 = 2α ⋅ Μ∆ ⇔ Μ∆ = ⇔ Μ∆ = = 22 22 2α 2. = Είναι µα2 + βγ Αρκεί

2β2 + 2 γ 2 − α 2 2(β + γ )2 − α 2 = + βγ .

4 4

2(β + γ )2 − α 2 α 2 > ή (β + γ )2 > α 2 ή β + γ > α, που ισχύει.

4 4 

3. Από το θεώρημα διαμέσων στο τρίγωνο Μ Γ ∆

Γ∆ ή 2 2 R 5 =2R 2 + ⇔ 10 =5R 2 ⇔ R 2 =2 ⇔ R = 2 .

2

έχουμε: ΜΓ 2 + Μ∆ 2 = 2ΜΟ 2 +

Μ

2

Α

Γ

Ο

Δ

B

4. i) Από τους τύπους των διαμέσων έχουμε:

2β2 + 2 γ 2 − α 2 2α 2 + 2γ 2 − β2 + 4 4 2 2 2 3α + 3β + 3γ 3 = = ( α 2 + β 2 + γ 2 ).

4 4 2 ii) Επειδή Θ βαρύκεντρο είναι: ΘΑ= µα , ΘΒ= 3 Άρα από το (i) ερώτημα προκύπτει ότι: = µα2 + µβ2 + µ 2γ

2

2

2α 2 + 2β2 − γ 2 + = 4 2 2 µβ, ΘΓ= µγ .

3 3 2

4 2 2  2  2  2 (µα + µβ2 + µ 2γ= ) ΘΑ 2 + ΘΒ2 + ΘΓ=  µα  +  µβ  +  µ γ = 9 3  3  3  4 3 2 1 = ⋅ (α + β2 + γ 2 )= (α 2 + β2 + γ 2 ) .

9 4 3

Σχόλιο:

ˆ =90 ) τότε β2 + γ 2 = α 2, οπότε Αν το τρίγωνο είναι ορθογώνιο ( Α 3 2 µα2 + µβ2 + µ 2γ = α.

2

| 44 |

22-0017-02.indd 136

13/3/2014 11:36:36 πµ

9.5

Αποδεικτικές Ασκήσεις 

ˆ < 90), οπότε από το 1. Στο τρίγωνο Α Β Γ (Α γενικευμένο πυθαγόρειο θεώρημα είναι:

α 2 = β2 + γ 2 − 2β ⋅ Α∆  Α  2 2 2  ⇔ α = β + γ − βγ (1) 60 γ Αλλά Α∆ =  2 

Δ

0



Στο τρίγωνο Α Β Γ (AM διάμεσος) α2 ⇔ β2 + γ 2 = 2µα2 + ⇔ 2β2 + 2γ 2 = 2 2 α

2

(1)

2

2

2 α

2

B

Μ

Γ

2

= 4µ + α ⇔ 2β + 2γ = 4µ + β + γ − βγ ⇔ ⇔ 4µα2 = β2 + γ 2 + βγ ⇔ µα2 =

25 + 9 + 15 49 7 ⇔ µα2 = ⇔ µα2 = .

4 4 2 

2. Αν Μ είναι το μέσο της ΒΓ, τότε από το τρίγωνο ∆ Β Γ (ΔΜ διάμεσος) είναι: Α ∆Γ 2 − ∆Β2 = 2ΒΓ ⋅ ΕΜ (1) Επειδή ΔΕ//ΑΜ (αφού ΑΜ ⊥ ΒΓ ) Δ

ΕΜ ΒΜ ΕΜ ΒΓ = ⇔ = ⇔ Α∆ ΑΒ Α∆ 2ΑΒ ΒΓ ⋅ Α∆ (2) ⇔ ΕΜ = 2ΑΒ ΒΓ 2 ⋅ Α∆ B Από (1), (2) έχουμε: ∆Γ 2 − ∆Β2 = . ΑΒ είναι:

E

Μ

Γ



3. i) Φέρνουμε τις διαγωνίους ΑΓ, ΒΔ. Στο τρίγωνο Μ Α Γ (ΜΟ διάμεσος): ΑΓ 2 Α B ΜΑ 2 + ΜΓ 2 = 2ΜΟ 2 + (1) 2 Αλλά ΑΓ = Β∆ (3) O

Από (1), (2), (3) έχουμε:

ΜΑ 2 + ΜΓ 2 = ΜΒ2 + Μ∆ 2.

Δ

ii) Από i) έχουμε:

Γ

ΜΑ 2 + ΜΓ 2 = ΜΒ2 + Μ∆ 2 ⇔ 1 + 3 = 2 + Μ∆ 2 ⇔ ⇔ Μ∆ = 2 .

Μ

| 45 |

22-0017-02.indd 137

26/2/2015 1:55:19 µµ

9.5

Άρα, αφού ΜΒ = Μ∆ = 2 , το Μ θα βρίσκεται στη μεσοκάθετο του ΒΔ, δηλαδή στην ΑΓ. Επομένως από το πυθαγόρειο θεώρημα στο  τρίγωνο Α Β Γ είναι: 2

2

Δ

3 α

α

2

α + α = ΑΓ ⇔

(

⇔ 2α 2 = 1 + 3 ⇔= α

Γ

α

)

2

2

1 Μ

⇔ 2α 2 = 4 + 2 3 ⇔

α

Α

2 + 3.

Β Β



Α 4. Από το 1o θεώρημα διαμέσων στο τρίγωνο Α Β Γ 2 ΑΓ έχουμε: ΑΒ2 + ΒΓ 2 = 2ΒΜ 2 + (1). Ν 2  Όμοια στο τρίγωνο Α ∆ Γ έχουμε: ΑΓ 2 Δ Γ∆ 2 + ∆Α 2 = 2∆Μ 2 + (2).

2 Με πρόσθεση κατά μέλη των (1) και (2) προκύπτει ότι: ΑΒ2 + ΒΓ 2 + Γ∆ 2 + ∆Α 2= 2(ΒΜ 2 + ∆Μ 2 ) + ΑΓ 2 (3).

M

Γ



Αλλά στο τρίγωνο Β Μ ∆ η ΜΝ είναι διάμεσος, οπότε:

Β∆ 2 (4).

2 Από τις (3) και (4) προκύπτει ότι: ΒΜ 2 + ∆Μ 2 = 2ΜΝ 2 +

ΑΒ2 + ΒΓ 2 + Γ∆ 2 + ∆Α 2 = ΑΓ 2 + Β∆ 2 + 4ΜΝ 2 Σχόλιο: Αν το ΑΒΓΔ είναι παραλληλόγραμμο τα Μ και Ν ταυτίζονται. Άρα ΑΒ2 + ΒΓ 2 + Γ∆ 2 + ∆Α 2 = ΑΓ 2 + Β∆,2 δηλαδή «το άθροισμα των τετραγώνων των τεσσάρων πλευρών του ισούται με το άθροισμα των τετραγώνων των διαγωνίων». 

5. Φέρουμε τη διάμεσο AM στο τρίγωνο Α ∆ Ε . Επειδή Β∆ = ΕΓ η AM θα είναι διάμεσος και στο ορθογώνιο  τρίγωνο Α Β Γ . ΒΓ Άρα ΑΜ = (1).

2 ΒΓ Από την υπόθεση έχουμε ότι Β∆ = ∆Ε = ΕΓ = (2).

3 ΒΕ 2 (1) ⇔ Επομένως: Α∆ 2 + ΑΕ 2 = 2ΑΜ 2 + 2 (2)

Β Δ Μ Ε Α

Γ

| 46 |

22-0017-02.indd 138

6/2/2014 3:28:28 µµ

9.5 2

 ΒΓ  2   ΒΓ ΒΓ 2 ΒΓ 2 5   3   + = + = ΒΓ 2 . ⇔ Α∆ 2 + ΑΕ 2 = 2   2 2 18 9  2  6. Από το 1ο θεώρημα διαμέσων έχουμε:

β2 + γ 2 = 2µα2 +

α2 α2 ⇔ 2αµα = 2µα2 + ⇔ 4αµα = 4µα2 + α 2 ⇔ 2 2

⇔ α 2 − 4αµ α + 4µ α2 = 0 ⇔ (2µ α − α) 2 = 0 ⇔ 2µ α − α = 0 ⇔ ⇔ µ α=

α ˆ= 90. ⇔Α 2

Σύνθετα Θέματα 1. Έστω το τραπέζιο με βάσεις ΑΒ = 8, Γ∆ = 6 και μη παράλληλες πλευρές Α∆ = 5 και ΒΓ = 6 . Αν Ε και Ζ τα μέσα των ΓΔ και ΑΒ αντίστοιχα πρέπει να υπολογίσουμε το μήκος ΕΖ. Φέρουμε ΕΗ//ΑΔ και ΕΚ//ΒΓ, όπως στο σχήμα.

Δ

3

5

Ε

5

3

6

6

11 Η Ζ Κ

Τότε ΕΗ = 5, ΕΚ = 6 , Α 3 ΗΚ = ΑΒ − ΑΗ − ΚΒ = 2 και ΕΖ διάμεσος του τριγώνου ΕΗΚ. Επομένως από τους τύπους των διαμέσων προκύπτει ότι:

Γ

3

Β

2ΕΗ 2 + 2ΕΚ 2 − ΗΚ 2 2 ⋅ 25 + 2 ⋅ 36 − 4 = = 4 4 118 = = 29,5 ⇔ ΕΑ ≈ 5, 45.

4 Άρα το μήκος του δρόμου είναι 5,45Km και η διάνοιξη κοστίζει 2725 ευρώ. ΕΖ 2 =

2. Έστω Ο το μέσο της ΜΝ, τότε έχουμε ότι:

ΑΓ 2 2 2 ΑΒ ΟΑ 2 + ΟΒ2 = 2ΟΜ 2 + 2 και αφαιρώντας κατά μέλη έχουμε ότι:

Α

ΟΑ 2 + ΟΓ 2 = 2ΟΝ 2 +

ΟΓ 2 − ΟΒ2 =

2

Μ Β

Ο

Ν Γ

2

ΑΓ − ΑΒ .

2

| 47 |

22-0017-02.indd 139

1/11/2013 5:24:11 μμ

9.5

3. Είναι: ΜΑ 2 + ΜΒ 2 = 2MO 2 +

ΜΓ 2 + Μ∆ 2 = 2ΜΟ 2 + Επομένως ισχύει ότι:

ΑΒ2 4α 2 = 2α 2 + = 4α 2 .

2 2

Γ∆ 2 2α 2 20α 2 . = 2α 2 + = 2 9 9 Μ

ΜΑ 2 + ΜΒ2 + ΜΓ 2 + Μ∆ 2 =

56α 2 .

9

Α

Γ α

Δ α

Ο

Β



4. Στο τρίγωνο Μ Α Γ (ΜΟ διάμεσος):

ΑΓ 2 (1) 2  Στο τρίγωνο Μ Β Γ (ΜΟ διάμεσος): ΜΑ 2 + ΜΓ 2 = 2ΜΟ 2 +

Μ

Α

ΒΓ 2 (2) 2 Από (1), (2) και υπόθεση με πρόσθεση

Δ

ΜΒ2 + ΜΓ 2 = 2ΜΟ 2 +

Ο Β Γ

ΑΓ 2 + Β∆ 2 (3) 2  Αλλά στο τρίγωνο Α Ο Β έχουμε ΑΒ2 = ΑΟ 2 + ΟΒ2 (γιατί;) κατά μέλη έχουμε: 18α 2= 4(λα)2 +

ΑΓ 2 Β∆ 2 ΑΓ 2 + Β∆ 2 2 + ⇔ 2α= (4) 4 4 2 Από (3), (4) είναι: 18α 2 = 4λ 2 α 2 + 2α 2 ⇔ 16α 2 = 4α 2 λ 2 ⇔ λ 2 = 4 ⇔ λ = 2.

2 ⇔ α=

5. Εφαρμόζοντας το θεώρημα των διαμέσων έχουμε ότι:

ΑΓ 2 2 Β∆ 2 ΡΒ2 + Ρ∆ 2 = 2ΡΟ 2 + 2 και αφαιρώντας κατά μέλη έχουμε: (ΡΑ 2 − ΡΒ2 ) + (ΡΓ 2 − Ρ∆ 2 ) = ΡΑ 2 + ΡΓ 2 = 2ΡΟ 2 +

Α

Β

ΑΓ 2 Β∆ 2 3α 2 α 2 = − = − = α 2.

2 2 2 2

( ΑΓ ⊥ Β∆ και ΑΓ = 2ΑΟ = α 3 )

Ο

Ρ

Δ

Γ

| 48 |

22-0017-02.indd 140

31/10/2013 5:54:27 μμ

9.7

§ 9.7 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Επειδή ΑΚ > 6 το Α είναι εξωτερικό σημείο του κύκλου. Άρα ΑΒ ⋅ ΑΓ = ΑΚ 2 − ρ2. Έστω AB = x τότε ΑΓ= x + 6, οπότε x(x + 6) = 142 − 62 ⇔ x 2 + 6x − 160 = 0 απ’ όπου προκύπτει ότι ΑΒ= x= 10.

Α 14 x Κ

6

Γ

2. Επειδή Μ, Ν μέσα είναι Ε μέσο ΑΔ Β∆ ∆Γ , ΝΕ = . και ΜΕ = 2 2 Οπότε από το θεώρημα τεμνόμενων χορδών είναι: Β Α∆ Α∆ Β∆ ∆Γ ΑΕ ⋅ Ε∆ = ΜΕ ⋅ ΕΝ ⇔ ⋅ = ⋅ ⇔ 2 2 2 2 2 ⇔ Α∆ = ∆Β ⋅ ∆Γ.

ΡΑ Ρ∆ , = ΡΒ ΡΓ οπότε ΡΑ 2 = Ρ∆ 2 ή ΡΑ = Ρ∆ και ΡΒ = ΡΓ .

3. Είναι ΡΑ ⋅ ΡΒ = ΡΓ ⋅ Ρ∆ και

Β

Α Μ

Ν

Ε Δ

Γ

Ρ

Α Β Γ

Δ

4. Έστω Ρ το σημείο τομής των ΓΔ και ΑΒ.

Α

Τότε είναι ΡΑ 2 = ΡΓ ⋅ Ρ∆ = ΡΒ2 ή ΡΑ = ΡΒ.

Ρ

Β

Γ

Δ (Κ1)

(Κ2)

| 49 |

22-0017-02.indd 141

31/10/2013 5:54:27 μμ

9.7

Αποδεικτικές Ασκήσεις 

1. i) Από το ορθογώνιο τρίγωνο Α Β Ε έχουμε: 2

5α 2 α ΒΕ = ΑΒ + ΑΕ = α +   = ⇔ 4 2 α 5 . ⇔ ΒΕ = 2 ii) Οι χορδές ΑΔ και ΒΖ τέμνονται στο Ε, 2

2

2

Β

2

οπότε ΒΕ ⋅ ΕΖ = ΑΕ ⋅ Ε∆ ⇔ ΕΖ = α α ⋅ α 5 ⇔ = ΕΖ 2 2 ⇔ = ΕΖ .

10 α 5 2 α 5 Επομένως 5ΕΖ = = ΒΕ.

2

Γ

ΑΕ ⋅ Ε∆ ⇔ ΒΕ

Α Ε Ζ



2. Στο τρίγωνο Α Β ∆ η ΑΕ είναι διχοτόμος, οπότε ΖΓ ΑΓ (2). = Ζ∆ Α∆ Με πολλαπλασιασμό κατά μέλη

Δ

ΕΒ ΑΒ (1). = Ε∆ Α∆

Α



Όμοια στο τρίγωνο Α Γ ∆ είναι

ΕΒ ⋅ ΖΓ ΑΒ ⋅ ΑΓ προκύπτει ότι . = Ε∆ ⋅ Ζ∆ Α∆ 2

Β Ε

Γ Ζ

Αλλά ΑΒ ⋅ ΑΓ = Α∆ 2 (τέμνουσα και εφαπτόμενη), ΕΒ ⋅ ΖΓ οπότε = 1 ⇔ ΕΒ ⋅ ΖΓ = Ε∆ ⋅ Ζ∆. Ε∆ ⋅ Ζ∆ 3. i) Οι χορδές ΑΕ και ΒΓ τέμνονται στο Μ, οπότε ΑΜ ⋅ ΜΕ = ΒΜ ⋅ ΜΓ =

Α

ΒΓ ΒΓ ⋅ ⇔ 2 2

ΒΓ 2 (1).

4 ii) Από το 1ο θεώρημα διαμέσων στο τρίγωνο

Δ

⇔ ΑΜ ⋅ ΜΕ =

ΒΓ 2 (1) ⇔ Α Β Γ έχουμε: ΑΒ + ΑΓ = 2ΑΜ + 2 

2

2

Β

Μ

Γ

2

Ε

| 50 |

22-0017-02.indd 142

1/11/2013 5:26:48 μμ

9.7

⇔ ΑΒ2 + ΑΓ 2 = 2ΑΜ 2 + 2ΑΜ ⋅ ΜΕ= = 2ΑΜ ( ΑΜ + ΜΕ)= 2ΑΜ ⋅ ΑΕ.

4. Φέρνουμε ΟΜ, οπότε ΟΜ ⊥ ΑΒ (γιατί;) άρα το τετράπλευρο ΓΝΗΜ είναι εγγράψιμο (γιατί), οπότε ΟΝ ⋅ ΟΓ = ΟΗ ⋅ ΟΜ (1).  Αλλά το Ο Α Μ είναι ορθογώνιο στο Α και ΑΗ ύψος, οπότε ΟΗ ⋅ ΟΜ = ΟΑ 2 (γιατί;)

Γ

Β Ν Ο

Μ (ε)

Η Α

(1)

⇔ ΟΝ ⋅ ΟΓ = R 2.

ˆ = 90, οπότε 5. Φέρνουμε ΒΗ. Είναι ΒΗΓ το τετράπλευρο ΒΔΜΗ είναι εγγράψιμο (γιατί;) Άρα ΓΜ ⋅ ΓΗ = Γ∆ ⋅ ΓΒ (1) Επειδή ΑΒΓ ορθογώνιο και ΑΔ ύψος, είναι: ΓΑ 2 = ΓΒ ⋅ Γ∆ (2) (γιατί;) Από (1), (2) έχουμε ΓΜ ⋅ ΓΗ = ΓΑ 2.

Α Η

Μ

Β

Γ

Δ

Σύνθετα Θέματα 1. Είναι ∆Β ⋅ ∆Γ = Α∆ ⋅ ∆Ε ⇔ Α∆ 2 = Α∆ ⋅ ∆Ε ⇔ Α∆ = ∆Ε (1) 



Τα τρίγωνα ∆ Ε Γ και Α Ε Γ είναι όμοια ∆Ε ΕΓ (γιατί;) οπότε: = ⇔ ∆Ε ⋅ ΑΕ = ΕΓ 2 ⇔ ΕΓ ΑΕ (1) ΑΕ ⇔ ⋅ ΑΕ = ΕΓ 2 ⇔ ΑΕ 2 = 2ΕΓ 2.

2

Α 1 2

Β

ω Δ ω

1

Γ

Ε

| 51 |

22-0017-02.indd 143

31/10/2013 5:54:28 μμ

9.7 

2. Στο τρίγωνο Α ΒΓ, AM διάμεσος, οπότε: α2 α2 3α 2 α 3 (1) ⇔ 2α 2 − = 2µα2 ⇔ = µα2 ⇔ µα = 2 2 4 2 ΑΔ, ΒΓ χορδές, άρα:ΑΜ ⋅ Μ∆ = ΒΜ ⋅ ΜΓ ⇔ Α α α ⋅ ΒΜ ⋅ ΜΓ (1) α 2 ⇔ Μ∆ = ⇔ Μ∆ = 2= ⇔ ΑΜ α 3 2 3 Κ 2 Γ Β Η Μ α 3 (2) ⇔ Μ∆ = 6 β2 + γ 2 = 2µα2 +

Δ

3 3β2 2 β ⇔ µ= ⇔ γ 2 4 ⇔ 2α 2 + 2β2 − γ 2 = 3β2 ⇔ β2 + γ 2 = 2α 2 (1)

Α

3. Είναι: µ= γ

Μ



Αν ΑΔ διάμεσος του τριγώνου Α Β Γ αρκεί να δείξουμε ότι ∆Μ ⋅ ∆Α = ∆Β2 (γιατί;)

B

Γ

Δ

Έχουμε:

1 1 1 2β2 + 2γ 2 − α 2 (1) 1 4α 2 − α 2 ∆Μ ⋅ ∆Α = µα ⋅ µα = µα2 = ⇔ = ∆Μ ⋅ ∆Α ⇔ 3 3 3 4 3 4 2

⇔ ∆Μ ⋅ ∆Α =

1 3α 2 α ⋅ ⇔ ∆Μ ⋅ ∆Α =   ⇔ ∆Μ ⋅ ∆Α = ∆Β2.

3 4 2 A

4. Είναι ΒΕ ⋅ ΒΑ = Β∆ ⋅ ΒΜ και ΓΖ ⋅ ΓΑ = ΓΜ ⋅ Γ∆ , οπότε διαιρώντας κατά μέλη έχουμε ότι:

Ζ

Ε

ΒΕ ΑΓ Β∆ = ⋅ =1 ΓΖ ΑΒ Γ∆

λόγω του Θεωρήματος των Διχοτόμων.

Β

Δ

Μ

Γ

| 52 |

22-0017-02.indd 144

31/10/2013 5:54:28 μμ

Γενικές Ασκήσεις

Γενικές Ασκήσεις 1. Έστω ΑΒ ⊥ Γ∆ και Κ το σημείο τομής των ΑΒ, ΓΔ. Τότε ΑΓ 2 = ΑΚ 2 + ΚΓ 2 , Α∆ 2 = ΑΚ 2 + Κ∆ 2 , οπότε ΑΓ 2 − Α∆ 2 = ΚΓ 2 − Κ∆ 2 (1). Όμοια ΒΓ2 – ΒΔ2 = ΚΓ2 – ΚΔ2 (2).

Α K

Γ

Από τις (1) και (2) προκύπτει Β ότι ΑΓ 2 − Α∆ 2 = ΒΓ 2 − Β∆ 2. Αντίστροφα: Έστω ότι ε Α ΑΓ 2 − Α∆ 2 = ΒΓ 2 − Β∆ 2 . Τότε ( ΑΓ + Α∆)( ΑΓ − Α∆) = (ΒΓ + Β∆ )(ΒΓ − Β∆ ) απ’ όπου προκύπτει ότι οι διαφορές ΑΓ − Α∆ Κ' Γ και ΒΓ − Β∆ είναι ομόσημες. Μ Κ Άρα τα σημεία Α, Β ανήκουν στο ίδιο ημιεπίπεδο ως προς την μεσοκάθετο (ε) του Β ΓΔ, οπότε οι προβολές τους Κ και Κ′ βρίσκονται προς το ίδιο μέρος του μέσου Μ του ΓΔ. Από το 2o θεώρημα διαμέσων προκύπτει ότι ΑΓ 2 − Α∆ 2 = 2Γ∆ ⋅ ΜΚ και ΒΓ 2 − Β∆ 2 = 2Γ∆ ⋅ ΜΚ ′. Επομένως 2Γ∆ ⋅ ΜΚ = 2Γ∆ ⋅ ΜΚ ′, δηλαδή ΜΚ = ΜΚ ′. Άρα Κ ≡ Κ ′, οπότε ΑΒ ⊥ Γ∆.

Δ

Δ

2. Έστω ότι η ΑΔ τέμνει τον κύκλο στο Ε. Οι χορδές ΑΕ και ΒΓ τέμνονται στο Δ, οπότε: Α∆ ⋅ ∆Ε = Β∆ ⋅ ∆Γ ⇔ Α∆( ΑΕ − Α∆) = Β∆ ⋅ ∆Γ ⇔ ⇔ Α∆ ⋅ ΑΕ − Α∆ 2 = Β∆ ⋅ ∆Γ ⇔ Α∆ ⋅ ΑΕ = Α∆ 2 + Β∆ ⋅ ∆Γ (1). 



Αλλά τα τρίγωνα Α Β ∆ και Α Ε Γ είναι ˆ =Α ˆ , Β ˆ = Εˆ ), οπότε: όμοια ( Α 1

Α

2

Α∆ ΑΒ = ⇔ Α∆ ⋅ ΑΕ = ΑΒ ⋅ ΑΓ (2). ΑΓ ΑΕ Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι ΑΒ ⋅ ΑΓ = Α∆ 2 + Β∆ ⋅ ∆Γ.

12

Β

Δ

Γ

Ε

| 53 |

22-0017-02.indd 145

4/11/2013 11:45:30 πμ

Γενικές Ασκήσεις

Σχόλιο: Από την παραπάνω σχέση μπορούμε να υπολογίσουμε τη διχοτόμο Α∆ = δ συναρτήσει των πλευρών α, β και γ του τριγώνου. Πράγματι είναι ∆Β =

αγ αβ α 2βγ , ∆Γ = , οπότε δ2 = βγ − . β+γ β+γ (β + γ ) 2

3. 1ος τρόπος: Υπολογίζουμε όλους τους όρους του συμπεράσματος συναρτήσει των πλευρών του τριγώνου.

2ΑΒ2 + 2ΑΓ 2 − ΒΓ 2 (1) 4 ΒΓ ΒΓ 2 2 ΒΜ = ⇔ ΒΜ = (2) 2 4

Α Δ

Έχουμε: ΑΜ 2 =

B

Γ

M

ˆ < 90 από το γενικευμένο Επειδή Α πυθαγόρειο θεώρημα προκύπτει ότι: ΑΒ2 + ΑΓ 2 − ΒΓ 2 (3) 2 (1) ( 2 ) 2ΑΒ2 + 2ΑΓ 2 − ΒΓ 2 Άρα ΑΜ 2 = ΒΜ 2 + Α∆ ⋅ ΑΓ ⇔ = ( 3) 4 ΒΓ 2 ΑΒ2 + ΑΓ 2 − ΒΓ 2 = + ⇔ 4 2 ΒΓ 2 = ΑΒ2 + ΑΓ 2 − 2ΑΓ ⋅ Α∆ ⇔ Α∆ ⋅ ΑΓ =

⇔

2ΑΒ2 + 2ΑΓ 2 − ΒΓ 2 2ΑΒ2 + 2ΑΓ 2 − ΒΓ 2 =, ισχύει.

4 4

ˆ = 90). Άρα 2ος τρόπος: Ο κύκλος διαμέτρου ΒΓ διέρχεται από το Δ (αφού Β∆Γ Α∆ ⋅ ΑΓ = ∆ (ΑΜ ,ΒΜ ) ⇔ Α∆ ⋅ ΑΓ = ΑΜ 2 − ΒΜ 2 ⇔ ΑΜ 2 = ΒΜ 2 + Α∆ ⋅ ΑΓ.

4. i) Αν η ΑΔ δεν είναι κάθετη στη ΒΓ, μπορούμε να υποθέσουμε ότι είναι ∆ˆ 1 < 90 και ∆ˆ 2 > 90. Από το γενικευμένο πυθαγόρειο

A



θεώρημα στο τρίγωνο Α ∆ Β προκύπτει ότι: ΑΒ2 = Α∆ 2 + Β∆ 2 − 2Β∆ ⋅ Κ∆ ⇔ Β Κ (πολλαπλασιάζουμε επί ΔΓ) ∆Γ ⋅ ΑΒ2 = ∆Γ ⋅ Α∆ 2 + ∆Γ ⋅ Β∆ 2 − 2Β∆ ⋅ ∆Γ ⋅ Κ∆ (1)

1

2 Δ

Γ



Όμοια από το τρίγωνο Α ∆ Γ έχουμε: ΑΓ 2 = Α∆ 2 + ∆Γ 2 + 2∆Γ ⋅ Κ∆ ⇔ (πολλαπλασιάζουμε επί ΒΔ) | 54 |

22-0017-02.indd 146

1/11/2013 5:29:43 μμ

Γενικές Ασκήσεις

Β∆ ⋅ ΑΓ 2 = Β∆ ⋅ Α∆ 2 + Β∆ ⋅ ∆Γ 2 + 2Β∆ ⋅ ∆Γ ⋅ Κ∆ (2) Με πρόσθεση κατά μέλη των (1) και (2) παίρνουμε: Β∆ ⋅ ΑΓ 2 + ∆Γ ⋅ ΑΒ2 = (Β∆ + ∆Γ) Α∆ 2 + Β∆ ⋅ ∆Γ(Β∆ + ∆Γ) ⇔ Β∆ ⋅ ΑΓ 2 + ∆Γ ⋅ ΑΒ2 = ΒΓ( Α∆ 2 + Β∆ ⋅ ∆Γ). Εύκολα αποδεικνύεται ότι η πρόταση ισχύει και όταν Α∆ ⊥ ΒΓ. ii) Αν ΑΒ = ΑΓ το Θ. Stewart γίνεται: (Β∆ + ∆Γ) ΑΒ2 = ΒΓ( Α∆ 2 + Β∆ ⋅ ∆Γ) ή ΑΒ2 = Α∆ 2 + Β∆ ⋅ ∆Γ.

5. i) Έστω ΑΜ = µα, ΒΕ = µβ, ΓΖ = µ γ και Θ το βαρύκεντρο. Από το 1o θεώρημα διαμέσων Α α2 2 2 2 έχουμε β + γ = 2µα + (1).

2 Πρέπει να υπολογίσουμε τη διάμεσο μα Ε Ζ συναρτήσει της πλευράς α. 

Θ Επειδή µβ ⊥ µ γ το τρίγωνο Β Θ Γ είναι ορθογώνιο στο Θ με διάμεσο ΘΜ. α 1 α Β Μ Γ Άρα ΘΜ= ⇔ µα= 2 3 2 3α (αφού Θ βαρύκεντρο) ⇔ µα = .

2 9α 2 α 2 + ⇔ β2 + γ 2 = 5α 2 . Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι β2 + γ 2 = 2 ⋅ 4 2 ˆ < 90 από το γενικευμένο ii) Επειδή Α Α πυθαγόρειο θεώρημα έχουμε: (i)

α 2 = β2 + γ 2 − 2β ⋅ ΑΚ ⇔ ⇔ α 2 = 5α 2 − 2ΑΓ ⋅ ΑΚ ⇔

Κ

⇔ 2ΑΓ ⋅ ΑΚ = 5α 2 − α 2 ⇔ ΑΓ ⋅ ΑΚ = 2α 2 . Επομένως αρκεί ΑΓ ⋅ ΑΚ = ΑΗ ⋅ Α∆ , Β που ισχύει γιατί το τετράπλευρο ΗΔΓΚ    ˆ ˆ είναι εγγράψιμο (∆ + Κ = 90 + 90= 180 ).

Η Γ

Δ

6. Γ ια να προκύψει το γινόμενο ΑΒ ⋅ Α∆ εφαρμόζουμε γενικευμένο πυθαγόρειο  Α θεώρημα στο τρίγωνο Α Β Μ . Έχουμε: ΒΜ 2 = ΑΜ 2 + ΑΒ2 − 2ΑΒ ⋅ Α∆ ⇔ 2  ΒΓ  2 2 ⇔  = ΑΜ + ΑΒ − 2 ΑΒ ⋅ Α∆ ⇔  2  Δ ⇔ ΒΓ 2 = 4ΑΜ 2 + 4ΑΒ2 − 8ΑΒ ⋅ Α∆ (1) 

Αλλά AM διάμεσος στο τρίγωνο Α Β Γ , | 55 |

22-0017-02.indd 147

Β

Μ

Γ

26/2/2015 2:05:52 µµ

Γενικές Ασκήσεις

οπότε: 4ΑΜ 2 = 2ΑΒ2 + 2ΑΓ 2 − ΒΓ 2 (2). Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι: ΒΓ 2 = 2ΑΒ2 + 2ΑΓ 2 − ΒΓ 2 + 4ΑΒ2 − 8ΑΒ ⋅ Α∆ ⇔ ⇔ 2ΒΓ 2 = 6 ΑΒ2 + 2 ΑΓ 2 − 8ΑΒ ⋅ Α∆ ⇔ ⇔ ΒΓ 2 = 3ΑΒ2 + ΑΓ 2 − 4 ΑΒ ⋅ Α∆.

7. Αν Μ το μέσο της ΒΓ έχουμε:

ΒΓ 2 (1).

2 Επειδή έχουμε κύκλο μετασχηματίζουμε τη σχέση (1) και παίρνουμε ΑΒ2 + ΑΓ 2 = 2ΑΜ 2 +

Μ

Β

Γ Α

Ο

ΑΒ2 + ΑΓ 2 = 2ΑΜ 2 + 2ΒΜ 2 = = 2ΑΜ 2 + 2ΒΜ ⋅ ΜΓ= 2ΑΜ 2 + 2(R 2 − ΟΜ 2 )=

ˆ = 90). = 2( ΑΜ 2 − ΟΜ 2 ) + 2R 2 = 2ΟΑ 2 + 2R 2 (γιατί ΜΟΑ Άρα ΑΒ2 + ΑΓ 2 = 4R 2 , δηλαδή το άθροισμα ΑΒ2 + ΑΓ 2 είναι σταθερό. 

8. Αρκεί να αποδείξουμε ότι στο τρίγωνο Ε ∆ Η ισχύει το πυθαγόρειο θεώρημα, δηλαδή

13R .

4 Από το 1o θεώρημα διαμέσων στα τρίγωνα ∆Ε 2 + ∆Η 2 = ΕΗ 2 ⇔ ∆Ε 2 + ∆Η 2 = 

Ε

2



Α

Γ

Ε Γ ∆ και ∆ Η Γ έχουμε: ∆Ε 2 + ΕΓ 2 = 2ΟΕ 2 +

Γ∆ 2 R2 = 2R 2 + (1) 2 2

και ∆H 2 + HΓ 2 = 2ΟH 2 +

Ο

Δ

Β

Η

R2 Γ∆ 2 = 2R 2 + (2).

2 2

Από τις (1) και (2) με πρόσθεση κατά μέλη παίρνουμε: 2 ∆Ε 2 + ∆Η = 5R 2 − (ΕΓ 2 + ΗΓ 2 ) (3).

Αλλά ΕΗ = ΕΓ + ΓΗ , οπότε ΕΗ 2 = ΕΓ 2 + ΓΗ 2 + 2ΕΓ ⋅ ΓΗ ⇔

| 56 |

22-0017-02.indd 148

4/11/2013 11:47:09 πμ

Γενικές Ασκήσεις

⇔ ΕΓ 2 + ΓΗ 2 = ΕΗ 2 − 2ΑΓ ⋅ ΓΒ (αφού ΕΓ ⋅ ΓΗ = ΑΓ ⋅ ΓΒ) ⇔ ⇔ ΕΓ 2 + = ΓΗ 2

13R 2 R 3R 7R 2 (4). −2 ⇔ ΕΓ 2 + = ΓΗ 2 4 2 2 4

Από (3) και (4) προκύπτει ότι ∆Ε 2 + ∆Η 2 =

ˆ = 90 . Άρα Ε∆Η

13R 2 .

4

| 57 |

22-0017-02.indd 149

31/10/2013 5:54:31 μμ

22-0017-02.indd 150

31/10/2013 5:54:31 μμ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ

10

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΥΠΟΔΕΙΞΕΙΣ

• Αν γνωρίζουμε το εμβαδόν ενός σχήματος το χρησιμοποιούμε για να υπολογίσουμε κάποια στοιχεία του (ύψος, βάση κ.λπ.). (Ασκήσεις: § 10.3 Εμπέδωσης 3 - § 10.4 Εμπέδωσης 2, 4).

• Η διάμεσος του τριγώνου το χωρίζει σε δύο ισοδύναμα τρίγωνα (εφαρμογή 3 § 10.3). (Ασκήσεις: § 10.4 Αποδεικτικές 2, 3 - Σύνθετα 2).

• Τρίγωνα που έχουν κοινή βάση και η άλλη κορυφή τους βρίσκεται σε ευθεία παράλληλη προς τη βάση είναι ισοδύναμα (εφαρμογή 1 § 10.5). (Ασκήσεις: § 10.5 Σύνθετα 1 - Γενικές 1).

• Αν προεκτείνουμε τις πλευρές τριγώνου σχηματίζονται τρίγωνα που έχουν γωνίες παραπληρωματικές (ή ίσες). Όμοια αν από εσωτερικό σημείο τριγώνου φέρουμε κάθετες στις πλευρές του. (Ασκήσεις: § 10.5 Εμπέδωσης 3).

• Όταν έχουμε σχέση της μορφής Ε1 ⋅ Ε 2 = Ε3 ⋅ Ε 4 συνήθως την μετασχηματίζουμε σε λόγο εμβαδών

.

(Ασκήσεις: § 10.5 Σύνθετα 3 - Γενικές 4).

22-0017-02.indd 151

1/11/2013 5:30:51 μμ

10.1-10.3

§ 10.1-10.3 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Έστω τετράγωνο ΑΒΓΔ πλευράς α =4. Είναι φανερό ότι ( ΑΒΓ∆) = α 2 = 16 τ.µ.,

Β Ι

Γ

Ζ

α 2 3 16 3 = = 4 3.

4 4 Φέρνουμε ΖΙ ⊥ ΑΒ και ΖΗ ⊥ Α∆ Α∆ = 2, τότε: ΖΙ = ΑΗ = 2 1 1 οπότε ( ΑΒΖ) = ΑΒ ⋅ ΖΙ = 4 ⋅ 2 = 4 τ.µ. Δ Α Η 2 2   Τα τρίγωνα Α Β Ζ και ∆ Γ Ζ είναι ίσα, οπότε και ισεμβαδικά και επομένως: (∆ΑΖ) =

(ΒΓΖ) = ( ΑΒΓ∆) − 2( ΑΒΖ) − ( Α∆Ζ) = 16 − 2 ⋅ 4 = 4 3 = 8 − 4 3.

2. Έχουμε:

Β 1 1 ΑΜ ⋅ ΑΒ + Μ∆ ⋅ ∆Γ = 2 2 1 1 1 = ( ΑΜ + Μ∆) ΑΒ = Α∆ ⋅ ΑΒ = 10 ⋅ 10 = 50, 2 2 2 άρα το άθροισμα ( ΑΜΒ) + (∆ΜΓ) είναι Γ: 50 τ.μ.

Γ

( ΑΜΒ) + (∆ΜΓ) =

Α

Δ

Μ

ˆ =60 και Εˆ =90 θα είναι Β ˆ =30 , οπότε ΑΕ = ΑΒ = 3. Από το 3. α) Επειδή Α 1 2  ορθογώνιο τρίγωνο Α Ε Β με εφαρμογή Πυθαγορείου θεωρήματος έχουμε: υβ2 = ΑΒ2 − ΑΕ 2 = 36 − 9 = 27 ⇔ υβ = 3 3 µ.µ.

1 β) Έχουμε ( ΑΒΓ) = ΑΓ ⋅ ΒΕ = 2 1 6 = 8 ⋅ 3 3 = 12 3 τ.µ.

2 1 − ΑΕ = 8 − 3 = 5 γ) Είναι ΕΓ = ΑΓ  και από το Ε Β Γ βρίσκουμε Β

Α

60

O

Ε υβ

8 Γ

ΒΓ 2 = ΒΕ 2 + ΕΓ 2 = (3 3 )2 + 52 = 52 ⇔ ΒΓ = 2 13 µ.µ. Αλλά 1 1 12 3 12 39 ( ΑΒΓ) = ΒΓ ⋅ υα ⇔ 12 3 = 2 13 ⋅ υα ⇔ υα = = µ.µ.

2 3 13 13

| 60 |

22-0017-02.indd 152

31/10/2013 5:54:34 μμ

10.1-10.3

4. Έστω α, β οι διαστάσεις του ορθογωνίου, τότε έχουμε 2α + 2β = 14 ⇔ α + β = 7 (1) και α 2 + β2 = 25 (2) Υψώνοντας την (1) στο τετράγωνο και αξιοποιώντας την (2) έχουμε:

Β

Γ 5

β

α 2 + β2 + 2αβ = 49 ⇔ ⇔ 25 + 2αβ = 49 ⇔ αβ = 12,

Α

Δ

α

δηλαδή το εμβαδόν του ορθογωνίου ΑΒΓΔ είναι 12 τ.μ.

5. α) Έχουμε ( ΑΒΓ∆) = ΒΓ ⋅ ΑΗ = 10 ⋅ 5 = 50 τ.µ.

Α

Ε

Δ

β) Επειδή Α∆ = ΒΓ και ΑΕ = ΖΓ προκύπτει υ υ Ε∆ = ΒΓ, οπότε τα τραπέζια ΑΕΖΒ και ΕΖΓΔ έχουν ίσες βάσεις μία προς μία, δηλαδή Ζ Γ Β ΑΕ = ΖΓ και ΒΖ = Ε∆ και ίσα ύψη υ, οπότε: 1 1 ( ΑΕΖΘ= ) ( ΑΕ + ΒΖ) ⋅ = υ ( ΖΓ + Ε∆) ⋅ = υ (ΕΖΓ∆) 2 2 δηλαδή έχουν ίσα εμβαδά. Τα τραπέζια αυτά δεν έχουν κοινά εσωτερικά σημεία, οπότε: ( ΑΕΖΒ) + (ΕΖΓ∆) = ( ΑΒΓ∆) ⇔ 2( ΑΕΖΒ) = ( ΑΒΓ∆) = 50 , άρα ( ΑΕΖΒ) = (ΕΖΓ∆) = 25 τ.µ.

15

Α

6. Από το Δ φέρνουμε κάθετη ΔΗ προς την ΒΓ. Τότε το ΑΒΗΔ είναι ορθογώνιο, οπότε ΒΗ = 15 και επομένως ΗΓ = ΒΓ − ΒΗ = 5 m .

Ι

Δ

12

3m

Από το ορθογώνιο τρίγωνο  ˆ =90) παίρνουμε: ΗΓ∆ (Η

Β

20

Η Θ

Γ

∆Γ 2 = ∆Η 2 + ΗΓ 2 = 122 + 52 = 132 ⇔ ∆Γ = 13, οπότε το εμβαδόν της λωρίδας ΘΓΔΙ που αποκόπτει ο δρόμος είναι (ΘΓ∆Ι= ) 13 ⋅ 3= 39 τ.µ. Το εμβαδόν του αρχικού οικοπέδου είναι: 1 1 ( ΑΒΓ∆= ) ( Α∆ + ΒΓ) ⋅ = (15 + 20) ⋅ 12 υ = 210 τ.µ., oπότε το εμβαδόν του 2 2 οικοπέδου ΑΒΘΙ που απομένει είναι ( ΑΒΘΙ = ) 210 − = 39 171 τ.µ. Δ

Α

Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Φέρνουμε τα ύψη ΑΗ, ΔΖ των τριγώνων ΣΑΓ, ΣΒΔ που αντιστοιχούν στις πλευρές ΣΓ, ΣΒ αντίστοιχα. Τα ύψη αυτά, ως αποστάσεις των παραλλήλων ΑΔ και

Β

H

Σ

Γ

Ζ

| 61 |

22-0017-02.indd 153

1/11/2013 5:32:42 μμ

10.1-10.3

ΒΓ, είναι ίσα, δηλαδή ΑΗ = ∆Ζ, οπότε έχουμε: 1 1 1 (ΣΑΓ) + (ΣΒ∆) = ΣΓ ⋅ ΑΗ + ΣΒ ⋅ ∆Ζ = (ΣΓ + ΣΒ) ΑΗ = 2 2 2 1 = ΒΓ ⋅ ΑΗ = ( ΑΒΓ), άρα (ΣΑΓ) + (ΣΒ∆ ) = ( ΑΒΓ) .

2 



2. α) Τα τρίγωνα Α Β Ε και Β Ε Γ έχουν κοινό το ύψος ΒΖ από την κορυφή Β και ίσες βάσεις ΑΕ και ΕΓ (αφού Ε μέσο της ΑΓ).

1 1 ΑΕ ⋅ ΒΖ = ΕΓ ⋅ ΒΖ = (ΒΕΓ) .

2 2 1 ) ( ΑΒΓ) (1) β) Από το α) έχουμε (ΒΕΓ= 2 1 ) ( ΑΒΓ) (2). Όμοια ( ΑΒ∆= 2 Επομένως ( ΑΒΕ) =

A Ζ Ε Θ

Από (1) και (2) προκύπτει: Β Δ ( ΑΒ∆) = (ΒΕΓ) ⇔ ( ΑΒΘ) + (ΒΘ∆) = = (ΒΘ∆) + (∆ΓΕΘ) ⇔ ( ΑΒΘ) = (∆ΓΕΘ).

1 Επίσης ( Α∆Γ) = ( ΑΒΓ) = (ΒΕΓ) ⇔ ( Α∆Γ) = (ΒΕΓ) ⇔

Γ

.

3. i) Επειδή ΑΔ διάμεσος του τριγώνου Α ΒΓ A έχουμε ( ΑΒ∆) = ( ΑΓ∆). Όμοια, αφού  ΣΔ διάμεσος του τριγώνου Σ Β Γ έχουμε: Z Ε (ΣΒ∆) = (ΣΓ∆). Σ Με αφαίρεση των δύο αυτών σχέσεων κατά μέλη βρίσκουμε ( ΑΒΣ) = ( ΑΓΣ). Θ ii) Τα τμήματα ΣΕ, ΣΖ είναι ύψη   των τριγώνων Α Σ Γ, Α Σ Β B Γ Δ αντίστοιχα, οπότε σύμφωνα με το i) έχουμε: 1 1 ( ΑΒΣ) = ( ΑΓΣ) ⇔ ΑΒ ⋅ ΣΖ = ΑΓ ⋅ ΣΕ ⇔ ΑΒ ⋅ ΣΖ = ΑΓ ⋅ ΣΕ .

2 2 Επίσης, από το i) για Σ ≡ Θ έχουμε ( ΑΒΘ) = ( ΑΓΘ) (1).  Πάλι από το i), αφού Θ σημείο της διαμέσου ΒΚ του τριγώνου Α Β Γ έχουμε ( ΑΒΘ) = (ΒΘΓ) (2). Από τις (1) και (2) προκύπτει ( ΑΒΘ) = ( ΑΓΘ) = (ΒΓΘ) και επειδή ( ΑΒΘ) + ( ΑΓΘ) + (ΒΓΘ) = ( ΑΒΓ) προκύπτει τελικά ότι 1 ( ΑΒΘ) = ( ΑΓΘ) = (ΒΓΘ) = ( ΑΒΓ), που είναι και το ζητούμενο.

3 | 62 |

22-0017-02.indd 154

1/11/2013 5:34:03 μμ

10.1-10.3

4. Από το Μ φέρνουμε παράλληλη προς τη ΔΓ που τέμνει την προέκταση της ΔΑ στο Ε και τη ΒΓ στο Ζ.   Τα τρίγωνα Ε Α Μ και Ζ Β Μ έχουν:

Ε

1 1 Μ 2

ˆ =Βˆ , ˆ =Μ ˆ και Α ΑΜ = ΒΜ , Μ 1 2 1 1

Δ

Α

υ

1 επομένως είναι ίσα, άρα και ισεμβαδικά. Ζ Β Έχουμε: ( ΑΒΓ∆) = ( ΑΜΖΓ∆) + (ΒΜΖ) = 1 = ( ΑΜΖΓ∆) + ( ΑΜΕ) = (ΕΖΓ∆) = ∆Γ ⋅ υ = 2 ∆Γ ⋅ υ = 2(ΜΓ∆) , 2 δηλαδή ( ΑΒΓ∆)= 2(ΜΓ∆) .

Γ

Ν

5. Από το Μ φέρνουμε παράλληλη προς τη ΔΓ που τέμνει την προέκταση Ε Α Δ της ΔΑ στο Ε και τη ΒΓ στο Ζ.

1   Τα τρίγωνα Ε Α Μ και Ζ Β Μ 1 ˆ =Μ ˆ έχουν ΑΜ = ΜΒ, Μ υ M 1 2 2 ˆ =Βˆ , επομένως είναι ίσα, και Α 1 1 1 άρα και ισεμβαδικά, Z B δηλαδή (ΕΑΜ ) = ( ΖΒΜ ) . Με τη βοήθεια αυτού προκύπτει ότι το τραπέζιο ΑΒΓΔ είναι ισεμβαδικό με το παραλληλόγραμμο ΕΖΓΔ και επειδή (ΕΖΓ∆) = ∆Γ ⋅ ΜΝ προκύπτει ( ΑΒΓ∆) = ∆Γ ⋅ ΜΝ.

Γ



6. i) Φέρνουμε ΕΗ ⊥ ΑΘ . Στο τρίγωνο Α Ε Θ ˆ είναι οξεία, επομένως έχουμε: η γωνία ΕΑΘ ΕΘ 2 = ΑΕ 2 + ΑΘ2 − 2 ΑΘ ⋅ ΑΗ (1)  Ε Αλλά το τρίγωνο Η Α Ε είναι  ˆ 1 ορθογώνιο με Ε1 =30 ,

= οπότε: ΑΗ

ΑΕ 1 = 2 2

Κ

Θ Ζ

60 1 Α 1 120 1

Δ

O

B

και η (1) γίνεται:

1 ΕΘ 2= 12 + 22 − 2 ⋅ 2 ⋅ = 3 ⇔ ΕΘ= 2 ii) Στο i) βρήκαμε ότι

Η

O

2 Γ

3.

ˆ ΕΘ = 3 ⇔ ΕΘ 2 = 3 = 4 − 1 = ΑΘ 2 − ΑΕ 2 ⇔ ΕΘ2 + ΑΕ 2 = ΑΘ2 ⇔ ΕΑΘ ˆ = 1 και επειδή και ∆ΕΑ ˆ = 1∟ ορθογώνιο στο Ε, δηλαδή ΑΕΘ συμπεραίνουμε ότι τα Δ, Ε, Θ είναι συνευθειακά.

| 63 |

22-0017-02.indd 155

1/11/2013 5:35:17 μμ

10.1-10.3

iii) Είναι (ΒΓΖΘΕ∆ ) = ( ΑΒΓ) + ( ΑΓΖΘ) + (ΕΘΑ) + ( ΑΒ∆Ε) (2).  Φέρνουμε το ύψος ΒΚ του τριγώνου Α Β Γ. ΑΒ 1 ˆ =60, οπότε Βˆ =30 και επομένως ΑΚ = = . Τότε Α 1 1 2 2  Από το ορθογώνιο τρίγωνο Κ Α Β ( Κ = 1 ) 1 3 3 έχουμε ΒΚ 2 = ΑΒ2 − ΑΚ 2 = 1 − = ⇔ ΒΚ = , 4 4 2 1 1 3 3 οπότε ( ΑΒΓ)= ΑΓ ⋅ ΒΚ= τ.µ. (3).

2 = 2 2 2 2 Εξάλλου ( ΑΓΖΘ)= 4 τ.µ. και ( ΑΒ∆Ε)= 1 τ.µ. (4).

ˆ =1 , Τέλος στο ερώτημα i) είδαμε ότι ΕΘ = 3 και στο ii) ότι ΑΕΘ 1 3 οπότε (ΕΑΘ)= (5). ΑΕ ⋅ ΕΘ= 2 2 Αντικαθιστώντας τις (3), (4) και (5) στην (2) βρίσκουμε (ΒΓΖΘΕ∆)=

3 3 +4+ + 1= 5 + 3.

2 2

7. Έχουμε ( ΑΒΓ∆) = ( ΑΒΓ) + ( ΑΓ∆) (1).

1 ΑΓ ⋅ ΒΜ (2). Αλλά ( ΑΒΓ)= 2  Από το ορθογώνιο τρίγωνο Μ Κ Β

A

Δ

M Κ ω ω Λ

ΒΜ ⇔ ΒΜ = ηµω ⋅ ΒΚ , ΒΚ Β οπότε η (2) γίνεται: 1 ( ΑΒΓ)= ΑΓ ⋅ ΒΚ ⋅ ηµω (3).

2 1 ΑΓ ⋅ ∆Κ ⋅ ηµω (4). Όμοια βρίσκουμε ότι ( ΑΓ∆)= 2 Η (1) με τη βοήθεια των (3) και (4) δίνει: 1 1 ( ΑΒΓ∆)= ΑΓ ⋅ (ΒΚ + ∆Κ )ηµω= ΑΓ ⋅ Β∆ ⋅ ηµω.

2 2

έχουμε ηµω =

Σχόλιο: Αν ω =30 τότε ΒΜ =

Γ

ΒΚ ∆Κ ΑΓ ⋅ Β∆ , ∆Λ = και ( ΑΒΓ∆) = .

2 2 4

| 64 |

22-0017-02.indd 156

1/11/2013 5:36:24 μμ

10.1-10.3

8. Αν το πλάτος του οικοπέδου είναι x m, το μήκος του θα είναι (x+18)m. Η δενδροστοιχία που περιβάλλει το οικόπεδο αποτελείται: i) Α πό δύο ορθογώνια με διαστάσεις (x + 18) m και 2,5m και συνολικό εμβαδόν 2(x + 18) ⋅ 2,5 = 5(x + 18) m 2 .

2,5 2,5

2,5

x x+18 2,5

ii) Από δύο άλλα ορθογώνια με διαστάσεις x m και 2,5m και συνολικό εμβαδόν 2 ⋅ x ⋅ 2,5 = 5x m 2. iii) Από τέσσερα τετράγωνα πλευράς 2,5 m και συνολικό εμβαδόν 4 ⋅ (2,5)2 = 25 m 2 . Επειδή το άθροισμα των εμβαδών ισούται με 695m2 έχουμε την εξίσωση 5(x + 18) + 5x + 25 = 695 ή 10x = 580 ή x = 58 . Άρα το πλάτος είναι 58m και το μήκος 58 + 18 = 76 m .

Θ

Σύνθετα Θέματα 1. α) Επειδή ΙΑ = Α∆ η ΘΙ είναι διάμεσος 

στο Θ Ι ∆, οπότε (ΙΘΑ) = ( ΑΘ∆) (1). Όμοια η ΑΔ είναι διάμεσος 

√

I

στο Α Θ Γ, οπότε ( ΑΘ∆) = ( Α∆Γ) (2). Από (1) και (2) προκύπτει το ζητούμενο.

Α

√

Δ

Β

β) Σύμφωνα με το α) έχουμε (ΙΘ∆)= 2(ΙΘΑ)= 2( Α∆Γ) (3). Όμοια αν φέρουμε τη διάμεσο

Γ Η

Z



ΖΓ του τριγώνου Β Ζ Η βρίσκουμε ( ΖΒΗ )= 2( ΑΒΓ) (4). Προσθέτοντας τις (3) και (4) κατά μέλη βρίσκουμε: (ΙΘ∆) + ( ΖΒΗ )= 2( ΑΒΓ∆ ). γ) Έχουμε (ΙΖΗΘ) = (ΙΘ∆) + ( ΖΒΗ ) + (ΙΑΖ) + (ΗΓΘ) + ( ΑΒΓ∆ ) (5). Στο β) βρήκαμε ότι (ΙΘ∆) + ( ΖΒΗ )= 2( ΑΒΓ∆ ) (6) Όμοια βρίσκουμε ότι: (ΙΑΖ) + (ΗΓΘ= ) 2( ΑΒΓ∆ ) (7). Με τη βοήθεια των (6) και (7) η (5) δίνει: (ΙΖΗΘ)= 5( ΑΒΓ∆).

| 65 |

22-0017-02.indd 157

26/2/2015 2:08:09 µµ

10.1-10.3 

) 2. Στο τρίγωνο Β Μ Ν η MP είναι διάμεσος, επομένως (ΜΝΡ= 

Στο τρίγωνο Β Μ Γ η ΒΝ είναι διάμεσος, 1 οπότε (ΒΜΝ ) = (ΒΜΓ) (2).

2 Όμως (ΒΜΓ) = (ΒΜ∆) + (∆ΜΓ) και τα τμήματα ΒΜ και ΓΜ είναι διάμεσοι στα  τρίγωνα Α Β ∆ και Α Γ ∆ αντίστοιχα, οπότε: 1 1 1 (ΒΜΓ= ) ( ΑΒ∆) + ( ΑΓ∆= ) ( ΑΒΓ) (3).

2 2 2

1 (ΒΜΝ ).

2

Α

Μ Ν Ρ

Β

Δ

Γ

Αντικαθιστώντας στην (1) διαδοχικά τη (2) και την (3) βρίσκουμε:

(ΜΝΡ)=

1 1 1 ⋅ (ΒΜΓ)= ( ΑΒΓ).

2 2 8

ˆ +Β ˆ =1 .

3. α) Αρκεί να δείξουμε ότι: Α 1 1 



Τα τρίγωνα Α Β Ζ και Β Γ Η είναι ίσα, γιατί είναι ορθογώνια και έχουν τις κάθετες ˆ =Βˆ , πλευρές ίσες, άρα θα είναι και Α 1 2 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ οπότε Α1 + Β1 = Β 2 + Β1 = Β = 1 αφού ΑΒΓΔ τετράγωνο. 

β) Το τρίγωνο Α Β Ζ είναι ορθογώνιο στο Β, οπότε (πυθαγόρειο θεώρημα)

Α

Δ

1

Η Κ

1 B

2

Ζ Γ

9α 2 25α 2 5α . = ⇔ ΑΖ = 16 16 4  Επίσης στο ορθογώνιο τρίγωνο Α Β Ζ είναι ΒΚ ⊥ ΑΖ , ΑΖ 2 = ΑΒ2 + ΒΖ 2 = α 2 +

5α 4α ΑΚ ⇔ ΑΚ = .

4 5  Το τρίγωνο Α ∆ Η είναι ορθογώνιο στο Δ, α 2 17α 2 α οπότε ΑΗ 2 = Α∆ 2 + ∆Η 2 = α 2 + = ⇔ ΑΗ = 17 .

16  16 4 Τέλος από το ορθογώνιο τρίγωνο Κ Α Η ( Κ = 1 ) οπότε ΑΒ2 = ΑΖ ⋅ ΑΚ ⇔ α 2 =

17α 2 16α 2 13 = + ΚΗ 2 ⇔ ΚΗ = α.

16 25 20 1 1 γ) Είναι ( ΑΚΗ∆) = ( ΑΚΗ ) + ( Α∆Η ) = ΑΚ ⋅ ΚΗ + Α∆ ⋅ ∆Η = 2 2 1 4α 13α 1 α 77 2 α τ.µ. = ⋅ ⋅ + ⋅α⋅ = 2 5 20 2 4 200 έχουμε: ΑΗ 2 = ΑΚ 2 + ΚΗ 2 ⇔

| 66 |

22-0017-02.indd 158

31/10/2013 5:54:39 μμ

10.4

4. α) Από το Ο φέρνουμε ΗΖ κάθετη τις παράλληλες πλευρές ΑΒ και ΓΔ του παραλληλογράμμου. Τότε: (ΟΑΒ) + (ΟΓ∆) = A Δ 1 1 = ΑΒ ⋅ ΟΗ + ∆Γ ⋅ ΟΖ = Η 2 2 1 1 O = ΑΒ(ΟΗ + ΟΖ) = ΑΒ ⋅ ΗΖ = 2 2 Ζ 1 = ( ΑΒΓ∆) = ( ΑΒΓ) Β Γ 2 β) Έχουμε (ΟΑΓ) + (ΟΒΓ) = ( ΑΒΓ) − (ΟΑΒ) = (ΟΓ∆ ), σύμφωνα με το α.

5. Έστω Ο το σημείο τομής των διαγωνίων ΑΓ = δ1 και Β∆ = δ2 του ρόμβου  ΑΒΓΔ. Επειδή οι διαγώνιοι του ρόμβου τέμνονται κάθετα, το τρίγωνο Ο Α Β είναι ορθογώνιο, οπότε έχουμε: δ12 δ22 1 2 + = (δ1 + δ22 ) (1).

4 4 4 Είναι όμως γνωστό ότι: x 2 + y 2 ≥ 2xy , για οποιουσδήποτε πραγματικούς αριθμούς, οπότε από την A (1) προκύπτει: ΑΒ2 = ΑΟ 2 + ΒΟ 2 ⇔ α 2 =

δ1δ2 1 2 ⋅ δ= ⇔ 1δ 2 4 2 ⇔ (ΚΛΜΝ ) ≥ ( ΑΒΓ∆). α2 ≥

K

N

Λ

M

δ1 Β

Προφανώς το ''='' ισχύει όταν δ1 =δ2, δηλαδή όταν ο ρόμβος γίνει τελικά τετράγωνο.

δ2

Δ

Ο

Γ

§ 10.4 Ασκήσεις Εμπέδωσης 



1. Τα τρίγωνα Α Β Γ και Α ∆ Γ είναι ίσα, άρα και ισεμβαδικά και επομένως ( ΑΒΓ∆= ) 2( ΑΒΓ).  Το εμβαδόν του Α Β Γ θα το υπολογίσουμε με τη βοήθεια του τύπου του Ήρωνα.

18 + 20 + 34 = 36, Γι’ αυτό έχουμε: τ = 2

A

Δ

34

18

B

20

Γ

| 67 |

22-0017-02.indd 159

31/10/2013 5:54:40 μμ

10.4

= ) 36 ⋅ 18 ⋅ 16 = ⋅ 2 144 τ.µ. και επομένως οπότε ( ΑΒΓ ( ΑΒΓ∆)= 2 ⋅ 144= 288 τ.µ.

2. Από το Δ φέρνουμε παράλληλη προς την ΑΒ που τέμνει τη ΒΓ στο Ζ. Τότε το ΑΒΖΔ είναι παραλληλόγραμμο, οπότε ΒΖ = 11 και επομένως ΖΓ = 14. 

Επίσης ∆Ζ = ΑΒ = 13. Στο τρίγωνο ∆ Ζ Γ γνωρίζουμε τα μήκη των πλευρών του, οπότε σύμφωνα με τον τύπο του Ήρωνα

Α

Δ

13

13

Β

Ζ Η 25

15

υ

14

Γ

) 21 ⋅ 8 ⋅ 7 ⋅ 6= 84 τ.µ. Φέρνουμε το ύψος έχουμε: (∆ΖΓ=  ΔΗ του τριγώνου ∆ Ζ Γ (που είναι και ύψος του τραπεζίου).

1 1 ΖΓ ⋅ ∆Η ⇔ 84= ⋅ 14 ⋅ ∆Η ⇔ ∆Η= 12. Τότε (∆ΖΓ)= 2 2 Το εμβαδόν πλέον του τραπεζίου ΑΒΓΔ 1 1 ) ( Α∆ + ΒΓ)∆Η = (11 + 25) ⋅ 12 = 216 τ.µ. είναι ( ΑΒΓ∆= 2 2

ˆ =60, φέρνουμε ΒΕ ⊥ ΑΓ, 3. Έστω ότι Α ΑΒ ˆ =30 και επομένως ΑΕ = = 2. οπότε Β 1 2 Με εφαρμογή του πυθαγορείου  θεωρήματος στο Ε Α Γ βρίσκουμε:

Α 60

O

Ε

1

ΒΕ 2 = ΑΒ2 − ΑΕ 2 = 16 − 4 = 12 ⇔ ΒΕ = 2 3, Β 1 1 ΑΓ ⋅ ΒΕ= ⋅ 7 ⋅ 2 3= 7 3 τ.µ. οπότε ( ΑΒΓ)= 2 2 1 1 3 Τριγωνομετρικά: ( ΑΒΓ)= ΑΒ ⋅ ΑΓ ⋅ ηµΑ= ⋅ 4 ⋅ 7 ⋅ = 7 3.

2 2 2 1 ΑΒ ⋅ ΑΓ= 24 .

4. i) ( ΑΒΓ)= Γ 2 ii) Με το πυθαγόρειο θεώρημα βρίσκουμε 2 2 ΒΓ= 62 + 8= 100 ⇔ ΒΓ = 10, οπότε 1 1 24 ( ΑΒΓ) = ΒΓ ⋅ υα ⇔ 24 = ⋅ 10 ⋅ υα ⇔ υα = .

2 2 5 1 τ (6 + 8 + 10) = 12, iii) Έχουμε:= 2 οπότε από τον τύπο Ε = τ ⋅ ρ

ρ βρίσκουμε ότι =

Γ

8

Α

6

Β

24 = 2.

12 | 68 |

22-0017-02.indd 160

1/11/2013 5:37:23 μμ

10.4

Αποδεικτικές Ασκήσεις

αβγ 1. Έχουμε βγ = αυα ⇔ βγ = 2Ε και επειδή Ε = η τελευταία είναι ισο4R αβγ βγ ⇔ = α 2R η οποία σημαίνει ότι η πλευρά ΒΓ δύναμη με την:= 2R είναι διάμετρος του περιγεγραμμένου κύκλου, οπότε η γωνία Α είναι ορθή και αντίστροφα.

2. i) Έχουμε διαδοχικά: Ε < τ(τ − α) ⇔ Ε 2 < τ2 (τ − α) 2 ⇔ τ(τ − α)(τ − β)(τ − γ ) < τ2 (τ − α) 2 ⇔

α + γ −β α +β− γ α +β+ γ β+ γ −α ⋅ < ⋅ ⇔ 2 2 2 2 ˆ =90. ⇔ α 2 − ( γ − β) 2 < (β + γ ) 2 − α 2 ⇔ α 2 < β2 + γ 2 ⇔ Α

⇔ (τ − β)(τ − γ ) < τ(τ − α) ⇔

ˆ = 90. ii) Όμοια Ε = τ(τ − α) ⇔ α 2 = β2 + γ 2 ⇔ Α ˆ > 90. iii) Επίσης Ε > τ(τ − α) ⇔ α 2 > β2 + γ 2 ⇔ Α 



3. Τα τρίγωνα Α Β Γ και Α′ Β′ Γ′ έχουν τον ίδιο περιγεγραμμένο κύκλο (Ο, R) και επομένως έχουμε: αβγ α′β′γ ′ ( ΑΒΓ) = και ( Α′Β′Γ′) = .

4R 4R Με διαίρεση αυτών κατά μέλη προκύπτει το ζητούμενο.

A' Α Γ'

R Ο Β

4. Έστω ότι η γωνία Â είναι οξεία.

Γ

Β'

Α Η

Ζ Ζ Α 2 1 γ

Η

Β

Β

Γ

β Γ



ˆ = 1 ) έχουμε ΑΗ = βσυνΑ και από το Από το ορθογώνιο τρίγωνο Α Η Γ ( Η  ˆ = 1 ) ότι ΑΖ = γσυνΑ, οπότε: Α Ζ Β (Ζ

| 69 |

22-0017-02.indd 161

13/3/2014 11:41:03 πµ

10.4

1 1 ΑΗ ⋅ ΑΖ ⋅ ηµΑ= (β ⋅ συνΑ)( γ ⋅ συνΑ)ηµΑ= 2 2 1 = βγηµΑ ⋅ συν 2 Α = ( ΑΒΓ)συν 2 Α.

2 ˆ > 90 τότε ΑΖ = −γσυνΑ και ΑΗ = −βσυνΑ , Έστω ότι Α 1 1 ΑΖ ⋅ ΑΗ ⋅ ηµΑ = βγηµΑσυν 2 Α = ( ΑΒΓ)συν 2 Α . οπότε πάλι ( ΑΖΗ ) = 2 2 1 2Ε 1 α 5. i) Έχουμε: ( ΑΒΓ) =Ε = α ⋅ υα ⇔ υα = ⇔ = .

2 α υα 2Ε 1 β 1 γ Όμοια , . = = υβ 2Ε υγ 2Ε ( ΑΖΗ )=

Άρα:

1 1 1 α β γ 2τ τ 1 + + = + + = = = . υα υβ υγ 2Ε 2Ε 2Ε 2Ε τρ ρ

Σύνθετα Θέματα 1. α) Από το Κ φέρνουμε ΚΑ ⊥ Οx και ΚΒ ⊥ Οy. Τότε τα τμήματα ΚΑ και KB είναι σταθερά, ανεξάρτητα δηλαδή από τη θέση της (ε).

1 1 Tότε έχουμε: + = (ΟΚΜ ) (ΟΚΝ ) Α (ΟΜΝ ) (ΟΚΝ ) + (ΟΚΜ ) = = = Μ (ΟΚΜ )(ΟΚΝ ) (ΟΚΜ )(ΟΚΝ ) x

O ω

Β K

Ν yε

1 ΟΜ ⋅ ΟΝ ⋅ ηµω 2ηµω 2 = = = σταθερό.

1 1 ΟΜ ⋅ ΚΑ ⋅ ΟΝ ⋅ ΚΒ ΚΑ ⋅ ΚΒ 2 2 β) Σύμφωνα με το α) θεωρώντας τις τέμνουσες ΒKB′ και ΓΚΓ′ των πλευρών 1 1 1 1 Α της Α̂ έχουμε: (1). + = + Ε1 + Ε 2 Ε6 Ε1 Ε5 + Ε6 Όμοια θεωρώντας τις τέμνουσες ΓΚΓ′ B' Γ' Ε1 Ε6 και ΑΚΑ′ των πλευρών της Β̂ βρίσκουμε: 1 1 1 1 Ε2 K Ε5 (2). + = + Ε4 Ε3 Ε3 + Ε 4 Ε 2 Ε3 Ε1 + Ε 2 Β Γ Α'

Όμοια από τις τέμνουσες των πλευρών της Γ̂ 1 1 1 1 (3). βρίσκουμε ότι: += + Ε 6 + Ε5 Ε 4 Ε3 + Ε 4 Ε5 Με πρόσθεση των (1), (2) και (3) κατά μέλη προκύπτει το ζητούμενο. | 70 |

22-0017-02.indd 162

1/11/2013 5:41:42 μμ

10.5 

2. Έστω τρίγωνο Α ΒΓ και ο περιγεγραμμένος κύκλος (Λ, ρα ) στη γωνία Α. Φέρουμε τα τμήματα ΛΑ, ΛΒ και ΛΓ. 

Α



Σχηματίζονται τα τρίγωνα Λ Β Γ , Λ Γ Α  και Γ Α Β , που έχουν το ίδιο ύψος ρα. Σύμφωνα με το σχήμα έχουμε: ( ΑΒΓ) + (ΛΒΓ) = (ΛΒΑ) + (ΛΓΑ) ή

γ

β

Β

Γ ρα

( ΑΒΓ) = (ΛΒΑ) + (ΛΓΑ) − (ΛΒΓ) = 1 1 1 = γρα + βρα − αρα = 2 2 2

Λ

1 1 = ( γ + β − α)ρα = (2τ − α − α)ρα = (τ − α)ρα .

2 2 Όμοια αποδεικνύονται και οι άλλοι τύποι.

3. Έστω R η ακτίνα του περιγεγραμμένου κύκλου του εγγράψιμου τετραπλεύρου ΑΒΓΔ τότε: ( ΑΒΓ∆) = ( ΑΒ∆) + (ΒΓ∆) = Δ αδ ⋅ Β∆ βγ ⋅ Β∆ αδ + βγ = + = Β∆ (1) Α δ 4R 4R 4R γ ( ΑΒΓ∆) = ( ΑΒΓ) + ( Α∆Γ) = αβ ⋅ ΑΓ γδ ⋅ ΑΓ αβ + γδ = + = ΑΓ (2) 4R 4R 4R Από (1) και (2) προκύπτει: αδ + βγ ΑΓ (αδ + βγ )Β∆ = (αβ + γδ) ΑΓ ⇔ = αβ + γδ Β∆

α Β

β

Γ

§ 10.5 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Εφ’ όσον τα τρίγωνα έχουν ίσες βάσεις α = α′ έχουμε:

υα 3 ( ΑΒΓ) 30 3 = = ⇔ = ⇔ ( Α′Β′Γ′)= 20 τ.µ. ( Α′Β′Γ′) υα′ 2 ( Α′Β′Γ′) 2

| 71 |

22-0017-02.indd 163

31/10/2013 5:54:43 μμ

10.5

2. Φέρουμε την διαγώνιο ΑΓ.

( ΑΒΓ∆) = 10 m 2.

2   Τα τρίγωνα Μ Β Γ και Α Β Γ

( ΑΒΓ) Τότε=

έχουν κοινό ύψος από την κορυφή Γ, οπότε:

) Άρα (ΜΒΓ=

1 ( ΑΒΓ= ) 5 m 2.

2 



ˆ =Α ˆ 3. Τα τρίγωνα Α ∆ Ζ και Α Β Γ έχουν Α 1 2

(ΜΒΓ) ΜΒ ΜΒ 1 . = = = ( ΑΒΓ) ΑΒ 2ΜΒ 2 Ζ

Δ

ως κατακορυφήν και επομένως: 2 1 ΑΒ ΑΓ ( Α∆Ζ) Α∆ ⋅ ΑΖ 3 2 = 1⇔ = = ( ΑΒΓ) ΑΒ ⋅ ΑΓ 3 ΑΒ ⋅ ΑΓ 1 1 ⇔ ( Α∆Ζ)= ( ΑΒΓ)= ⋅ 30= 10 τ.µ.

3 3 

2 Α 1

Β



4. Τα τρίγωνα Α Ε Ζ και Α ΒΓ είναι όμοια (ΕΖ//ΒΓ)

Γ

Α

2

( ΑΕΖ)  ΑΕ  = και επομένως:  (1) ( ΑΒΓ)  ΑΒ   Όμως και τα τρίγωνα Α Ε Μ και Α Β ∆

Ε

ΑΕ ΑΜ 3 είναι όμοια, οπότε: = = (2) ΑΒ Α∆ 5 ΑΜ 3 = . Από (1) και (2) αφού Α∆ 2 βρίσκουμε:

Ζ

Μ

Β

Δ

Γ

( ΑΕΖ) 9 9 9 = ⇔ ( ΑΕΖ= ) ( ΑΒΓ= ) ⋅ 75 = 27 τ.µ. , ( ΑΒΓ) 25 25 25

οπότε: (ΒΕΖΓ= ) 48 τ.µ. ( ΑΒΓ) βγ (1) = ′ ′ ′ ( Α Β Γ ) β′γ ′

ˆ +Β ˆ ′ =180 Όμοια αφού Β έχουμε:

Α'

A

ˆ =Α ˆ ′ έχουμε: 5. Επειδή Α

B

Γ Β'



Γ'

( ΑΒΓ) αγ (2) = ( Α′Β′Γ′) α′γ ′

Από τις (1) και (2) προκύπτει:

βγ αγ = ⇔ αβ′ = α′β. β′γ ′ α′γ ′

| 72 |

22-0017-02.indd 164

1/11/2013 5:42:52 μμ

10.5

Αποδεικτικές Ασκήσεις 



1. Τ α τρίγωνα Ρ Β Γ και Α Β Γ έχουν κοινή βάση

Α

ΒΓ και επομένως αν φέρουμε τα ύψη ΡΜ και (ΒΡΓ) ΡΜ ΑΗ αυτών θα έχουμε: (1) = ( ΑΒΓ) ΑΗ 

Ζ

Ρ Α



Όμως τα τρίγωνα Α Η ∆ και Ρ Μ ∆ ΡΜ Ρ∆ = είναι όμοια, οπότε: (2) ΑΗ Α∆

Β

Από (1) και (2) προκύπτει το ζητούμενο, δηλαδή ii) Σύμφωνα με το i) έχουμε:

Ε

Β

Ζ

ΡΜ

Η

Ε

Γ

Δ

(ΒΡΓ) Ρ∆ . = ( ΑΒΓ) Α∆ Η

Μ

Γ

Δ

Ρ∆ (ΒΡΓ) ΡΕ ( ΑΡΓ) ΡΖ ( ΑΡΒ) , και . = = = Α∆ ( ΑΒΓ) ΒΕ ( ΑΒΓ) ΓΖ ( ΑΒΓ)

Με πρόσθεση αυτών κατά μέλη παίρνουμε: Ρ∆ ΡΕ ΡΖ (ΒΡΓ) + ( ΑΡΓ) + ( ΑΡΒ) ( ΑΒΓ) + + = = = 1. Α∆ ΒΕ ΓΖ ( ΑΒΓ) ( ΑΒΓ)

iii) Έχουμε

ΡΑ Α∆ − Ρ∆ Ρ∆ = = 1− . Α∆ Α∆ Α∆

ΡΓ ΡΖ ΡΒ ΡΕ =1− = 1− και , οπότε προσθέτοντας αυτές ΒΕ ΒΕ ΖΓ ΓΖ E κατά μέλη και λαμβάνοντας υπόψη την ii) προκύπτει το ζητούμενο. Όμοια





2. Τα τρίγωνα Ε Β Μ και Α Β ∆ ˆ =Βˆ , (ΑΔ//ΒΕ), οπότε: έχουν Α 1 1

E

ˆ =Γˆ βρίσκουμε Όμοια αφού Α 2 2 ότι ( ΖΓΝ ) = ( ΑΓ∆) (2). Με πρόσθεση των (1), (2) προκύπτει (ΕΒΜ ) + ( ΖΓΝ ) = ( ΑΒ∆ + ΑΓ∆) = ( ΑΒΓ).

Z Α 12

(ΕΒΜ ) ΒΕ ⋅ ΒΜ 2Α∆ ⋅ ΒΜ = = ⇔ ( ΑΒ∆) Α∆ ⋅ ΑΒ Α∆ ⋅ 2ΒΜ

⇔ (ΕΒΜ ) = ( ΑΒ∆) (1)

Z

1 B 1 B

ΜΑ

Ν

12 Δ Μ

Γ Ν

Δ

2

2 Γ

| 73 |

22-0017-02.indd 165

26/2/2015 2:10:19 µµ

10.5

3. Έστω Κ το σημείο τομής των χορδών ΑΒ και ΓΔ, τότε:

ˆ

Γ

+ Β∆ =2 , ⇔ ΑΓ ) = 2 ) + ( ΑΓ ˆ +Ο ˆ = (∆Β οπότε: Ο 1 2 (ΟΑΓ) ΟΑ ⋅ ΟΓ R ⋅ R και επομένως: = = = 1 (ΟΒ∆) Ο∆ ⋅ ΟΒ R ⋅ R (R η ακτίνα του κύκλου), δηλαδή (ΟΑΓ) = (ΟΒ∆ ).

Κ

Α

Δ

4. Η αποδεικτέα ισότητα γράφεται:

Α

( ΑΒΕ) ( ΑΒΓ) (1) = ( Α∆Ε) ( ΑΒΕ) 

Β 1 Ο 2



Τα τρίγωνα Α Β Ε και Α ∆ Ε έχουν κοινό το ύψος

Ε

Δ

( ΑΒΕ) ΑΒ (2) = Β Γ ( Α∆Ε ) Α∆   Επίσης τα τρίγωνα Α Β Γ και Α Β Ε έχουν κοινό το ύψος από την κορυφή Β, άρα:

από την κορυφή Ε, άρα:

( ΑΒΓ) ΑΓ (3) = ( ΑΒΕ) ΑΕ

Επειδή όμως ΔΕ//ΒΓ είναι: και (3) προκύπτει η (1).

ΑΒ ΑΓ = (θεώρημα Θαλή), οπότε από τις (2) Α∆ ΑΕ

ˆ +Α ˆ =180, οπότε: 5. Είναι Α 1 2 ( ΑΜΖ) ΑΜ ⋅ ΑΖ = = 1 αφού ΑΜ = Α∆ ( ΑΒ∆) Α∆ ⋅ ΑΒ και ΑΖ = ΑΒ, ως πλευρές τετραγώνων και επομένως: ( ΑΜΖ) = ( ΑΒ∆) (1). Όμοια προκύπτει ότι (ΓΗΚ ) = (ΒΓ∆) (2). Με πρόσθεση των (1) και (2) κατά μέλη προκύπτει: ( ΑΜΖ) + (ΓΗΚ ) = ( ΑΒΓ∆) (3). 



Ζ Ε

Β

Μ

Λ

2 Α1

Δ

Θ

1

Γ 2

Ι Κ

Η

Όμοια, θεωρώντας τα τρίγωνα Β Θ Ε , Α Β Γ 



και ∆ Ι Λ , Α Β Γ βρίσκουμε ότι: (ΒΘΕ) + (∆ΙΛ ) = ( ΑΒΓ∆ ) (4). Από (3) και (4) προκύπτει ( ΑΜΖ) + (ΓΗΚ ) = (ΒΘΕ) + (∆ΙΛ ) .

| 74 |

22-0017-02.indd 166

26/2/2015 2:12:26 µµ

10.5

6. Επειδή τα πολύγωνα Ρ 2 και Ρ1 είναι όμοια με ομόλογες πλευρές β, α, (Ρ ) β 2 αντίστοιχα έχουμε: 2 = 2 (1) (Ρ1 ) α (Ρ 3 ) γ 2 Όμοια: (2) = (Ρ1 ) α 2 Από τις (1) και (2) προκύπτει:

Γ α

β

Ρ2

Ρ1

Α

Β

γ Ρ3

(Ρ 2 ) + (Ρ 3 ) β 2 + γ 2 α 2 = 2 = 2 =1 ⇔ (Ρ 2 ) + (Ρ3 ) =(Ρ1 ). (Ρ1 ) α α

Σύνθετα Θέματα 



1. Τα τρίγωνα Α Ο Β και Α Ο ∆

ˆ +Ο ˆ =2 , έχουν: Ο 1 4

Δ

Α

Ε4

Ε1 ΟΑ ⋅ ΟΒ ΟΒ οπότε: , = = Ε 4 ΟΑ ⋅ Ο∆ Ο∆

Ε1

Ε ΟΒ δηλαδή 1 = (1) Ε 4 Ο∆

Β

Ε3

4 3 1 2

O Ε2

Γ

(τη σχέση (1) μπορούμε να τη συμπεράνουμε παρατηρώντας ότι τα τρίγωνα που θεωρήσαμε έχουν κοινό το ύψος από την κορυφή Α). ˆ +Ο ˆ = 2 προκύπτει ότι: Ε 2 = ΟΒ (2) Όμοια, αφού Ο 2 3 Ε3 Ο∆ Ε1 Ε 2 Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι: = ⇔ Ε1 ⋅ Ε3 = Ε 2 ⋅ Ε 4 . Ε 4 Ε3   Α Δ i) Τα τρίγωνα Α Β Γ και Β ∆ Γ έχουν κοινή Ε4 βάση ΒΓ και ίσα ύψη ΑΗ και ΔΖ, ως Ε1 αποστάσεις των παραλλήλων ΑΔ και ΒΓ, Ο Ε3 άρα ( ΑΒΓ) = (∆ΒΓ) ⇔ Ε1 + Ε 2 =

= Ε 2 + Ε3 ⇔ Ε1 = Ε3 .

B

Η

Ε2

Θ

Γ

ii) Επειδή Ε1 =Ε3 η σχέση που αποδείξαμε Ε1Ε3 = Ε 2 Ε 4 γίνεται Ε12 =Ε 2 Ε 4 .

iii) Έχουμε: Ε = Ε1 + Ε 2 + Ε3 + Ε 4 = (Ε1 + Ε3 ) + Ε 2 + Ε 4 = 2Ε1 + Ε 2 + Ε 4 ≥ 2Ε1 + 2 Ε 2 Ε 4

(x + y ≥ 2 xy , για κάθε x, y ≥ 0)

| 75 |

22-0017-02.indd 167

13/3/2014 11:47:48 πµ

10.5

= 2Ε1 + 2Ε1 (από το ii)

1 = 4Ε1, δηλαδή Ε ≥ 4Ε1 ⇔ Ε1 ≤ Ε.

4 Σχόλιο: Το «=» ισχύει όταν Ε ΟΒ ⋅ ΟΓ Ε2 = Ε4 ⇔ 2 = 1 ⇔ = 1 ⇔ ΟΑ ⋅ Ο∆ = ΟΒ ⋅ ΟΓ (3). Ε4 ΟΑ ⋅ Ο∆   Επειδή όμως ΑΔ//ΒΓ τα τρίγωνα Α Ο ∆ και Β Ο Γ είναι ΟΑ Ο∆ = ⇔ ΟΑ ⋅ ΟΒ = ΟΓ ⋅ Ο∆ (4). όμοια, οπότε: ΟΓ ΟΒ Με πολλαπλασιασμό των (3) και (4) κατά μέλη προκύπτει ότι: ΟΑ 2 = ΟΓ 2 ⇔ ΟΑ = ΟΓ (5), οπότε η (3) δίνει ΟΒ = Ο∆ (6).

Οι (5), (6) μας βεβαιώνουν πως το ΑΒΓΔ είναι παραλληλόγραμμο.

2. Επειδή από το Σ έχουμε φέρει παράλληλες προς τις πλευρές του τριγώνου 

Α Β Γ, καθένα από τα τρίγωνα με εμβαδόν Ε1 , Ε 2 , Ε3 έχει ίσες γωνίες με το 



Α Β Γ και επομένως είναι όμοιο με το ΑΒΓ .

2 Ε1 ∆Ε Ε  ∆Ε  = Γι’ αυτό έχουμε: 1=  (1)  ⇔ Ε  ΒΓ  Ε ΒΓ Όμοια:

Ε3

Ε3 Β∆ ΣΗ = ⇔ = (2) Ε ΒΓ Ε ΒΓ

Ε2

Α

Η

Ε3

ΕΓ Β (3). και = Ε ΒΓ Με πρόσθεση των (1), (2) και (3) κατά μέλη προκύπτει:

Ε1 + Ε 2 + Ε3 Ε

=

Σ

Ε2 Ε1

Ζ

Γ

∆Ε + Β∆ + ΕΓ ΒΓ = = 1 ⇔ Ε1 + Ε 2 + Ε3 = Ε . ΒΓ ΒΓ

| 76 |

22-0017-02.indd 168

1/11/2013 5:48:17 μμ

10.5

3. i) Επειδή τα Δ, Ε, Ζ, είναι εσωτερικά σημεία των πλευρών του τριγώνου έχουμε: (∆ΕΖ) = ( ΑΒΓ) − ( ΑΖΕ) − (ΒΖ∆ ) − (∆ΓΕ) ⇒ Α (∆ΕΖ) ( ΑΖΕ) (ΒΖ∆ ) (∆ΓΕ) ⇒ = − − 1− (1). ( ΑΒΓ) ( ΑΒΓ) ( ΑΒΓ) ( ΑΒΓ)   Ζ Ε Τα τρίγωνα Α Ζ Ε και Α Β Γ έχουν κοινή τη γωνία Α̂ και επομένως: Β ( ΑΖΕ) ΑΖ ⋅ ΑΕ Δ . = Γ ( ΑΒΓ) ΑΒ ⋅ ΑΓ Επειδή όμως ΓΖ και BE διχοτόμοι είναι (παράγραφος 7.8) γβ βγ και ΑΕ = , οπότε η προηγούμενη ισότητα δίνει: ΑΖ = α+β α+γ ( ΑΖΕ) βγ (2). Όμοια βρίσκουμε ότι: = ( ΑΒΓ) (α + β) ⋅ (α + γ )

(ΒΖ∆ ) γα (∆ΖΕ) αβ (3) και (4). = = ( ΑΒΓ) ( γ + α) ⋅ ( γ + β) ( ΑΒΓ) (β + γ ) ⋅ (β + α) Με αντικατάσταση των (2), (3) και (4) στην (1) βρίσκουμε:

(∆ΕΖ) βγ γα αβ =1− − − = ( ΑΒΓ) (α + β) ⋅ (α + γ ) (β + γ ) ⋅ (β + α) ( γ + α) ⋅ ( γ + β) =

(α + β) ⋅ (β + γ ) ⋅ ( γ + α) − βγ (β + γ ) − γα( γ + α) − αβ(α + β) = (α + β) ⋅ (β + γ ) ⋅ ( γ + α))

=

(αβ + αγ + β2 + βγ ) ⋅ ( γ + α) − βγ (β + γ ) − γα( γ + α) − αβ(α + β) = (α + β) ⋅ (β + γ ) ⋅ ( γ + α)

αβγ − α 2β + αγ 2 + α 2 γ + β2 γ + β2 α + βγ 2 + αβγ − β2 γ − βγ 2 − γ 2 α − γα 2 − α 2β − αβ2 = (α + β) ⋅ (β + γ ) ⋅ ( γ + α) 2αβγ (5). = (α + β) ⋅ (β + γ ) ⋅ ( γ + α) =

ii) Σύμφωνα με την x + y ≥ 2 xy , x, y ≥ 0 έχουμε: α + β ≥ 2 αβ, β + γ ≥ 2 βγ και γ + α ≥ 2 αγ από τις οποίες με πολλαπλασιασμό κατά μέλη βρίσκουμε: (α + β) ⋅ (β + γ ) ⋅ ( γ + α) ≥ 8αβγ , οπότε η (5) γίνεται: (∆ΕΖ) 2αβγ 1 1 ≤ = ⇔ (∆ΕΖ) ≤ ( ΑΒΓ) . ( ΑΒΓ) 8αβγ 4 4 4. Ανάλυση: Έστω KM και ΛΝ οι ζητούμενες ευθείες.

1 ( ΑΚΜ ) 1 ) ( ΑΒΓ) ή Τότε: ( ΑΚΜ= = (1).

3 ( ΑΒΓ) 3 | 77 |

22-0017-02.indd 169

1/11/2013 5:49:52 μμ

10.6 



Α Αλλά τα τρίγωνα Α Κ Μ και Α Β Γ έχουν κοινή την γωνία Α̂, οπότε η (1) Κ Μ ( ΑΚ )( ΑΜ ) 1 είναι ισοδύναμη με την = Λ Ν ( ΑΒ)( ΑΓ) 3 3ΑΚ ΑΓ = (2) ή Β Γ ΑΒ ΑΜ που σημαίνει ότι το AM είναι η τέταρτη ανάλογος των γνωστών τμημάτων 3ΑΚ, ΑΒ και ΑΓ και επομένως το Μ είναι γνωστό σημείο της ΑΓ.

( ΑΝΛ ) 2 ( ΑΝ )( ΑΛ ) 2 3ΑΛ 2ΑΓ =⇔ =⇔ = ( ΑΒΓ) 3 ( ΑΒ)( ΑΓ) 3 ΑΒ ΑΝ δηλαδή το ΑΝ τέταρτη ανάλογος των τμημάτων 3ΑΛ, ΑΒ και 2ΑΓ και επομένως ΑΝ γνωστό τμήμα. Σύνθεση: Κατασκευάζουμε τα τμήματα AM και ΑΝ (πρόβλημα 1 § 7.7) και έτσι βρίσκουμε τα σημεία Μ, Ν. ( ΑΚΜ ) ( ΑΚ )( ΑΜ ) ΑΚ ΑΒ 1 Απόδειξη: Είναι: = = ⋅ = από (2). ( ΑΒΓ) ( ΑΒ)( ΑΓ) ΑΒ 3ΑΚ 3 Διερεύνηση: Το πρόβλημα έχει πάντα λύση.

Όμοια

§ 10.6

Α

Ασκήσεις Εμπέδωσης x 1. Αν x η πλευρά του ζητούμενου τετραγώνου 2 θα είναι x = αβ . Για την κατασκευή επομένως του x θεωρούμε πάνω σε μια ευθεία τα Β Γ α Δ β σημεία Β, Δ και Γ ώστε Β∆ = α και ∆Γ = β . Με διάμετρο τη ΒΓ γράφουμε ημικύκλιο και φέρουμε την κάθετη της ΒΓ στο Δ που τέμνει το ημικύκλιο του Α. Επειδή Α∆ 2 = Β∆ ⋅ ∆Γ το ΑΔ είναι το ζητούμενο τμήμα x.

2. Αν x είναι η πλευρά του ζητούμενου τετραγώνου τότε x 2 = α 2 + β2 και επομένως το x είναι η υποτείνουσα ορθογώνιου τριγώνου με κάθετες πλευρές α, β.

1 ) ( ΑΒΓ∆) (1).

3. Ανάλυση: Έστω AM η ζητούμενη ευθεία, τότε ( ΑΜΒ= 2 Από το Δ φέρουμε παράλληλο προς τη διαγώνιο ΑΓ που τέμνει την προέκταση της ΒΓ στο Ζ. Δ Τότε είναι ( ΑΒΓ∆) = ( ΑΒΖ), 1 Α ) ( ΑΒΖ) οπότε η (1) γίνεται ( ΑΜΒ= 2 ή ισοδύναμα ( ΑΒΜ ) = ( ΑΜΖ )   Β και επειδή τα τρίγωνα Α Β Μ και Α Μ Ζ Μ Γ Ζ έχουν το ίδιο ύψος από την τελευταία ισότητα προκύπτει ότι ΒΜ = ΜΖ. Τα υπόλοιπα βήματα είναι απλά. | 78 |

22-0017-02.indd 170

31/10/2013 5:54:49 μμ

Γενικές Ασκήσεις

4. i) Από τα Α και Δ φέρουμε παράλληλες προς τις KB και ΚΓ που τέμνουν την προέκταση της ΒΓ στα Ε και Ζ αντίστοιχα. Φέρουμε τις ΚΕ και ΚΖ. Τότε, όπως είναι γνωστό, ( ΑΒΚ ) = (ΚΕΒ) και (Κ∆Γ) = (ΚΓΖ), οπότε ( ΑΒΓ∆) = (ΚΕΖ). Ε

Α

Β

Κ

Δ

Λ

Γ

Ζ

ii) Σύμφωνα με το i) αν Λ είναι το μέσο του ΕΖ θα είναι (ΚΕΛ ) = (ΚΛΖ) και επομένως (ΚΑΒΛ ) = (Κ∆ΓΛ ).

Α

Γενικές Ασκήσεις 



1. i) Τα τρίγωνα Β ∆ Ε και Γ ∆ Ε έχουν κοινή βάση ΔΕ.

Δ

Ε

Επειδή ΒΓ//ΔΕ έχουμε (Β∆Ε) = (Γ∆Ε) . Β Γ ii) Έχουμε (ΒΑΕ) = (ΓΑ∆ ) ⇔ (Β∆Ε) + ( Α∆Ε) = (Γ∆Ε) + ( Α∆Ε) ⇔ (Β∆Ε) = (Γ∆Ε) που ισχύει από το (i) ερώτημα.

iii) Αν τα Δ, Ε είναι μέσα των ΑΒ, ΑΓ τότε οι BE και ΓΔ είναι διάμεσοι του  τριγώνου Α Β Γ ,

( ΑΒΓ) ( ΑΒΓ) και (ΓΑ∆) = .

2 2 Άρα (ΒΑΕ) + (ΓΑ∆) = ( ΑΒΓ).

οπότε (ΒΑΕ) =





2. i) Τα τρίγωνα Α Β ∆ και Α Β Γ έχουν τη γωνία Β̂ κοινή, ( ΑΒ∆) ΒΑ ⋅ Β∆ Β∆ λ = = = ⇔ ( ΑΒΓ) ΒΑ ⋅ ΒΓ ΒΓ λ 2 + 4 λ ⇔ (= ΑΒ∆) ( ΑΒΓ) . Β 2 λ +4

Α

οπότε

Δ

Γ

(i) 1 1 λ ( ΑΒΓ) ≤ ( ΑΒΓ) ⇔ ii) Έχουμε ( ΑΒ∆) ≤ ( ΑΒΓ) ⇔ 2 4 λ +4 4 ⇔ 4λ ≤ λ 2 + 4 ⇔ 0 ≤ λ 2 − 4λ + 4 ⇔ 0 ≤ (λ − 2)2 , που ισχύει.

| 79 |

22-0017-02.indd 171

31/10/2013 5:54:49 μμ

Γενικές Ασκήσεις

1 iii) Είναι ( ΑΒ∆) + ( ΑΓ∆) = ( ΑΒΓ) και αφού ( ΑΒ∆) ≤ ( ΑΒΓ) 4 Α 3 προκύπτει ότι ( ΑΓ∆) ≥ ( ΑΒΓ).

4 12 ( ΑΒ∆) ΑΒ ⋅ Α∆ ΑΒ ˆ =Α ˆ έχουμε = 3. Επειδή Α (1). = 1 2 ( Α∆Γ) ΑΓ ⋅ Α∆ ΑΓ

Επίσης επειδή ∆ˆ 1 =∆ˆ 2 =180

Β

( ΑΒ∆) ∆Β ⋅ ∆Α ∆Β (2). έχουμε = = ( Α∆Γ) ∆Γ ⋅ ∆Α ∆Γ ∆Β ΑΒ = , Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι ∆Γ ΑΓ

δηλαδή το θεώρημα της εσωτερικής διχοτόμου.



1

Β

( ΑΒ∆) ΑΒ ⋅ Α∆ ΑΒ γ γ 1 = = = = = . ( Α∆Γ) ΑΓ ⋅ Α∆ ΑΓ β 3γ 3 1 ) ( Α∆Γ). Άρα ( ΑΒ∆= 3 ii) Έχουμε ( ΑΒ∆) ⋅ (∆ΕΓ) = ( Α∆Γ) ⋅ (ΒΕ∆ ) ⇔

( ΑΒ∆) (ΒΕ∆ ) (i) (ΒΕ∆ ) 1 . = ⇔ = ( Α∆Γ) (∆ΕΓ) (∆ΕΓ) 3

Δ

2

Β

Δ

2

1 2 Ε

Α

Δ

Γ

Η

1 2

(ΒΕ∆) Β∆ ΑΒ 1 = = (θεώρηµα διχοτόµου Β ) = .Δ (∆ΕΓ) ∆Γ ΑΓ 3 

Γ

Α

Πράγματι τα τρίγωνα Β Ε ∆ και ∆ Ε Γ έχουν κοινό ύψος ΕΗ, οπότε

Γ

12

4. i) Έχουμε:

⇔

Α 1

Ε

Γ

Η



iii) Τα τρίγωνα Α Β Γ και ∆ Ε Γ έχουν κοινή τη γωνία Γ̂, ( ΑΒΓ) ΓΑ ⋅ ΓΒ ΓΑ Γ∆ + ∆Β  ∆Β   1 8 = = ⋅ = 2 1 +  = 2 1 +  = . Γ∆ (∆ΕΓ) ΓΕ ⋅ Γ∆ ΓΕ  Γ∆   3 3 3 ) ( ΑΒΓ) . Άρα 3( ΑΒΓ)= 8(∆ΕΓ) ή (∆ΕΓ= 8

οπότε

| 80 |

22-0017-02.indd 172

31/10/2013 5:54:50 μμ

Γενικές Ασκήσεις

1 1 3 ΑΒ ⋅ ΑΓ ⋅ ηµ120= 6 ⋅ 6 ⋅ = 9 3.

2 2 2 Α   ii) Τα τρίγωνα Α Β Γ και ∆ Ε Γ έχουν τη γωνία Γ̂ κοινή, (∆ΕΓ) ΓΕ ⋅ Γ∆ Β Δ . οπότε = ( ΑΒΓ) ΓΑ ⋅ ΓΒ ΓΕ 2 Γ∆ 1 = και = (ΑΔ ύψος και διάμεσος), Αλλά ΓΑ 3 ΓΒ 2 (∆ΕΓ) 1 1 1 οπότε = ⇔ (∆ΕΓ) = ( ΑΒΓ) = 9 3 = 3 3. ( ΑΒΓ)  3 3 3  iii) Τα τρίγωνα Α Ε Ζ και ∆ Ε Γ είναι όμοια (ΑΖ//ΔΓ),

5. i) ( ΑΒΓ)=

2

οπότε

Ζ Ε Γ

2

( ΑΖΕ)  ΑΕ   1  1 1 3 3 =  = . Άρα ( ΑΖΕ= . ) (∆ΕΓ= )  =  (∆ΕΓ)  ΕΓ   2  4 4 4

6. i) Τα τραπέζια ΑΒΛΚ και ΚΛΓΔ έχουν ίδιο ύψος υ και ίσες βάσεις (ΑΚ = Κ∆ , ΒΛ = ΛΓ). Άρα ( ΑΒΛΚ ) = (ΚΛΓ∆).

Α

Κ

Δ Μ

ii) Είναι (ΜΑΚ ) = (ΜΚ∆) και (ΜΒΛ ) = (ΜΛΓ) Λ Β αφού Κ, Λ μέσα των ΑΔ, ΒΓ. Άρα ( ΑΒΛΚ ) = (ΚΛΓ∆) ⇔ (ΜΑΚ ) + (ΜΑΒ) + (ΜΒΛ ) = = (ΜΚ∆) + (ΜΓ∆) + (ΜΛΓ) ⇔ (ΜΑΒ) = (ΜΓ∆) .

Γ

7. i), ii) Θεωρούμε τα σημεία ∆1 , ∆ 2 , ..., ∆ ν−1, της πλευράς ΒΑ ώστε: γ Zν+1 Β∆1 = ∆1∆ 2 = ∆ 2 ∆ 3 = ... = ∆ ν−1 Α = d , όπου d = . ν ... Φέρνοντας από τα ∆1 , ∆ 2 , ..., ∆ ν−1 Z3 παράλληλες προς την ΑΓ τα τρίγωνα 



Z2



Β ∆1 Ζ1, Β ∆ 2 Ζ 2, …, Β ∆ ν−1 Ζν−1 που σχηματίζονται είναι ισοσκελή,

Γ

Z1

Β

E1 E2 E3 Δ1 Δ2 Δ3

... ...

Eν+1 Δν+1 Α

οπότε έχουμε: Δ1Ζ1 = d, ∆ 2 Ζ 2 =2d, Δ3Ζ3 = 3d, …, ∆ ν−1 Ζν−1 = (ν − 1)d . Είναι: 1 2ν − 1 2 1 1 3 2 ((ν − 1)d + νd)d = d , Ε1 = d 2 , Ε= (d + 2d)d = d , …, Ε= ν 2 2 2 2 2 2 οπότε η ισότητα: Ε1 + Ε 2 + Ε3 + ... + Εν = ( ΑΒΓ) δίνει:

| 81 |

22-0017-02.indd 173

1/11/2013 5:52:02 μμ

Γενικές Ασκήσεις

1 2 3 2 2ν − 1 2 1 ν2 d + d + ... + d = (νd)(νd) = d 2 ⇔ 1 + 3 + 5 + ... + (2ν − 1) = ν 2 2 2 2 2 2 Δ

Α

8. Κάθε τετράγωνο έχει πλευρά μήκους 6μ.μ. Είναι: ( ΑΒΜΖΗ∆) = ( ΑΒΓ∆ ) + (∆ΕΖΗ ) − (∆ΕΜΓ) = = 36 + 36 − 2(∆ΕΜ= ) Ε 1 = 72 − 2 ∆Ε ⋅ ΕΜ = 2 Β = 72 − 6 ⋅ 3 = 72 − 18 = 54 .

Η Μ

Γ Ζ

9. Το εμβαδόν της γραμμοσκιασμένης περιοχής είναι: Α 2 ΑΓ 2 − ΑΒ= 17 ⇔ ( ΑΓ + ΑΒ)( ΑΓ − ΑΒ= ) 171 (1). Επειδή ΑΓ, ΑΒ ακέραιοι, ΑΓ + ΑΒ > ΑΓ − ΑΒ

 ΑΓ + ΑΒ = 17 και έχουμε:   ΑΓ − ΑΒ = 1

Β Γ Δ

Λύνοντας το σύστημα αυτό βρίσκουμε ΑΓ = 9 και ΑΒ = 8, οπότε: Α∆ = ΑΓ + Γ∆ = ΑΓ + ΒΓ = ΑΓ + ΑΓ − ΑΒ = 18 − 8 = 10, 2 2 οπότε το μικρότερο τετράγωνο έχει εμβαδόν ΑΒ= 8= 64 τ.µ.

2 2 και το μεγαλύτερο Α∆ = 10 = 100 τ.µ.

10. Ανάλυση: Έστω ΔΕ και ΖΗ οι ζητούμενες ευθείες.

( Α∆Ε) (∆ΕΗΖ) ( ΖΗΓΒ) Τότε:= = ή λ κ ν

Ε' Α

( Α∆Ε) ( ΑΖΗ ) − ( Α∆Ε) ( ΑΒΓ) − ( ΑΖΗ ) (1) = = λ µ ν 

Θ Δ



Επειδή όμως τα τρίγωνα Α ∆ Ε, Α Ζ Η 

και Α Β Γ είναι όμοια μεταξύ τους θα έχουμε:

Η'

Ζ

E Ι

H

B

Γ ( Α∆Ε) ( ΑΖΗ ) ( ΑΒΓ) = = = κ, 2 2 2 ΑΕ ΑΗ ΑΓ ΑΕ 2 ΑΗ 2 − ΑΕ 2 ΑΓ 2 − ΑΗ 2 (2). οπότε η (1) γίνεται: = = λ µ ν Γράφουμε ημικύκλιο διαμέτρου ΑΓ και πάνω σ’ αυτό παίρνουμε τα σημεία Ε′ και Η′ ώστε ΑΕ′ = ΑΕ και ΑΗ ′ = ΑΗ αντίστοιχα. Αν Ε′Θ, Η ′Ι ⊥ ΑΓ από   τα ορθογώνια τρίγωνα Ε′ Α Γ και Η ′ Α Γ παίρνουμε: ΑΕ 2 = ΑΕ′2 = ΑΓ ⋅ ΑΘ

| 82 |

22-0017-02.indd 174

27/2/2015 10:04:52 πµ

Γενικές Ασκήσεις

και ΑΗ 2 = ΑΗ ′2 = ΑΓ ⋅ ΑΙ , ΑΓ ⋅ ΑΘ ΑΓ( ΑΙ − ΑΘ) ΑΓ( ΑΓ − ΑΙ) οπότε η (2) γίνεται: = = λ µ ν ΑΘ ΘΙ ΙΓ ή = = που σημαίνει ότι τα Θ, I διαιρούν την ΑΓ σε μέρη ανάλογα λ µ ν των λ, μ, ν. Σύνθεση: Βρίσκουμε τα σημεία Θ, I διαιρώντας την ΑΓ σε μέρη ΑΘ, ΘΙ, ΙΓ ανάλογα την λ, μ, ν. Από τα Θ, I φέρνουμε καθέτους στην ΑΓ που τέμνει το ημικύκλιο διαμέτρου ΑΓ στα Ε και Η′ αντίστοιχα. Γράφουμε τους κύκλους (Α, ΑΕ′) και (Α, ΑΗ′) που τέμνουν την ΑΓ στα Ε και Η αντίστοιχα. Τότε οι ζητούμενες ευθείες είναι οι παράλληλες προς τη ΒΓ που φέρνονται από τα Ε, Η. Απόδειξη: Ξεκινώντας από την ΑΘ ΘΙ ΙΓ ή = = λ µ ν και ακολουθώντας αντίστροφη πορεία από αυτήν της

( Α∆Ε) (∆ΕΗΖ) ( ΖΗΓΒ) ανάλυσης καταλήγουμε στην = = . λ µ ν Διερεύνηση: Το πρόβλημα έχει πάντα λύση.

11. α) i) Δες Αποδεικτικές ασκήσεις 1. i) § 10.5. 



ii) Τα τρίγωνα Β Μ Γ και Α Β Γ έχουν την ίδια βάση ΒΓ, οπότε:

(ΒΜΓ) ΜΚ (1). Όμως = ( ΑΒΓ) ΑΛ 

Α



τα τρίγωνα Μ Κ ∆ και Α Λ ∆ είναι ΜΚ Μ∆ = (2). όμοια και επομένως: ΑΛ Α∆ Από (1) και (2) προκύπτει το ζητούμενο.

Μ

B

Λ

β) Σύμφωνα με τα α) έχουμε διαδοχικά: ΑΕ ΑΖ ( ΑΜΒ) ( ΑΜΓ) Α + = + = ΕΓ ΖΒ (ΒΜΓ) (ΒΜΓ) ( ΑΜΒ) + ( ΑΜΓ) = = Ζ (ΒΜΓ) ( ΑΒΓ) − (ΒΜΓ) ( ΑΒΓ) Α∆ = = −= −= 1 1 Μ∆ (ΒΜΓ) (ΒΜΓ) Α∆ − Μ∆ ΑΜ Β = = . Μ∆ Μ∆

Κ

Γ

Δ

Ε

Μ

Δ

Γ

| 83 |

22-0017-02.indd 175

1/11/2013 5:53:56 μμ

22-0017-02.indd 176

31/10/2013 5:54:52 μμ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ

11

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΥΠΟΔΕΙΞΕΙΣ

• Σε κύκλο (Ο, R) ισχύουν οι παρακάτω ισοδυναμίες:    = 360 ⇔ ΑΟΒ ˆ = 360 ⇔ ΑΒ = λ ⇔ ΟΚ = α , ΑΒ ν ν ν ν όπου ΟΚ το απόστημα της χορδής ΑΒ. (Ασκήσεις: § 11.3 Εμπέδωσης 3, Αποδεικτικές 2, Σύνθετα 1 - § 11.7 Σύνθετα 1).

• Κάθε κανονικό ν-γωνο Α1Α2...Αν. Αν το σχεδιάζουμε εγγεγραμμένο σε κύκλο (§ 11.2 θεώρημα I) και υπολογίζουμε τα ίσα τόξα.

360    . Είναι: Α Α = Α Α = = Α Α = ...

1 2 2 3 ν 1 ν (Ασκήσεις: § 11.2 Εμπέδωσης 7).

• Το κανονικό ν-γωνο, το περιγεγραμμένο στον κύκλο (Ο, R) έχει απόστημα α′ν =R . (Ασκήσεις: § 11.2 Αποδεικτικές 5).

• Ένας κυκλικός τροχός κινητού σε μια πλήρη περιστροφή διανύει απόσταση ίση με το μήκος του L. Όλοι οι τροχοί ενός κινητού διανύουν την ίδια απόσταση (αφού κινούνται ταυτόχρονα), αλλά –αν οι ακτίνες τους είναι άνισες– κάθε ένας κάνει διαφορετικό αριθμό στροφών. (Ασκήσεις: § 11.4 Εμπέδωσης 4).

22-0017-02.indd 177

31/10/2013 5:54:52 μμ

11.1-11.2

§ 11.1-11.2 Ασκήσεις Εμπέδωσης

360 ν 360    έχουμε: ϕ= 180 − = 180 − 72= 108, 5 5 360   180 120, ϕ= − = 180 − 60= 6 6 και όμοια ϕ10 = 144 και ϕ12 = 150 .

1. Σύμφωνα με τον τύπο ϕ= 180 − ν

360 , Για την κεντρική γωνία ων , έχουμε τύπο ων = ν 360 360 οπότε: = = = 60, ω10 = ω5 = 72, ω 36 και ω12 = 30 .

6 5 6 2. Έστω ν το πλήθος των πλευρών του πολυγώνου.

360 360  Τότε: = ϕν 108 ⇔ 180 − = 108 ⇔ 72 = ⇔= ν 5, ν ν άρα η σωστή απάντηση είναι η Δ.

3. Επειδή τα κανονικά αυτά πολύγωνα έχουν τον ίδιο αριθμό πλευρών είναι α R P5 όμοια, οπότε έχουμε: 5 = = = λ = 2 και ο λόγος των εμβαδών θα ′ α 5 R ′ P5′ Ε είναι: 5 =λ 2 =4. Ε′5 4. Αρκεί να δείξουμε ότι ν1 =ν 2 . Με το σχήμα Horner βρίσκουμε ότι η δοθείσα εξίσωση είναι ισοδύναμη με την (ν − 5)(ν 2 + 2ν + 3) = 0 ⇔ ν = 5 ή ν 2 + 2ν + 3 =0. Η εξίσωση ν 2 + 2ν + 3 =0 είναι προφανώς αδύνατη στο Ν, επομένως μοναδική ρίζα της δοθείσας εξίσωσης είναι η ν =5 , άρα ν1 =ν 2 =5, δηλαδή τα πολύγωνα έχουν το ίδιο πλήθος πλευρών, άρα είναι όμοια.

5. Έστω κανονικό ν-γωνο τέτοιο ώστε:

360 360 < 90 ⇔ 90 < ⇔ ν < 4, άρα ν =3, δηλαδή ν ν το μόνο κανονικό ν-γωνο με γωνία οξεία είναι το ισόπλευρο τρίγωνο.

ϕν < 90 ⇔ 180 −

| 86 |

22-0017-02.indd 178

1/11/2013 5:58:02 μμ

11.1-11.2

λ2 λ ν2 + α ν2 = R 2 και µ + α µ2 = R 2 από τις οποίες 4 4 2 λ λ ν2 µ προκύπτει ότι: + α ν2= + α µ2 ⇔ λ ν2 − λ µ2= 4(α µ2 − α ν2 ).

4 4 ii) Σύμφωνα με το i) έχουμε: λ ν > λ µ ⇔ λ ν2 > λ µ2 ⇔ λ ν2 − λ µ2 > 0 ⇔

6. i) Γνωρίζουμε ότι

⇔ 4(αµ2 − α ν2 ) > 0 ⇔ αµ2 > α ν2 ⇔ αµ > α ν .

7. i) Επειδή τόξα ΑΕ = ∆Γ έχουμε ΑΓ = ∆Ε , οπότε το ΑΕΔΓ είναι τραπέζιο και μάλιστα ισοσκελές αφού ΑΕ = ∆Γ ως πλευρές κανονικού πενταγώνου. Το τρίγωνο

Ε Α

Δ



Η

Α ΒΓ είναι ισοσκελές αφού ΑΒ = ΒΓ. ˆ . ii) Έστω ΑΖ η διχοτόμος της ΒΑΓ

Β

Ζ

Γ

Τότε: , άρα ΑΖ ⊥ ΑΕ. iii) Σύμφωνα με το i) είναι ΑΓ//ΕΔ και ΑΕ//ΒΔ, οπότε το ΑΕΔΗ είναι παραλληλόγραμμο. Το παραλληλόγραμμο αυτό έχει τις δύο διαδοχικές πλευρές ΑΕ και ΕΔ ίσες (πλευρές του n πολυγώνου), άρα είναι ρόμβος.   ˆ = ΓΒ∆ ˆ Τα τρίγωνα Α ΒΓ , ΒΗ Γ είναι όμοια, γιατί έχουν τη Γ̂ κοινή και ΒΑΓ ως εγγεγραμμένες που βαίνουν σε ίσα τόξα. Επομένως είναι:

ΑΓ ΒΓ = ⇔ ΒΓ 2 = ΑΓ ⋅ ΗΓ (1). ΒΓ ΗΓ Αλλά ΒΓ = ΑΕ και ΑΕ = ΑΗ από το ρόμβο ΑΕΔΗ, οπότε ΒΓ = ΑΗ και η (1) γίνεται ΑΗ 2 = ΑΓ ⋅ ΗΓ . Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Η κάλυψη με τα πλακίδια θα είναι πλήρης όταν σε κάθε σημείο που είναι κοινή κορυφή και των τριών πλακιδίων δεν υπάρχουν κενά. Αυτό θα συμβαίνει όταν

ϕλ + ϕµ += ϕν 360 ⇔

 360   360   360     ⇔ 180 −  = 360 ⇔  + 180 −  + 180 − λ   µ   ν   360 360 360 1 1 1 1 ⇔ + + = 180 ⇔ + + = λ µ ν λ µ ν 2

φν φλ

φμ

| 87 |

22-0017-02.indd 179

31/10/2013 5:54:54 μμ

11.1-11.2

2. Έστω ν-γωνο Α1Α 2 ...Αν εγγεγραμένο σε κύκλο (Ο, R) και περιγεγραμμένο σε κύκλο (Ο, ρ) ( R > ρ ). Οι πλευρές Α1Α 2, Α 2 Α3, … του ν-γώνου είναι χορδές του (Ο, R) που έχουν αποστήματα ίσα με ρ, άρα είναι ίσες, A δηλαδή το πολύγωνο έχει ίσες τις πλευρές του. v Επειδή πλέον οι χορδές Α1Α 2 , Α 2 Α3 , …, Αν Α1 του (Ο, R) είναι ίσες και τα αντίστοιχα τόξα θα είναι ίσα, δηλαδή

    Α 1 Α 2 = Α 2 Α 3 = ... = Α ν Α1 = τ , οπότε και

Ο dν d1

d3 A3

d2 A2

A1

ˆ ν είναι ίσες, αφού κάθε μια είναι εγγεγραμμένη και οι γωνίες Α̂1, Α̂ 2 , …, Α βαίνει σε τόξο (ν − 2)τ. Άρα το Α1Α 2 ...Αν είναι κανονικό.

3. Έστω Μ το μέσο της πλευράς ΒΓ. Φέρνουμε Α′Α ⊥ ΒΓ . Με εφαρμογή του 2ου θεωρήματος  διαμέσων στο Α ΒΓ παίρνουμε: ΑΓ 2 − ΑΒ2= 2 ⋅ ΒΓ ⋅ Α′Μ (1). Φέρνουμε επίσης ∆∆′ ⊥ ΒΓ. 

A'

Α

1

B

Μ

Γ

1

Δ'

Δ



Τα τρίγωνα Α′ Α Β και ∆′ ∆ Γ ˆ =Γˆ , άρα είναι ίσα, οπότε είναι ορθογώνια και έχουν ΑΒ = Γ∆ και Β 1 Α′Β = Γ∆′ και επομένως Α′Μ = Μ∆′ (2). Από (1), (2) προκύπτει ΑΓ 2 − ΑΒ2 = ΒΓ ⋅ Α′∆′ = ΒΓ ⋅ Α∆ (το ΑΑ′Δ′Δ είναι ορθογώνιο).

4. Έστω ΑΒ = λ ν και Μ το μέσο του τόξου  . Τότε ΑΜ = λ και ΟΜ ⊥ ΑΒ. ΑΒ 2ν Επειδή η ΟΜ ⊥ ΑΒ το εμβαδόν 1 του τετραπλεύρου ΟΑΜΒ είναι ( ΑΒ)(ΟΜ ), Ο 2 1 δηλαδή (ΟΑΜΒ)= λν R , Β 2 Α οπότε: 1 1 1 Ε 2 ν = ν(ΟΑΜΒ) = ν λ ν R = (νλ ν )R = Pν R . Μ 2 2 2 5. Το κανονικό ν-γωνο το περιγγεγραμμένο στον (Ο, R) έχει πλευρά λ′ν και απόστημα R. Τα δύο αυτά πολύγωνα έχουν το ίδιο πλήθος πλευρών, επομένως λ α είναι όμοια, οπότε ν = ν ⇔ λ ν R = α ν λ′ν . λR R 6. Έστω Εα, Εβ, Ε γ τα εμβαδά των κανονικών πολυγώνων με πλευρές τις ΒΓ, ΓΑ, ΑΒ αντίστοιχα. Τα κανονικά αυτά πολύγωνα, αφού έχουν το ίδιο πλήθος πλευρών, είναι όμοια. | 88 |

22-0017-02.indd 180

1/11/2013 5:58:56 μμ

11.1-11.2

Εγ γ 2 β2 = και . Προσθέτοντας κατά μέλη τις ισό2 Εα α Εα α 2 Εβ + Ε γ β 2 + γ 2 = τητες προκύπτει (1). Επειδή το τρίγωνο είναι ορθογώνιο Εα α2 έχουμε α 2 = β2 + γ 2, οπότε η (1) δίνει Εβ + Ε γ = Εα . Επομένως είναι:

Εβ

=

Σύνθετα Θέματα 1. Έστω ότι χρειάζονται κ κανονικά ν-γωνα για να καλύψουν το επίπεδο γύρω από ένα σημείο, κορυφή των πολυγώνων. Τότε θα ισχύει:

φν

φν φ

ν  360   κϕ = 360 ⇔ κ 180 − = φν  360 ⇔ ν ν   ν−2  2 ⇔ κ 1 −  = 2 ⇔ κ = 2⇔ ν  ν 2ν 2ν − 4 + 4 4 4 ⇔ κ= = = 2+ , δηλαδή κ = 2 + (1). ν−2 ν−2 ν−2 ν−2



Επειδή το κ είναι ένας θετικός ακέραιος από την (1) προκύπτει ότι το ν − 2 − 2 1, 2, 4 ⇔ = ν 3, 4,6. είναι ένας θετικός διαιρέτης του 4, δηλαδή ότι: ν= Άρα η κάλυψη πράγματι γίνεται μόνο με ισόπλευρα τρίγωνα, τετράγωνα ή κανονικά εξάγωνα.

2. Έστω Α1Α 2 ...Αν ένα κανονικό ν-γωνο και d1, d 2, ..., d ν οι αποστάσεις ενός εσωτερικού σημείου Σ από τις πλευρές του Α1Α 2, Α 2 Α3, …, Αν Α1 αντίστοιχα. Επειδή το Σ είναι εσωτερικό σημείο έχουμε:

Αν

dν

ΣΟ

d3

Α3

d2

d1

Α1

Α2

(ΣΑ1Α 2 ) + (ΣΑ 2 Α3 ) + ... + (ΣΑν Α1 ) = ( Α1Α 2 ...Αν ) ⇔ 1 1 1 1 1 ⇔ λ ν d1 + λ ν d 2 + ... + λ ν d ν = Pν α ν = νλ ν α ν ⇔ 2 2 2 2 2

1 1 ⇔ λ ν (d1 + d 2 + ... + d ν ) = λ ν να ν ⇔ d1 + d 2 + ... + d ν = να ν .

2 2

| 89 |

22-0017-02.indd 181

1/11/2013 6:10:46 μμ

11.3

3. Επειδή οι κορυφές του κανονικού δεκαγώνου είναι ανά δύο αντιδιαμετρικά σημεία, η ακτίνα ΟΓ προεκτεινόμενη προς το Ο περνάει από την κορυφή Θ του πολυγώνου.

A B 1 1 M   1   2 Είναι ΘΑ= 3 ⋅ 36 και ΒΓ = 36 ,

1   − ΒΓ = ˆ = 1 (ΘΑ οπότε: Μ ) 2 ⋅ 36= 36.

1 2 2

Κ

2

1 1 ΑΓ= 2 ⋅ 36= 36 Επίσης: ∆ˆ 1= 2 2 ˆ και επομένως Μ̂1 =∆1 (1).

1

O

Ι

Γ

Θ

Δ

E Η

Ζ

ˆ =Α ˆ (2) ως εγγεγραμμένες που βαίνουν σε ίσα τόξα. Από (1) Εξάλλου Α 1 2 



και (2) προκύπτει ότι τα τρίγωνα Α Γ Μ και Α Γ ∆ έχουν και Γˆ 1 =Γˆ 2. Έτσι

ˆ =Α ˆ και Γˆ =Γˆ , άρα στα προαναφερόμενα τρίγωνα έχουν ΑΓ: κοινή, Α 1 2 1 2 είναι ίσα, οπότε και ΑΜ = Α∆.

§ 11.3 Ασκήσεις Εμπέδωσης

R 1. Είναι λ 3 =R 3 και α 3 = , 2 1 1 3 R 3 3 2 οπότε: Ε3 = P3α3 = 3λ 3α3 = R 3 = R 2 2 2 2 4  λ 32 3 3R 2 3  =  2οσ τρόποσ: Ε3 = .

4 4   R 2 Επίσης λ 4 =R 2 και α 4 = , 2 1 1 R 2 οπότε: Ε 4 = P4 α 4 = 4λ 4 α 4 = 2R 2 = 2R 2 .

2 2 2 (2ος τρόπος: Ε 4 =λ 24 =2R 2).

R 3 Είναι λ 6 =R και α 6 = , 2 οπότε: Ε6 =

1 1 R 3 3 3 2 P6 α 6 = 6λ 6 α 6 = 3R = R .

2 2 2 2

| 90 |

22-0017-02.indd 182

26/2/2015 2:17:58 µµ

11.3

2. Από την ισότητα

2 ν

λ + α ν2 = R 2 με αντικατάσταση των δεδομένων βρίσκουμε: 4

λ ν2 + 25 ⋅ 3 = 100 ⇔ λ ν2 = 4 ⋅ 25 ⇔ λ ν = 10, δηλαδή 4 λ ν =R , άρα το πολύγωνο είναι 6-γωνο, οπότε: 1 1 Ε6 = P6 α 6 = 6λ 6 α 6 = 3λ 6 α 6 = 3 ⋅ 10 ⋅ 5 3 = 150 3 cm 2.

2 2

λ ν2 + α ν2 = R 2 με αντικατάσταση των δεδομένων προκύπτει: 4 64 ⋅ 2 8 2 R 2 , + α ν2= 64 ⇔ α ν2= 32= 16 ⋅ 2 ⇔ α ν= 4 2= = 4 2 2 R 2 δηλαδή α ν = , οπότε: ν =4 και επομένως: 2 1 1 8 2 Ε 4 = P4 α 4 = (4λ 4 )α 4 = 2λ 4 α 4 = 2 ⋅ 8 2 ⋅ = 128 cm 2.

2 2 8

3. Από την ισότητα

 = 60 προκύπτει ότι: AB =λ =R. 4. Επειδή AB 6  Όμοια αφού B Γ =90 είναι: ΒΓ = λ 4 = R 2.  = 120 έχουμε ότι: Γ∆ = λ = R 3. Επίσης, αφού Γ∆ 3  360 − ΑΒ  − ΒΓ  −=  90 Τέλος: = Α∆ Γ∆ και επομένως Α∆ = λ 4 = R 2. Για τους ίδιους αντίστοιχα λόγους είναι:

ΟΚ = α 6 =

A 60

O

Β

Δ

Ν

Κ 90

O

Λ

Μ 120

O

Γ

R R 3 R 2 R 2 , ΟΛ = α 4 = , ΟΜ = α3 = και ΟΝ = α 4 = , 2 2 2 2

οπότε: ( ΑΒΓ∆ ) = (ΟΑΒ) + (ΟΒΓ) + (ΟΓ∆ ) + (ΟΑ∆ ) =

=

1 1 1 1 ΑΒ ⋅ ΟΚ + ΒΓ ⋅ ΟΛ + Γ∆ ⋅ ΟΜ + Α∆ ⋅ ΟΝ= 2 2 2 2 1 R 3 1 R 2 1 R 1 R 2 R2 =R + R 2 + R 3 + R 2 = 2+ 3 .

2 2 2 2 2 2 2 2 2

(

)

Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Το άθροισμα των γωνιών ενός πολυγώνου ν-πλευρών είναι (2ν − 4) ορθές, άρα: 2ν − 4 = 8 ⇔ 2ν = 12 ⇔ ν = 6 , άρα πρόκειται για κανονικό εξάγωνο. Επομένως: 1 1 R 3 R 2 4 ⇔= R 2. = Ε6 6 3 ⇔ 6 ⋅ λ 6= α6 6 3 ⇔ R = 3 ⇔ = 2 2 2 | 91 |

22-0017-02.indd 183

1/11/2013 6:14:16 μμ

11.3

2. Επειδή ΑΒ//ΔΓ το ΑΒΓΔ είναι ισοσκελές τραπέζιο.  = 60 Εξάλλου: ΑΒ = R = λ 6 συνεπάγεται ότι ΑΒ  και από ∆Γ = R 3 = λ 3 έπεται ότι ∆Γ = 120.  = 2ΒΓ  = 360 − 60 − 120 = 180 ⇔ Α∆  = ΒΓ  = 90 , Επομένως: 2 Α∆ οπότε: Α∆ = ΒΓ = λ 4 = R 2. Η Α Β Για το ύψος ΖΗ του τραπεζίου ΑΒΓΔ έχουμε:

ΖΗ = ΟΖ + ΟΗ = α3 + α 6 =

R R 3 R + = 1+ 3 , 2 2 2

(

)

Ο

( ΑΒΓ∆= )

Ζ

Δ

οπότε:

Γ

2 1 1 R R2 ( ΑΒ + Γ∆)ΗΖ = R+R 3 1 + 3= 1+ 3 .

2 2 2 4

(

) (

)

(

)

.

3. Έστω ΑΒ = λ 6 και Γ το μέσο του τόξου ΑΒ Τότε ΑΓ = λ12 και αν πάρουμε το αντιδιαμετρικό Η του Γ θα είναι: ΓΗ ⊥ ΑΒ και Ο∆ = α 6 .  Η ˆ =90) έχουμε: Από το ορθογώνιο τρίγωνο Α Η Γ (Α 2 ΑΓ 2 = ΓΗ ⋅ Γ∆ ⇔ λ12 = 2R(ΟΓ − Ο∆) = 2R(R − α 6 ) =

 R 3 2 = 2R  R − = λ12 R 2 − 3 .  R 2 − 3 ⇔ = 2  

(

)

Ο

Από την ισότητα: Δ 2 λ12 1 Α 2 2 2 )= + α12 = R 2 ⇔ α12 = (4R 2 − λ12 Γ 4 4 4 1 1 1 =  4R 2 − R 2 2 − 3  = R 2 2 + 3 ⇔ α12 = R 2 + 3 .   4 2 4

(

)

(

Β

)

.

4. Έστω ΑΒ = λ 6 και Γ το μέσο ΑΒ Το τετράπλευρο ΟΑΓΒ έχει κάθετες διαγώνιες, οπότε: (ΟΑΓΒ)=

1 1 1 R2 ΑΒ ⋅ ΟΓ= λ 6 ⋅ R= R ⋅ R= , 2 2 2 2

δηλαδή (ΟΑΓΒ) =

R2 (1).

2

Ο 30

O

Αλλά Ε12= 12(ΟΑΓ)= 6(ΟΑΓΒ), οπότε με τη βοήθεια της (1) προκύπτει ότι: Ε12 = 3R 2.

Α

Η Γ

Β

| 92 |

22-0017-02.indd 184

1/11/2013 6:21:37 μμ

11.3

ΟΑ R 360 . = = = 30. Άρα ΑΗ 12 2 2 1 1 R R2 Επομένως (ΟΑΓ)= και Ε= ΟΓ ⋅ ΑΗ= R⋅ = 12(ΟΑΓ= ) 3R 2 .

12 2 2 2 4 

ˆ 2ος τρόπος: Είναι ΑΟΓ =

Σύνθετα Θέματα 1. Έχουμε ΟΑ = ΟΒ = α3 =

R 2

Μ

R 3 και ΟΜ = α 6 = (1).

2

Δ

Γ



Στο τρίγωνο Μ Α Β η ΜΟ είναι διάμεσος, ΑΒ2 (1) οπότε: ΜΑ 2 + ΜΒ 2 = 2ΜΟ 2 + ⇔ 2 2  R 3  R2 2 ⇔ ΜΑ= + ΜΒ2 2  ⇔  + 2  2 

(ε) Α

(

⇔ ΜΑ 2 + ΜΒ2 = 2R 2 ⇔ ΜΑ 2 + ΜΒ2 = R 2

2. i) Επειδή ΑΒΓ τέμνουσα και Α εξωτερικό σημείο του κύκλου είναι ΑΒ ⋅ ΑΓ = ΑΟ 2 − R 2 ⇔ ΑΒ ⋅ 2AB =

(

= R 7

)

2

)

2

Ο

Β

= λ 24 . Γ

Β Α

Ο

− R 2 ⇔ AB2 = 3R 2 .

Άρα ΑΒ = ΒΓ = R 3 = λ 3. Σχόλιο:



Η ΑΓ υπολογίζεται και από το 1ο θεώρημα διαμέσων στο τρίγωνο Α Ο Γ. 

ii) Επειδή ΟΒ διάμεσος στο τρίγωνο Α Ο Γ 1 R R2 3 έχουμε: ( ΑΟΓ)= 2(ΒΟΓ)= 2 ⋅ λ 3 ⋅ α 3= R 3 ⋅ = .

2 2 2

 = 60 3. Έχουμε ΑΒ = λ 6 ⇔ ΑΒ

 = 120 . και ΒΓ = λ 3 ⇔ ΒΓ  = 180, οπότε Β ˆ =90. Επομένως Άρα ΑΓ

2 Α R 3 ΑΜ = ΑΒ + ΒΜ ⇔ ΑΜ = R +   ⇔  2  2 7R R 7 2 ⇔ ΑΜ = ⇔ ΑΜ = (1).

4 2 2

2

2

2

2

Β Μ

Δ Γ

| 93 |

22-0017-02.indd 185

1/11/2013 6:25:01 μμ

11.4

Οι χορδές ΑΔ και ΒΓ τέμνονται στο Μ, οπότε:

ΒΜ ⋅ ΜΓ (1) ΑΜ ⋅ Μ∆ = ΒΜ ⋅ ΜΓ ⇔ Μ∆ = ⇔ Μ∆ = ΑΜ

R 3 R 3 ⋅ 2 2 ⇔ Μ∆ = 3R 7 .

14 R 7 2

§ 11.4 L

Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Έχουμε:

ΑΒ ΒΓ Γ∆ L1 + L 2 + L3 = 2π + 2π + 2π = 2 2 2 ΑΒ + ΒΓ + Γ∆ Α∆ = 2π = 2π = L. 2 2

ε

L2

L1 Α

Β

L3 Γ

Δ

2. Ο κύκλος αυτός έχει ακτίνα το απόστημα α 6 του 6-γώνου.

R 3 Είναι α 6 = , λ 6 =R και επειδή λ 6 = 10 προκύπτει α 6 =5 3 , οπότε το 2 ζητούμενο μήκος L του κύκλου είναι: L= 2πα 6 = 2π ⋅ 5 3 = 10π 3.

360 ˆ 3. Έστω ΑΒ = λ10. Τότε: ΑΟΒ = = 36, 10  οπότε το μήκος ΑΒ του δίνεται ΑΒ

πRµ π ⋅ 5 ⋅ 36 από την:  ΑΒ = = π,  = 180 180 δηλαδή  ΑΒ  = π cm .

Ο

Α

Β

4. Έστω L, τα μήκη των τροχών με ακτίνες R, ρ αντίστοιχα. Σύμφωνα με το πρόβλημα έχουμε: νL = 2ν ⇔ L = 2 ⇔ 2πR = 2 ⋅ 2π ⋅ ρ ⇔ R = 2ρ.

| 94 |

22-0017-02.indd 186

31/10/2013 5:54:59 μμ

11.4   360 5. Έχουμε ΑΒ = R 2 = λ 4, οπότε= ΑΒ = 90.

4 πR ⋅ 90 πR Άρα .  ΑΒ = =  180 2   360 Επίσης ΒΓ = R 3 = λ 3, οπότε = ΒΓ = 120 .

3 πR ⋅ 120 2πR = Άρα ΒΓ . = A 180 3

Επομένως  ΑΓ = 

B

O

πR ⋅ 150 5πR . = 180 6 

Γ

Αποδεικτικές Ασκήσεις

. Τότε (Οˆ ) =µ .

1. Έστω µ το μέτρο του τόξου ΑΓ 1 Αν Κ είναι το κέντρο του κύκλου (Κ) θα είναι ΚΟ = Κ∆ , ως ακτίνες, οπότε το Κ Ο ∆ είναι ισοσκελές και για την εξωτερική γωνία Κ̂ 1

O

ˆ , οπότε (Κˆ ) =2µ ˆ = 2Ο αυτού θα έχουμε: Κ 1 1 1  ) = 2µ. και ( Α∆ Επομένως: ΑΓ

Γ

Δ 1

Κ

1

Α

(κ)

R π 2µ πRµ πRµ 2 = και  Α∆ = (2).  (1) = 180 180 180

  Από (1) και (2) προκύπτει ότι τα μήκη  ΑΓ  και  Α∆  των τόξων ΑΓ και Α∆ είναι ίσα.

2. Έστω Ο το κοινό κέντρο των κύκλων και Λ το κέντρο του κύκλου που εφάπτεται σ’ αυτούς. Για την περίπτωση του σχ. 1 έχουμε: Επειδή οι κύκλοι (Ο, OA) και (Λ, ΛΑ) Α Α εφάπτονται εσωτερικά στο Α ισχύει: Λ Β Λ ΟΛ = ΟΑ − ΛΑ (1). Β Ο Ο Όμοια, επειδή οι κύκλοι (Ο, ΟΒ) και Β' (Λ, ΛΑ) εφάπτονται εσωτερικά στο Β′ ισχύει: ΟΛ = ΛΒ′ − ΟΒ′ = ΛΑ − ΟΒ (2). σχ. 1 σχ. 2 Από (1) και (2) προκύπτει ότι: ΟΑ − ΛΑ = ΛΑ − ΟΒ ⇔ 2ΛΑ = ΟΑ + ΟΒ (3).

| 95 |

22-0017-02.indd 187

1/11/2013 6:27:37 μμ

11.4 (3)

Τότε: L1 + L 2 = 2π(ΟΑ) + 2π(ΟΒ) = 2π(ΟΑ + ΟΒ)=

= 2π ⋅ 2ΛΑ = 2(2π ⋅ ΛΑ)= 2L ⇔ L =

1 (L1 + L 2 ).

2

Για την περίπτωση του σχ. 2 έχουμε: Οι κύκλοι (Ο, OA) και (Λ, ΛΑ) εφάπτονται εσωτερικά στο Α, άρα: ΟΛ = ΟΑ − ΛΑ (4). Οι κύκλοι (Ο, ΟΒ) και (Λ, ΛΑ) εφάπτονται εξωτερικά στο Β, οπότε: ΟΛ = ΟΒ + ΛΒ = ΟΒ + ΛΑ (5). Από (4), (5) προκύπτει: ΟΑ − ΛΑ = ΟΒ + ΛΑ ⇒ 2ΛΑ = ΟΑ − ΟΒ (6).

(6)

Τότε: L1 − L 2 = 2π(ΟΑ) − 2π(ΟΒ)= 2π(ΟΑ − ΟΒ) = 2π ⋅ 2ΛΑ = 1 = 2(2π ⋅ ΛΑ= ) 2L ⇒ = L (L1 − L 2 ).

2 3. Έχουμε 2τ= 13 + 14 + 15= 42 ⇔ τ= 21 και από τον τύπο του Ήρωνα

Ε 21 ⋅ 8 ⋅ 7 = ⋅ 6 84 cm 2 . έχουμε:= Από τον τύπο Ε = τρ προκύπτει πλέον ότι ρ =4 cm και επομένως το μήκος του εγγεγραμμένου κύκλου είναι:  = 2π4 = 8π cm .

αβγ αβγ 13 ⋅ 14 ⋅ 15 65 προκύπτει= , R = = 4R 4Ε 8 ⋅ 84 4 65 65 οπότε το μήκος L του περιγεγραμμένου κύκλου είναι: L =π 2 = π cm .

4 2 Από τον τύπο: Ε =

Σύνθετα Θέματα 1. Έστω x η ακτίνα του κύκλου που εφάπτεται στα τρία θεωρούμενα ημικύκλια.

R Τότε: ΟΜ = ΟΓ − ΜΓ = R − x , ΟΚ = 2 R και ΚΜ = Κ∆ + ∆Μ = + x.

2

Γ χ Μ Δ Α

Κ

Ο

Λ

Β



Το τρίγωνο Ο Κ Μ είναι ορθογώνιο στο Ο, οπότε: 2

R2 R  ΟΚ + ΟΜ = ΚΜ ⇔ + (R − x) 2 =  + x  ⇔ 4 2  2 R2 R R ⇔ + R 2 + x 2 − 2Rx = + x 2 + Rx ⇔ 3Rx = R 2 ⇔ x = , 4 4 3 R 2πR . οπότε το μήκος L του κύκλου κέντρου Μ είναι: L = 2πx = 2π = 3 3 2

2

2

| 96 |

22-0017-02.indd 188

31/10/2013 5:55:00 μμ

11.6-11.7

2. Έστω x η ακτίνα του κύκλου (c) και R = ΟΑ , τότε έχουμε: ΟΝ= R − x, R ΟΛ = ΜΝ = x, ΚΝ= + x. Β 2 

ˆ < 90, οπότε Στο τρίγωνο Ο Κ Ν είναι Ο 1 έχουμε: ΚΝ 2 = ΟΚ 2 + ΟΝ 2 − 2ΟΚ ⋅ ΟΛ ⇔

χ

Μ

Ν

(c)

2

R2 R R  ⇔  + x = + (R − x) 2 − 2 ⋅ x ⇔ 4 2 2 

1

R2 R4 Λ Κ Α + x 2 + Rx = + R 2 + x 2 − 2Rx − Rx ⇔ Ο 4 4 R , οπότε το μήκος του κύκλου (c) είναι: ⇔ 4Rx = R 2 ⇔ x = 4 R R πRµ πR90 πR  = 2πx = 2π = π (1). Αλλά και:= (2).  ΑΒ = =  4 2 180 180 2 Από (1) και (2) προκύπτει: = ΑΒ , δηλαδή το ζητούμενο. ⇔

3. Είναι (βλέπε σχήμα βιβλίου) ΑΒ = 5, ΚΛ 2 = ΒΚ 2 + ΒΛ 2 − 2ΒΛ ⋅ ΒΓ ⇔ ΒΓ = 1, 2 . Εξάλλου με εφαρμογή του 1ου θεωρήματος διαμέσων έχουμε 92 + 7 2 = 2Γ∆ 2 + 8 ⇔ Γ∆ = 61.  Το ημικύκλιο διαμέτρου ΔΕ έχει μήκος 2π. Από το ορθογώνιο τρίγωνο Μ Ζ Ι προκύπτει ΘΖ 2 = ΘΙ ⋅ ΘΜ = 2 ⋅ 8 = 16 ⇔ ΘΖ = 4 , οπότε το ημικύκλιο διαμέτρου ΕΖ έχει μήκος 4π. Επομένως το συνολικό μήκος της γραμμής ΑΒΓΔΕΖ είναι 6, 2 + 61 + 6π. § 11.6-11.7 Ασκήσεις Εμπέδωσης Α

1. Η ακτίνα ΟΔ του εγγεγραμμένου κύκλου  1 του τριγώνου Α ΒΓ είναι Ο∆= Α∆ 3 και επειδή ΑΔ ύψος του τριγώνου

( ΑΒ) 3 λ 3 3 R 3 ⋅ 3 3 = = = R 2 2 2 2 1 3 1 αφού ΑΒ = λ 3 = R 3 , οπότε Ο∆= ⋅ R= R 3 2 2 R2 και επομένως το εμβαδόν του κύκλου είναι π ⋅ .

4

Ο

είναι= Α∆

Β

Δ

Γ

| 97 |

22-0017-02.indd 189

6/2/2014 3:30:05 µµ

11.6-11.7

2. Έστω R η ακτίνα του κύκλου (Κ). πR ⋅ 60 πR  = 60= είναι  = , Το μήκος l του τόξου ΑΒ 180 3 πR = 4π ⇔ R = 12, οπότε το εμβαδόν Ε οπότε  = 4π ⇔ 3 του κύκλου θα είναι: Ε = πR 2 = 144π cm 2.

 , ΓΑ  και ΑΒ  είναι τόξα ίσων κύκλων 3. Τα τόξα ΒΓ και αντιστοιχούν σε ίσες επίκεντρες γωνίες, 60 , επομένως είναι ίσα, άρα και τα μήκη τους θα είναι ίσα.

Α

  είναι πα ⋅ 60 = πα , οπότε Το μήκος του τόξου ΒΓ 180 3  η περίμετρος του καμπυλόγραμμου τριγώνου Α ΒΓ Β πα είναι: 3 = πα .

3 Έστω ε το εμβαδόν του κυκλικού τμήματος χορδής ΒΓ.

Γ

ε

2  2 2 2  ) − ( ΑΒΓ) = πα ⋅ 60 − α 3 = πα − α 3 . Τότε: ε = (Ο ΒΓ 360 4 6 4 Το εμβαδόν Ε του καμπυλογράμμου τριγώνου θα είναι πλέον:

Ε = ( ΑΒΓ) + 3ε =

 πα 2 α 2 3  1 α2 3 + 3  − π − 3 α2 .  = 4 6 4 2  

(

)

4. Πρέπει (µ1 ) + (µ 2 ) + (µ3 ) + (k) = ( ΑΒΓ∆ ) ⇔ Δ ⇔ [(µ1 ) + (τ1 )] + [(µ 2 ) + (τ2 )] + [(µ3 ) + (τ3 )] + (k) = μ 1 τ1 = ( ΑΒΓ∆ ) + (τ1 ) + (τ2 ) + (τ3 ) ή 4 φορές το εμβαδόν ημικυκλίου διαμέτρου AO = Α κ = Εμβαδόν ημικυκλίου διαμέτρου ΑΒ

μ2 τ2 Ο

Γ τ3 R

μ3 B

2

R π  πR 2 πR 2 πR 2 2 ⇔ = ή 4⋅   = , που ισχύει.

2 2 2 2  , ΒΓ  και ΓΑ  είναι ίσα, οπότε έχουν και ίσα 5. Είναι φανερό ότι τα τόξα ΑΒ   είναι πR60 = πR , οπότε η περίμετρος του μήκη. Το μήκος π.χ. του ΑΒ 180 3 πR καμπυλογράμμου τριγώνου είναι: 3 = πR .

3

| 98 |

22-0017-02.indd 190

1/11/2013 6:28:52 μμ

11.6-11.7 

Έστω ε το εμβαδόν του καμπυλόγραμμου τριγώνου Α ΒΓ.  ) (1). Τότε: ε = (ΚΛΜ ) − 3(Μ ΑΒ

(2R) 2 3 = R2 3 4

Είναι= (ΚΛΜ )

K

R 2 60 πR 2  ) π= και (= , Μ ΑΒ 360 6

Γ

B ε

οπότε αντικαθιστώντας στην (1)

Λ

βρίσκουμε:

A

R Μ

R

πR 2 R 2 = ε R2 3 − = 2 3−π .

2 2

(

)

Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Επειδή από κατασκευή

1 ΟΒ 2 ˆ =60 ˆ =30, οπότε Ο και Γˆ =90 η γωνία Β 1 1  και επομένως το μήκος l του τόξου ΑΓ

είναι: ΟΒ = 2ΟΑ = 2ΟΓ ⇔ ΟΓ =

είναι:  =

πR60 πR . = 180 3 

Γ Ο

1

Α

1

Β



Επίσης από το ορθογώνιο τρίγωνο: Γ Ο Β ( Γˆ =90 ) έχουμε: ΒΓ 2 = ΟΒ 2 − ΟΓ 2 = (2R) 2 − R 2 = 3R 2 ⇔ ΒΓ = R 3 , 

οπότε το μεικτόγραμμο τρίγωνο Α ΒΓ έχει περίμετρο:

πR π  = R 1 + 3 +  .

3 3   Εξάλλου για το εμβαδόν ε του μεικτογράμμου τριγώνου Α ΒΓ έχουμε:  ) (1). ε = (ΟΓΒ) − (Ο ΑΓ P = ΑΒ + ΒΓ +  = R + R 3 +

1 1 R2 3 R ⋅ R 3= ΟΓ ⋅ ΒΓ= 2 2 2 2  2 R 60 πR  ) π= και (= , Ο ΑΓ 360 6

Είναι: (ΟΓΒ)=

| 99 |

22-0017-02.indd 191

31/10/2013 5:55:02 μμ

11.6-11.7

= ε οπότε η (1) δίνει:

R 2 3 πR 2 R 2 −= 3 3−π .

2 6 6

(

)

2. Έστω Μ το κοινό σημείο των δύο τόξων. Είναι φανερό ότι τα μεικτόγραμμα μη γραμμοσκιασμένα 

A

Δ



τρίγωνα Α ΒΜ και Α Γ Μ είναι ίσα, άρα και ισεμβαδικά. Έστω ε το εμβαδόν καθενός από τα τρίγωνα αυτά. Το ζητούμενο εμβαδόν Ε δίνεται από την: Ε =ΑΒΓ∆ ( ) − 2ε =α 2 − 2ε (1).

Μ Β

Γ

Αρκεί επομένως να βρούμε το ε. Έστω τ το εμβαδόν του τμήματος χορδής ΔΜ.  ˆ = ΜΑ∆ ˆ = 60 και Μ∆Γ ˆ = 30. Επειδή ΑΜ ∆ ισόπλευρο πλευράς α, είναι: Α∆Μ Έτσι έχουμε:

2   ) − τ = πα 30 − ( Α Μ∆  ) − ( ΑΜ∆)  = ε = (∆ ΜΓ    360 2 2  2 2 2 2 πα πα 60 α 3 α 3 πα α = − + = − = 3 3−π , 12 360 4 4 12 12 α2 = Ε 6−3 3 + π . οπότε με αντικατάσταση στην (1) βρίσκουμε ότι: 6

(

3. Παρατηρούμε ότι R − R < R 2 < R + R και επομένως οι κύκλοι τέμνονται. Έστω Α, Β τα κοινά τους σημεία. Επειδή ΚΑ = ΑΛ = ΛΒ = ΛΚ = R το τετράπλευρο ΚΑΛΒ είναι ρόμβος.

2

2

2

2

(

)

2

) (

)

A K Δ

Γ Λ B

2

Όμως: ΚΑ + ΑΛ = R + R = R 2 = ΚΛ , ˆ = 90 και επομένως το ΚΑΛΒ είναι τετράγωνο. οπότε: ΚΑΛ

Το εμβαδόν του κοινού μέρους είναι το εμβαδόν δύο ίσων κυκλικών τμημάτων. Έτσι έχουμε:

 ) − (ΚΑΒ)]= Ε= 2( ΑΒΓ= ) 2[(Κ ΑΓΒ  πR 2 90 1   πR 2 R 2  π − 2 2 = 2 − R ⋅ R = 2 − = R.     2 2  2  360   4

| 100 |

22-0017-02.indd 192

13/3/2014 11:50:25 πµ

11.6-11.7

4. Το εμβαδόν Ε του χωρίου που περικλείεται μεταξύ των τριών ημικυκλίων δίνεται από την: 2

2

2

1  ΑΒ  1  ΑΓ  1  ΓΒ  Ε = π  − π  − π  = Δ 2  2  2  2  2  2  1 = π( ΑΒ2 − ΑΓ 2 − ΓΒ2 )= 8 A Γ Β 1 1 = π[( ΑΓ + ΓΒ) 2 − ΑΓ 2 − ΓΒ2 ]= π2 ΑΓ ⋅ ΓΒ= 8 8 1 = π ⋅ ΑΓ ⋅ ΓΒ .

4  Αλλά από το ορθογώνιο τρίγωνο ∆ Α Β ( ∆ˆ =90). Έχουμε ΑΓ ⋅ ΓΒ = Γ∆ 2, οπότε η προηγούμενη σχέση γίνεται: 2

1  Γ∆  Ε = πΓ∆ 2 = π   = εμβαδόν κύκλου διαμέτρου ΓΔ.

4  2  5. Έστω (Κ, x) ο κύκλος ο εγγεγραμμένος στον  με ΑΒ  = 60. τομέα Ο ⋅ ΑΒ

ˆ =30 , Τότε ΟΚ= R − x, ΚΓ = x και Ο 1

Ο 1

A



R

Γ χ

Κ

Β

οπότε από το ορθογώνιο τρίγωνο Γ Ο Κ προκύπτει:

ΓΚ =

ΟΚ R−x R ⇔x= ⇔ 3x = R ⇔ x = , 2 2 3

οπότε το εμβαδόν του κύκλου (Κ, x) είναι: Ε = π

R2 .

9

Σύνθετα Θέματα

Α

1. i) Επειδή ΑΒ = λ 6 και ΒΓ = λ 3 προκύπτει ότι:   ΑΒΓ = 60 + 120 = 180 , οπότε ΑΓ διάμετρος του κύκλου (Ο, R), άρα ΑΓ = 2R .

Ζ

Η τ1

τ2 Ο

Β τ3 Κ

1 Δ ii) Το τρίγωνο Α ΒΓ έχει εμβαδόν: ( ΑΒΓ)= ΑΒ ⋅ ΑΓ 2 1 3 2  ˆ (αφού Β =90 ) = R ⋅ R 3 = R , οπότε αν Ε το εμβαδόν 2 2 

( ΑΒΓ) του κύκλου θα είναι: = Ε

Γ

3 2 R 3 2 . = 2 πR 2π

| 101 |

22-0017-02.indd 193

6/2/2014 3:36:49 µµ

11.6-11.7

iii) Το κυκλικό τμήμα ΑΓΖ είναι προφανώς ημικυκλικός δίσκος, οπότε το 1 εμβαδόν του (τ2 ) = πR 2. Για το εμβαδόν (τ3 ) του (ΒΓΔ) έχουμε: 2 πR 2120 1 R πR 2 R 2 3 R 2  − = − = (τ3 ) = (Ο Β∆Γ) − (ΟΒΓ) = R 3 4π − 3 3 .

360 2 2 3 4 12

(

)

Για το εμβαδόν, τέλος, του κ.τ. ΑΗΒ έχουμε: 2  2 2 2 2  ) − (ΟΑΒ) = πR 60 − R 3 = πR − R 3 = R 2π − 3 3 . (τ1 ) = (Ο ΑΗΒ 360 4 6 4 12

(

)

 = ΒΓ  = 90, οπότε Β∆Γ  = 180 και επομέ2. Επειδή ΑΒ = ΑΓ = λ 4, θα είναι ΑΒ ˆ = 90 . Έτσι το ζητούμενο εμβαδόν, έστω Ε, θα είναι το εμβαδόν νως ΒΑΓ

 ) του κύκλου (Α, ΑΒ) του τεταρτοκυκλίου ( Α ΒΓ αυξημένο κατά το διπλάσιο του εμβαδού ε ενός από τα ίσα κυκλικά τμήματα που ορίζουν οι ίσες χορδές ΑΒ και ΑΓ στον (Ο, R), δηλαδή

A

 ) + 2ε (1). Είναι: Ε = ( Α ΒΓ  )= 1 π ⋅ ΑΒ2= 1 π R 2 2= 1 πR 2 (2) ( Α ΒΓ 4 4 2  ) − (ΟΑΓ) = 1 πR 2 − 1 R 2 (3). ε = (Ο ΑΓ 4 2

(

ε

)

Β

Γ

Ο

Αντικαθιστώντας τις (2) και (3) στην (1) βρίσκουμε: Ε = (π − 1)R 2.

3. Παρατηρούμε ότι R − R < R 3 < R + R , οπότε οι κύκλοι τέμνονται. Έστω (K, R), (Λ, R) οι κύκλοι και ΑΒ η κοινή χορδή τους. Επειδή ΚΑ = ΑΛ = ΛΒ = ΚΒ = R , το τετράπλευρο ΚΑΛΒ είναι ρόμβος, οπότε:

ΚΟ =

ΚΛ R 3 = = α6 .

2 2

A

Άρα η χορδή ΑΒ του κύκλου (Κ, R) είναι ΑΒ = λ 6 = R . Το ζητούμενο εμβαδόν ε είναι το εμβαδόν δύο ίσων κυκλικών τμημάτων. Επομένως: ε = 2 ⋅ Ε κυκλικού τµήµατος (ΚΑΒ) =

R K R

R Ο

Λ R

Β

 πR 2 60 R 2 3  πR 2 R 2 3  ) − (ΚΑΒ= )  2  = 2 (Κ ΑΒ − = − .     4  3 2  360 | 102 |

22-0017-02.indd 194

1/11/2013 6:35:40 μμ

Γενικές Ασκήσεις

 = ΓΒ  = 90.

4. Έχουμε ΑΒ

Γ

Άρα ΑΓ = ΒΓ = λ 4 = R 2 .

πR 2 (1), 2 γιατί η ΑΒ είναι διάμετρος.

2   ) = π ⋅ ΓΑ ⋅ 90 = Επίσης ( ΑΒΓ) + τ = (Γ ΑΒ 360 Παρατηρούμε ότι: µ + τ =

=

2

ΓΟ τ

Α

Β

μ Ο

Α

Β

τ

2

π(R 2) πR . (2) = 4 2

μ

Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι µ + τ = ( ΑΒΓ) + τ ή µ = ( ΑΒΓ) .

Α

Η

Γενικές Ασκήσεις

R 3 .

2

Επίσης ΚΛ =

Α

Ζ

Λ Μ

Ε

Ο

Ν

Γ

Δ

Ρ

ΑΓ λ 3 R 3 = = 2 2 2

Γ

Η

Ρ

Ζ

R 3 (1).

2

Β

Κ

Ο Σ

ΟΚ = ΟΛ = ΟΜ = ΟΝ = = ΟΡ = ΟΣ =

Λ

Σ

1. α) Έχουμε ΟΚ = α 6 = Όμοια

Β

Κ

Μ

Ε

Ν

Δ

R 3 (2).

2 Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι το ΚΛΜΝΡΣ είναι κανονικό εξάγωνο με κέντρο Ο.

και όμοια: ΚΛ = ΛΜ = ΜΝ = ΝΡ = ΡΣ = ΣΚ =

β) Έχουμε ( ΑΒΓ∆ΕΖ)= 6(ΟΑΒ)= 6 ⋅ είναι ισόπλευρο με πλευρά R.

 R2 3 (3), γιατί το τρίγωνο O A B 4

| 103 |

22-0017-02.indd 195

26/2/2015 2:21:51 µµ

Γενικές Ασκήσεις 2

R 3   ⋅ 3 2  6 3R 2 3  Επίσης (ΚΛΜΝΡΣ)= 6(ΟΚΛ )= 6 ⋅ (4), = ⋅ 4 4 4  R 3 γιατί το τρίγωνο Ο Κ Λ είναι ισόπλευρο με πλευρά .

2 3 Από τις (3) και (4) προκύπτει ότι: (ΚΛΜΝΡΣ= ) ( ΑΒΓ∆ΕΖ) .

4 γ) Η ακτίνα ρ του κύκλου του εγγεγραμμένου στο ΚΛΜΝΡΣ είναι

ρ = ΟΗ =

3R 3πR R 3 3 3R . Άρα L = 2π ⋅ ρ = 2π ⋅ = . ⋅ = 4 2 2 2 4

ˆ = 360 .

2. α) Επειδή ΑΒ = λ ν είναι ΑΟΒ ν Άρα 2 

Α

Β

Α´

   360 π ⋅  R 2  ⋅ 360 π ⋅ α 24 ⋅ 2 ν =  2  ν = π ⋅ R (1).  ′Β′) = (Ο Α   360 360 2ν

Β΄



Ο

Επίσης

360 2 ν − πR =  ) − (Ο Α  ′Β′) = ε = (Ο ΑΒ 360 2ν 2 2 2 πR πR 2πR πR 2 πR 2 = − = − = (2). ν 2ν 2ν 2ν 2ν  ′Β′) . Από τις (1) και (2) προκύπτει ότι: ε = (Ο Α πR 2 ⋅

β) Είναι ε =

πR 2 ⇔ 2νε = πR 2 , από το (α) ερώτημα.

2ν

3. Έστω Α1Α 2 ...Αν ένα κυρτό ν-γωνο. Εξωτερικά αυτού κατασκευάζουμε τα ορθογώνια Α1Α 2 Γ1Β1, Α 2 Α3Γ 2 Β 2, ..., Αν Α1Γ ν Βν με ίδιο ύψος υ και συνδέουμε τις εξωτερικές πλευρές αυτών με τόξα κύκλων που γράφουμε με κέντρα τις κορυφές και ακτίνα υ.

  Τότε οι κ. τομείς Α1 Γ ν Β1, Α 2 Γ1Β 2 , ...,  Αν Γ ν−1Β ν είναι τομείς ίσων κύκλων ακτίνας υ. Αν µ1, µ 2 , ..., µ ν είναι τα μέτρα των επικέντρων ˆ Γ ,Β Α ˆ ˆ γωνιών Β1 Α 1 ν 2 2 Γ1 , ..., Β ν Α ν Γ ν−1 αντίστοιχα

Γ1 Β2

Β1 Γν μ 1 Βν Γν−1 μ2 Α 1 Αν Α2

μ3 Γ2 Α3 Β3 Γ3

| 104 |

22-0017-02.indd 196

31/10/2013 5:55:05 μμ

Γενικές Ασκήσεις

και ε1, ε 2, ..., ε ν τα εμβαδά των αντίστοιχων κυκλικών τομέων

πυ2µ ν πυ2µ1 πυ2µ 2 έχουμε: ε1 = , , ..., ε = ε = ν 2 360 360 360 πυ2 (µ1 + µ 2 + ... + µ ν ) (1).

360 ˆ 180 − Α ˆ . µ1 360 − 90 − 90 − = Α Αλλά = 1 1   ˆ ˆ µ 2 180 − Α 2, …, = µ ν 180 − Αν , οπότε Όμοια = µ1 + µ 2 + ... + µ= 180 ν − ( Α ) 180ν − (180ν − 360) = 360 , ν 1 + Α 2 + ... + Α ν= οπότε η (1) δίνει ε1 + ε 2 + ... + ε ν = πυ2.

από τις οποίες προκύπτει: ε1 + ε 2 + ... = + εν

Α Δ 4. Έστω x η ακτίνα των κύκλων. Επειδή οι κύκλοι χ εφάπτονται μεταξύ τους εξωτερικά και εφάπτονται Α Ζ Ν Δ Κ χ επίσης στις πλευρές του τετραγώνου έχουμε: 4x = α, Η εΖ Ν α δηλαδή x = . Κ Η ε 4 Λ Μ Αν Κ, Λ, Μ και Ν είναι τα κέντρα των Λ Μ κύκλων τότε το ΚΛΜΝ είναι τετράγωνο γιατί Β Γ  ˆ ΚΛ = ΛΜ = ΜΝ = ΝΚ = 2x και Κ =90 ˆ =90 ). ΤοΒ ζητούμενο πλέονΓ (η γωνία Κ έχει παράλληλες πλευρές με την Α εμβαδόν ε θα δίνεται από την: 2  2  ) = (2x) 2 − 4 πx ⋅ 90 = 4x 2 − πx 2 Α= (4 − π) α . ε = (ΚΛΜΝ ) − 4(Κ ΗΖ 360 16 2 4

2

2

Α Β

2

5. α) Ε = λ = (R 2) = 2R = 2 ⋅ 1600 = 3200 m . β) Αν ρ είναι η ακτίνα κάθε κυκλικής γλάστρας έχουμε: R 2 2ρ= ΟΑ − ΟΒ= R − α 4= R − = 40 − 20 2 ⇔ 2 ⇔= ρ 10(2 − 2), οπότε το εμβαδόν κάθε κυκλικής γλάστρας είναι ε = πρ2 = 200π(3 − 2 2) m 2 και το εμβαδόν

Β Ο Ο R=40 R=40 25

(

Β

)

του μέρους που καλύπτουν οι γλάστρες είναι 800π 3 −252 2 Βm 2 . Γ

γ) Το εμβαδόν του μέρους που θα φυτευθεί με γκαζόν Γείναι: 2

2 4

(

πR − λ − 4ε = π ⋅ 1600 − 40 2

(

)

)

2

= 800π 2 2 − 1 − 3200 m .

2

(

)

− 800π 3 − 2 2 =

25

25 Ο Ο

| 105 |

22-0017-02.indd 197

6/2/2014 3:40:36 µµ

Ο R=40

Γενικές Ασκήσεις

6. α) Ο εγγεγραμμένος κύκλος έχει προφανώς ακτίνα ρ =25 m , επομένως το εμβαδόν 2 25π m 2. του είναι πρ= β) Αν x είναι η ακτίνα καθενός απ’ αυτούς τους κύκλους και Κ το κέντρο ενός απ’ αυτούς έχουμε: ΑΚ = x 2, ΚΓ = x , οπότε από την ισότητα ΟΑ = ΟΓ + ΚΓ + ΚΑ προκύπτει:

(

25 2 = 25 + x + x 2 ⇔ ... ⇔ x = 25 3 − 2 2 και επομένως:

(

Β

25 Γ

25 Ο

)

)

Ε = πx 2 = 625 17 − 12 2 = 18, 4 m 2.

7. Έστω ΑΒ και ΓΔ δύο πλευρές του 15-γώνου και ω η γωνία που σχηματίζουν οι προεκτάσεις  περιέχει αυτών. Αν υποθέσουμε ότι το τόξο ΒΓ  θα περιέχει ν πλευρές του 15-γώνου, τότε το Α∆ 15 − ν − 2= 13 − ν πλευρές και επομένως θα  = ντ είναι ΒΓ

 = (13 − ν)τ , και Α∆  = 1 360 = 24. όπου τ = ΑΒ 15

Α

Β ν

ω

Γ Δ

Η γωνία ω είναι τότε: 1   1 1 ω= Α∆ − ΒΓ= [(13 − ν)τ − ντ= ] (13 − 2ν)= τ (13 − 2ν) ⋅12 (1).

2 2 2 Ο 13 − 2ν είναι ένας θετικός ακέραιος και επομένως η ελάχιστη τιμή τους είναι το 1, οπότε 13 − 2ν = 1 ⇔ ν = 6 και από την (1) προκύπτει πλέον ότι ωmin =⋅ 1 12 =12.

(

)

| 106 |

22-0017-02.indd 198

1/11/2013 6:42:05 μμ

Γενικές Ασκήσεις

Σχόλιο:

 > ΒΓ  ⇔ 13 − ν > ν ⇔ ν < 13. Παραπάνω υποθέσαμε ότι Α∆ 2  < ΒΓ , Στο ίδιο αποτέλεσμα καταλήγουμε αν Α∆ 1   τότε όμως ω = ΒΓ − Α∆ .

2

(

)





x

M

0 8. α) Τα τρίγωνα Μ Α ∆ και Σ Α Β είναι M ορθογώνια στο Μ και Σ αντίστοιχα, 2 Σ οπότε έχουμε: ΑΜ = ΑΓ ⋅ Α∆ και 2 ΑΣ = ΑΓ ⋅ ΑΒ. Με αντικατάσταση των ΑΜ 2 και Α Γ Β Δ ΑΣ 2 στην ΑΜ 2 = 2 ΑΣ 2 προκύπτει Α∆= 2 ΑΒ. ˆ = 90 , το β) Επειδή Α∆= 2 ΑΒ , το ΑΔ είναι σταθερό τμήμα και αφού ΑΜ∆ Μ βρίσκεται σε ημικύκλιο διαμέτρου ΑΔ. Επειδή όμως το Μ ανήκει στη Γx και οι ακραίες θέσεις του Γ είναι Α και Β,

, όπου Μ η τομή της καθέτου ο γ.τ. του Μ είναι το τεταρτοκύκλιο ΑΜΜ 0 0 της ΑΒ στο Β και του ημικυκλίου διαμέτρου ΑΔ.

2π ⋅ ΑΒ 1 = π ⋅ ΑΒ και το μήκος l2 4 2 1 του ημικυκλίου διαμέτρου ΑΒ είναι  2= π ⋅ ΑΒ και επομένως l1 = l2 .

2  ) − (ΟΑΓ) (1) 9. α) Έχουμε: ε = (Ο ΑΓ

 είναι  = γ) Το μήκος l1 του τόξου ΑΜ 0 1

1

Α

 ) − (ΟΑΒ) (2). και ε 2 = (Ο ΑΒ Από τις (1), (2) παίρνοντας υπόψη ότι (ΟΑΓ) = (ΟΑΒ) (γιατί η AO είναι 

διάμεσος στο Α ΒΓ ) προκύπτει:

Τ Λ Ν Σ

ε2 Β

Δ Κ Μ

R

Ο

ε1 Γ

 ) − (Ο ΑΒ  ) (3). ε1 − ε 2 = (Ο ΑΓ  ) = (Ο Α∆  ) , οπότε η (3) γίνε = Α∆  έχουμε ότι (Ο ΑΒ Επειδή όμως ΑΒ  ). ται ε − ε = (Ο Γ∆ 1

2

β) Έστω (Λ, x) ένας εγγεγραμμένος κύκλος στο κυκλικό τμήμα χορδής ΑΓ και (Κ, KM) ο κύκλος ο εγγεγραμμένος που εφάπτεται στο μέσο Μ της

| 107 |

22-0017-02.indd 199

1/11/2013 6:43:17 μμ

Γενικές Ασκήσεις

χορδής ΑΓ. Τότε: 2x = ΤΣ = ΟΤ − ΟΣ = R − (ΟΝ + ΝΣ) ≤ R − ΟΝ και επειδή ΟΝ ≥ ΟΜ αφού ΟΜ κάθετη στην ΑΓ, έχουμε: 2x ≤ R − ΟΜ = Ο∆ − ΟΜ = Μ∆ ⇔ x ≤ ΚΜ , που είναι και το ζητούμενο. γ) i) Έστω ρ1, ρ2 οι ακτίνες των μεγίστων εγγεγραμμένων κύκλων στα κυκλικά τμήματα χορδών ΑΓ, ΑΒ αντίστοιχα.

1 γ γ Τότε: 2ρ1 = R − ΟΜ = R − ⇔ ρ1 =  R − .

2 2 2 1 β Όμοια: = ρ2  R −  , όπου β = ( ΑΓ) και γ = ( ΑΒ) , οπότε: 2 2

π  γ  β  R −  +  R −  4  2  2 2

Ε1 + Ε 2 = πρ12 + πρ22 =

2

 = 

=

 π  2 β2 + γ 2 − R(β= + γ)  2R + 4 4 

=

π  2R 2 + R 2 − R(β + γ )  (1) γιατί β2 + γ 2 = α 2 = 4R 2.

4

Αλλά με τριγωνική ανισότητα στο ΑΒΓ παίρνουμε β + γ > 2R και επειδή είναι δυνατόν το Α να συμπέσει με το Β έχουμε β + γ ≥ 2R , οπότε από την (1) προκύπτει ότι Ε1 + Ε 2 ≤

πR 2 .

4

ΒΓ  = 120 είναι ΑΒ  = 60, οπότε: ΑΒ ii) Όταν Β∆ = ⇔= γ R 2  = 120 , οπότε ΑΓ = λ ⇔ β = R 3 . και ΑΓ 3

R 2− 3 Οι ακτίνες ρ1, ρ2 είναι τώρα ρ1 = και ρ2 = R, 4 4 όπως προκύπτει από τις παραπάνω εκφράσεις των ρ1, ρ2 . Έτσι έχουμε:

(

)

Ε1 + 7 + 4 3 = Ε2

π 2 πR 2 2 .

R + 7 + 4 3 7 − 4 3 R=  16  8

(

)(

)

| 108 |

22-0017-02.indd 200

31/10/2013 5:55:08 μμ

Γενικές Ασκήσεις

ˆ =Ο ˆ ′ και αφού οι κύκλοι είναι ίσοι θα είναι 10. α) Επειδή ΟΒ//Ο′Β′ είναι Ο 1 1  ) = ( Ο′ Α  ′Β′). (Ο ΑΒ

α)

 ) + (Ο ΑΒ ′) = (Ο′ Α  ′) = (Ο′ ΑΑ ′). ′Β′) + (Ο′ ΑΒ β) Είναι: (Ο ΑΒ γ) Επειδή ΟΒ//=Ο′Β′ το ΟΒΒ′Ο′ είναι παραλληλόγραμμο, οπότε ΒΒ′ = ΟΟ′ , άρα ΒΒ′ = ΑΑ′ και επομένως ′) = (Κ ΒΒ ′), οπότε από το β) (Ο′ ΑΑ προκύπτει το ζητούμενο.

Β

Κ

Β'

Γ

1

OΔ Α

O

1

Α'

δ) Προσθέτουμε και στα δύο μέλη του γ) το εμβαδόν του μεικτογράμμου τριγώνου Α ΒΓ και στη συνέχεια αφαιρούμε και από τα δύο μέλη της προκύπτουσας το εμβαδόν του κυκλικού τμήματος χορδής ΓΒ′, οπότε προκύπτει η ζητούμενη σχέση. Τέλος, για να γίνει μέγιστο το ε, αρκεί το εμβαδόν του παραλληλογράμμου (ΟΒΒ′Ο′) = ΟΟ′ ⋅ Β∆ να γίνει μέγιστο, το οποίο συμβαίνει όταν η ακτίνα ΟΒ γίνει κάθετη στην ΟΟ′. Έτσι τα ζητούμενα σημεία Β, Β′ είναι τα σημεία των κύκλων (Ο), (Ο′) αντίστοιχα για τα οποία ΟΒ, Ο′Β′ ⊥ ΟΟ′ .

| 109 |

22-0017-02.indd 201

1/11/2013 6:45:10 μμ

22-0017-02.indd 202

31/10/2013 5:55:08 μμ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ

12

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΥΠΟΔΕΙΞΕΙΣ

• Σε κάθε επίπεδο του χώρου ευθείες παράλληλες τέμνονται ισχύουν οι προτάσεις της σε ευθεία παράλληλη σε αυτές. επιπεδομετρίας. Επομένως Επίσης, παράλληλα επίπεδα μπορούμε να συγκρίνουμε τέμνονται από τρίτο κατά ευθείες παράλληλες. (§ 12.4 τρίγωνα, γωνίες, ευθύγραμμα Ασκ. Εμπ. 5, 6, 10, Αποδ. τμήματα ή άλλα σχήματα που Ασκ. 2) βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο ή σε διαφορετικά επίπεδα του • Τα σημεία του χώρου που ισαπέχουν από τα άκρα ενός χώρου. (§ 12. 4 Αποδ. Ασκ. 1, ευθυγράμμου τμήματος 2, 3 Συνθ. θεμ. 3. Γεν. Ασκ. ανήκουν στο μεσοκάθετο 4, 5, 6, 7) • Αν δύο ευθείες είναι ασύμβατες, επίπεδο του τμήματος. (§ 12.5 τότε όλα τα επίπεδα που Ασκ. Εμπ. 2 § 12.6 Ασκ. Εμπ. περνάνε από την μία πλην ενός 1, 2, 7, 8 § 12.7 Ασκ. Εμπ. 3). τέμνονται από την άλλη. (§ 12.3 • Χ ρ ή σ ι μ α γ ι α τ η ν λύ σ η ασκήσεων είναι επίσης το Ασκ. Εμπ. 1, 2 Αποδ. Ασκ. 4) • Τρεις ευθείες στον χώρο θεώρημα των τριών καθέτων, οι περνάνε από το ίδιο σημείο συνθήκες καθετότητας ευθείας αν οι ευθείες είναι τομές τριών και επιπέδου και το θεώρημα επιπέδων ανά δύο. (§ 12.3 του Θαλή. (§ 12.4 Αποδ. Ασκ. Αποδ. Ασκ. 5, § 12.4 Σύνθ.

4. § 12.5 Ασκ. Εμπ. 2, § 12.6 θεμ. 1, 2). Ασκ. Εμπ. 3, 6, Αποδ. Ασκ.

1, 2).

• Επίπεδα που περνάνε από δύο

22-0017-02.indd 203

31/10/2013 5:55:08 μμ

12.3

§ 12.3 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Αν ε1 και ε2 είναι οι ασύμβατες ευθείες και Ο το σταθερό σημείο, τα επίπεδα (ε1, Ο) και (ε2, Ο) έχουν κοινό το Ο, άρα τέμνονται σε μία ευθεία, έστω ε, που περνάει από το Ο. Η ε τέμνει τις ε1 και ε2 στα σημεία Α και Β. Διερεύνηση: Αν η ευθεία ε είναι παράλληλη στην ε1 ή στην ε2 τότε το πρόβλημα δεν έχει λύση. Οι ευθείες ε1 και ε2 δεν μπορεί να είναι ταυτόχρονα παράλληλες στην ε διότι τότε θα ήταν συμβατές.

Α ε

Ο Β ε

2. Αν ε1, ε2 και ε3 είναι οι τρεις ασύμβατες ανά δύο ευθείες, θεωρώ τυχαίο επίπεδο π που περνάει από την ε1 και τέμνει τις ε2 και ε3 στα σημεία ΒΓ. Η ευθεία ΒΓ τέμνει την ε1 στο σημείο Α γιατί οι ε1 και ΒΓ είναι συνεπίπεδες. Η ΑΒΓ είναι η ζητούμενη ευθεία. Υπάρχουν άπειρες τέτοιες ευθείες όσα και τα επίπεδα που περνάνε από την ε1 και τέμνουν τις ε2 και ε3.

3. Θεωρούμε το επίπεδο π = ( Α, ε′) , το οποίο τέμνει το επίπεδο του κύκλου κατά την ευθεία ζ η οποία με την σειρά της τέμνει τον κύκλο σε δύο σημεία, τα Γ και Γ′. Η ευθεία ΑΓ ή η ΑΓ′ είναι η ζητούμενη ευθεία. Διερεύνηση: Εάν το επίπεδο π τέμνει τον κύκλο σε δύο σημεία, υπάρχουν δύο από τις ζητούμενες ευθείες. Εάν ο κύκλος εφάπτεται στο επίπεδο π τότε υπάρχει μία τέτοια ευθεία και αν ο κύκλος δεν έχει κοινό σημείο με το επίπεδο τότε το πρόβλημα δεν έχει λύση.

4. Θεωρούμε τα επίπεδα (Μ, Χ, Χ′) και (Μ, Ψ, Ψ´). Τα επίπεδα αυτά έχουν δύο κοινά σημεία, Ψ' τα Μ και Ο, που είναι τομή των ευθειών XX′ και ΨΨ′. Επομένως τα επίπεδα τέμνονται κατά την ευθεία ΜΟ. Αν το Μ κινείται πάνω στην ευθεία ε, τότε οι ευθείες ΜΟ βρίσκονται στο επίπεδο (Ο, ε).

ε΄

Α

ε1

Β

ε2

Γ

ε3

ε´

Γ´

Γ

ζ

Β

Ο

Ψ

ε Α

π

Χ

Χ'

Μ ε

| 112 |

22-0017-02.indd 204

31/10/2013 5:55:08 μμ

12.3

Αποδεικτικές Ασκήσεις

τ

1. Έστω π το δοσμένο επίπεδο και τ το επίπεδο του κύκλου. Τα επίπεδα π και τ ή είναι παράλληλα, οπότε ο κύκλος και το π δεν έχουν κοινό σημείο, ή τέμνονται κατά ευθεία ε. Η ευθεία ε μπορεί να έχει, κατά τα γνωστά από την γεωμετρία του επιπέδου, δύο, ένα ή κανένα κοινό σημείο με τον κύκλο, ανάλογα με την απόστασή της από το κέντρο του.

ε

π

ε2

Β

Α

ε1

ε2 2. i) Θεωρούμε τρεις ευθείες ε1, ε2 και ε3 ε3 ε3 που τέμνονται ανά δύο, χωρίς να ε1 Α περνάνε από το ίδιο σημείο. Δύο από π αυτές, έστω οι ε1 και ε2, ως τεμνόμενες, (α) (β) ορίζουν επίπεδο π = (ε1 , ε 2 ). Η τρίτη ευθεία, ε3, τέμνει στα σημεία Α και Β τις ε1 και ε2 αντίστοιχα. Τα δύο αυτά σημεία είναι διαφορετικά του κοινού σημείου, σύμφωνα με την υπόθεση. Τότε, η ευθεία ε3 έχει δύο σημεία της στο επίπεδο π, άρα κείται σε αυτό. ii) Έστω Α το κοινό σημείο των ε2 και ε3. Οι ευθείες ε1 και ε2, ως τεμνόμενες, ορίζουν το επίπεδο (ε1 , ε 2 ). Επίσης, οι ευθείες ε1 και ε3, ως τεμνόμενες, ορίζουν το επίπεδο (ε1 , ε3 ). Τα επίπεδα αυτά έχουν κοινή την ευθεία ε1, δεν ταυτίζονται όμως διότι τότε οι τρεις ευθείες θα ήταν συνεπίπεδες. Έχουμε, δηλαδή, δύο τεμνόμενα επίπεδα, την ευθεία ε2 στο ένα και την ευθεία ε3 στο άλλο. Επιπλέον οι ε2 και ε3 έχουν κοινό το σημείο Α, άρα αυτό είναι σημείο της τομής τους, δηλαδή της ευθείας ε1.

3. Εάν υπήρχε επίπεδο που να περιέχει τις ευθείες ΑΓ και ΒΔ, τότε αυτό θα περιείχε τις ευθείες ε1 και ε2, που είναι άτοπο. Αφού λοιπόν δεν υπάρχει επίπεδο που να τις περιέχει, αυτές είναι ασύμβατες. ε4 ε3 4. Ανάλυση: Αν ε είναι η ευθεία που τέμνει και τις π τέσσερις, αυτή τέμνει τις συνεπίπεδες ευθείες ε1 και ε2, άρα κείται στο επίπεδό τους. Β Κατασκευή: Θεωρώ το επίπεδο π των παραλλήλων ε ευθειών ε1 και ε2. Αυτό τέμνεται από τις άλλες δύο Α ε1 ευθείες ε3 και ε4 στα σημεία Α και Β αντίστοιχα. ε2 Η ευθεία ΑΒ είναι η ζητούμενη. Απόδειξη: Η ευθεία ΑΒ τέμνει τις ευθείες ε3 και ε4 από την κατασκευή. Επειδή

| 113 |

22-0017-02.indd 205

31/10/2013 5:55:09 μμ

12.4

όμως βρίσκεται στο επίπεδο των παραλλήλων ευθειών τέμνει και αυτές. Διερεύνηση: Εάν η ευθεία ΑΒ είναι παράλληλη στις ε1 και ε2 τότε το πρόβλημα δεν έχει λύση.

5. Έστω π1, π2 και π3 τρία επίπεδα που τέμνονται ανά δύο στις ευθείες ε1 = (π2 , π3 ), ε 2 = (π1 , π3 ) και ε3 = (π1 , π2 ). Το επίπεδο π3 τέμνεται από τα επίπεδα π1 και π2 στις ευθείες ε2 και ε1 αντίστοιχα. Διακρίνουμε δύο περιπτώσεις:

π2

ε3 ε1

π1

Ο

ε3 ε2

π3 ε 2

π1

(α)

ε1 π2

π3 (β)

i) οι ευθείες ε1 και ε2 τέμνονται. Αν Ο το σημείο τομής των ε1 και ε2, αυτό είναι σημείο και των τριών επιπέδων, άρα από αυτό θα διέρχεται και η τρίτη ευθεία ε3. ii) οι ευθείες ε1 και ε2 είναι παράλληλες. Τότε και η τρίτη ευθεία ε3 τομής των επιπέδων π1 και π2 είναι παράλληλη σε αυτές. Διότι, αν έτεμνε μία από αυτές, έστω την ε2, τότε τα τρία επίπεδα θα είχαν ένα κοινό σημείο και από αυτό θα περνούσε και η ευθεία ε1, που είναι άτοπο, διότι είναι παράλληλη στην ε2. § 12.4

ε1

Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Από το σημείο Ο φέρουμε ευθείες ξ1 και ξ2 παράλληλες στις ε1 και ε2 αντίστοιχα. Το επίπεδο (ξ1, ξ2) είναι το ζητούμενο.

ξ1

Ο

ξ2 ε2

2. Από το δοθέν σημείο Α φέρουμε επίπεδο τ, παράλληλο στο π. Επειδή η ευθεία ξ τέμνει το επίπεδο π θα τέμνει και το παράλληλό του τ σε σημείο Β. Η ευθεία ΑΒ είναι η ζητούμενη ευθεία.

π

τ Α

ξ

Β ε

| 114 |

22-0017-02.indd 206

31/10/2013 5:55:09 μμ

12.4

3. Φέρουμε τυχαίο επίπεδο τ, παράλληλο στο π. Το τ τέμνεται από τις ασύμβατες ευθείες ε1 και ε2, διότι αυτές τέμνουν το παράλληλο επίπεδο π. Αν Α και Β τα σημεία τομής, η ευθεία ΑΒ είναι η ζητούμενη. Επειδή η επιλογή του επιπέδου τ είναι τυχαία, υπάρχει απειρία επιπέδων, επομένως και ευθειών που ικανοποιούν το πρόβλημα.

π

τ

Β ε

ε1

Α

ε2

4. Έστω σ και τ δύο επίπεδα που τέμνονται σ στην ευθεία ε και ε′ ευθεία παράλληλη στην ε. Έστω ότι η ευθεία ε′ δεν έχει κοινό σημείο με τα επίπεδα σ και τ. Τότε η ευθεία ε′ είναι Α παράλληλη στο επίπεδο σ διότι είναι παράλληλη σε μία ευθεία του, την ε. Για τον ίδιο λόγο, είναι παράλληλη και στο τ. ε' ε ε' Έστω τώρα ότι η ευθεία ε′ έχει κοινό το σημείο τ Α με το επίπεδο τ. Επειδή οι ευθείες ε και ε′ είναι παράλληλες, η ε ανήκει στο τ και η ε′ έχει ένα σημείο της στο τ, τότε η ε′ βρίσκεται στο τ. Αν η ευθεία ε′ έχει ένα κοινό σημείο και με το σ τότε ανήκει και στο σ. Δεν μπορεί όμως να ανήκει και στα δύο επίπεδα, διότι τότε θα ταυτιζόταν με την κοινή ευθεία ε.

5. Έστω ε και ε′ δύο παράλληλες ευθείες και σ και σ′ τα επίπεδα, που περιέχουν τις ε και ε′ αντίστοιχα. Η ευθεία ε είναι παράλληλη στο σ′, διότι είναι ε' σ' παράλληλη στην ε′. Από την υπόθεση, τα επίπεδα ε σ και σ′ τέμνονται σε μία ευθεία ξ. Θα αποδείξουμε, ξ με απαγωγή σε άτοπο, ότι η ξ είναι παράλληλη στις ε και ε′. Έστω ότι η ξ τέμνει την ε. Τότε, το κοινό σημείο των δύο ευθειών είναι και κοινό σημείο της σ ε και του σ′, που είναι άτοπο. Άρα η ευθεία ε είναι παράλληλη στην ξ. Όμοια αποδεικνύεται ότι και η ε′ είναι παράλληλη στην ξ.

6. i) Έστω επίπεδο σ που περνάει από την ευθεία ξ και τέμνει το επίπεδο ξ π κατά ευθεία ε. Οι ευθείες ε ξ και ξ είναι παράλληλες, διότι Α σ ε σ αν τέμνονταν τότε η ευθεία ξ θα ε π είχε κοινό σημείο με το επίπεδο π (α) (β) π, που είναι άτοπο. Οι ευθείες που προκύπτουν από την τομή του π με τα επίπεδα σ είναι παράλληλες στην ξ, άρα και μεταξύ τους παράλληλες. | 115 |

22-0017-02.indd 207

31/10/2013 5:55:09 μμ

12.4

ii) Έστω Α το σημείο τομής της ευθείας ξ με το επίπεδο π και σ τυχόν επίπεδο που περιέχει την ξ. Τα επίπεδα σ και π έχουν κοινό το σημείο Α, άρα τέμνονται κατά ευθεία που περιέχει το σημείο Α.

7. Στο επίπεδο (Ο, ε) κατασκευάζουμε την ευθεία ε1, παράλληλη στην ε, που περνάει από το σημείο Ο. Θεωρούμε επίσης μία ευθεία ε2, ε1 Ο που περνάει από το σημείο Ο και δεν τέμνει ε2 την ευθεία ε. Το επίπεδο (ε1, ε2) είναι το ζηε τούμενο επίπεδο. Απόδειξη: Το επίπεδο (ε1, ε2) είναι παράλληλο στην ευθεία ε διότι περιέχει την ευθεία ε 1 παράλληλη στην ε. Επίσης, περνάει από το σημείο Ο εκ κατασκευής. Διερεύνηση: Υπάρχει απειρία λύσεων.

8. Έστω σ και τ δύο δοσμένα επίπεδα και σημείο Ο εκτός αυτών. Τα επίπεδα σ και τ τέμνονται σε ευθεία ξ. Η ζητούμενη ευθεία ε είναι η παράλληλη στην ξ που περνάει από το Ο, διότι ως παράλληλη στην κοινή ευθεία είναι παράλληλη στα επίπεδα σ και τ.

σ

Ο ξ

ε

τ

9. Έστω ε1 και ε2 δύο ευθείες και Ο σημείο εκτός αυτών. Διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: i) οι ευθείες ε1 και ε2 δεν είναι παράλληλες. Δηλαδή είναι είτε τεμνόμενες είτε ασύμβατες. Από το ξ1 ξ2 ε1 ε2 σημείο Ο κατασκευάζουμε τις ευθείες ξ1 και ξ2 παράλληλες στις ε1 και ε2 αντίστοιχα. Το επίπεδο (ξ1, ξ2) είναι το ζητούμενο. ii) οι ευθείες ε1 και ε2 είναι παράλληλες. Θεωρούμε τα τυχόντα σημεία Α1 και Α2 αντίστοιχα στις ευθείες ε1 και ε2. Από το σημείο Ο κατασκευάζουμε τις ευθείες ξ1 και ξ2 παράλληλες στις ε και Α1Α2 αντίστοιχα. Το επίπεδο (ξ1, ξ2) είναι το ζητούμενο.

10. Από τυχόν σημείο Α1 της ε1 φέρουμε την ξ1//ε και από τυχαίο σημείο Α2 της ε2 φέρουμε την ξ2//ε. Τα επίπεδα (ε1, ξ1) και (ε2, ξ2) είναι τα ζητούμενα. Απόδειξη: Τα επίπεδα (ε1, ξ1) και (ε2, ξ2) περνάνε από τις ευθείες ξ1 και ξ2 που είναι παράλληλες, επομένως, σύμφωνα με την άσκηση 5, η τομή τους ξ είναι παράλληλη στην ε. Επίσης περιέχουν τις ε1 και ε2 αντίστοιχα.

ξ

σ2

ε1 ε2

Α2 ε

ξ2

σ1 Α1

ξ1

| 116 |

22-0017-02.indd 208

31/10/2013 5:55:09 μμ

12.4

Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Αν Κ, Λ, Μ, Ν είναι τα μέσα των ΑΒ, ΒΓ, ΓΔ, ΔΑ  αντίστοιχα, στο τρίγωνο Α Β ∆ το τμήμα ΚΝ συνδέει τα μέσα των δύο πλευρών, άρα είναι:

Α

Λ

Β

Από τις δύο αυτές σχέσεις έχουμε: ΚΝ=//ΛΜ, άρα το ΚΛΜΝ είναι παραλληλόγραμμο.

Α

∆Μ ∆Ν = 2. Από την αναλογία προκύπτει ότι στο ΜΑ ΝΒ

Μ

επίπεδο (Α, Β, Δ) έχουμε: ΜΝ//ΑΒ. Τα επίπεδα (Μ, Ν, Γ) και (Α, Β, Γ) έχουν το Γ κοινό, άρα τέμνονται σε ευθεία. Επίσης, περνάνε από τις παράλληλες ευθείες ΜΝ και ΑΒ αντίστοιχα. Άρα η τομή τους είναι παράλληλη σ’ αυτές (δες άσκ.

5, Ασκ. Εμπέδ.).



Γ

Μ Δ

Κ

 Β∆ ΚΝ=// . Από το τρίγωνο Γ Β ∆, για τον ίδιο 2 Β∆ . λόγο, έχουμε: ΛΜ=// 2

3. Αν Κ, Λ, Μ, Ν, Ε, Ζ είναι τα μέσα των ΑΒ, ΒΓ, ΓΔ, ΔΑ, ΑΓ, ΒΔ, θα αποδείξουμε ότι τα τμήματα KM, ΛΝ και ΕΖ διχοτομούνται. Τα δύο πρώτα τμήματα είναι διαγώνιοι του παραλληλογράμμου ΚΛΜΝ (άσκ. 1), άρα διχοτομούνται.

Ν

Γ

Δ Ν Β A

E Ν

Κ

Ζ



Δ

Γ

Μ

Λ

Από τα τρίγωνα Α ΒΓ και ∆ ΒΓ έχουμε: Β ΒΓ ΒΓ ΚΕ=// και ΖΜ=// . Από τις σχέσεις αυτές 2 2 συνάγεται ότι το ΕΚΖΜ είναι παραλληλόγραμμο και οι διαγώνιοί του ΜΚ και ΕΖ διχοτομούνται. Συνεπώς, και τα τρία ευθύγραμμα τμήματα KM, ΛΝ ε και ΕΖ διχοτομούνται. ξ 4. Θεωρούμε τρία επίπεδα π, π′ και π′′, παράλληλα στις ασύμβατες ευθείες ΑΒ και Α′ Β′, που το πρώτο περιέχει την ΑΒ, το δεύτερο την Α′Β′ και το τρίτο περνάει από το σημείο Α′′ και τέμνει την ευθεία ξ έστω στο σημείο Δ.

ΑΑ′ ΒΒ′ = Από το Θεώρημα του Θαλή ισχύει: . Α′Α′′ Β′∆

Α

Α' Α''

B π

B'

π'

π'' B Δ ''

Αλλά απ’ αυτήν την σχέση και την δοθείσα έχουμε: | 117 |

22-0017-02.indd 209

27/2/2015 2:10:29 µµ

12.4

ΒΒ′ ΒΒ′ = ⇔ Β′Β′′ = Β′∆ ⇔ Β′′ ≡ ∆ . Β′Β′′ Β′∆ Δηλαδή, το επίπεδο π′′ περνάει από το Β′′, άρα τα τμήματα ΑΒ, Α′Β′ και Α′′Β′′ βρίσκονται σε τρία επίπεδα παράλληλα. Σύνθετα Θέματα 1. Τα ζεύγη των παραλλήλων πλευρών των δύο τριγώνων ορίζουν τρία επίπεδα, τα (ΒΓ, Β′Γ′), (ΑΓ, Α′Γ′) και (ΑΒ, Α′Β′). Επομένως, σύμφωνα με την άσκηση 5 της § 12.3 των Αποδ. Ασκ., οι τρεις ευθείες Γ ΑΑ′, ΒΒ′ και ΓΓ′ κατά Γ Α τις οποίες τέμνονται Α ανά δύο αυτά τα επίΒ Γ' πεδα, διέρχονται από Β Α' Α' Γ' το ίδιο σημείο ή είναι παράλληλες. Β' (α)

Β'

(β)

2. i) Τα ζεύγη των πλευρών των δύο τριγώνων τέμνονται ανά δύο στα σημεία Α1 = (ΒΓ, Β′Γ′) , Β1 = ( ΑΓ, Α′Γ′) και Α Β Γ1 = ( ΑΒ, Α′Β′). Τα σημεία αυτά κείνται Γ στα επίπεδα των δύο τριγώνων, άρα είναι Β σημεία της τομής των δύο επιπέδων, δηλ. Α1 Γ1 1 Γ' κείνται επ’ ευθείας. Β' Α' ii) Τα συνεπίπεδα ζεύγη των πλευρών (ΒΓ, Β′Γ′), (ΑΓ, Α′Γ′) και (ΑΒ, Α′Β′) ορίζουν τρία επίπεδα. Επομένως, σύμφωνα με την άσκηση 5 της § 12.3 των Αποδ. Ασκ., οι τρεις ευθείες ΑΑ′, ΒΒ′ και ΓΓ′ είτε διέρχονται από το ίδιο σημείο είτε είναι παράλληλες.

3. Έστω Μ το βαρύκεντρο του τριγώνου ΑΒΓ και ΓΔ η διάμεσος. Το μέσον Δ του τμήματος ΑΒ είναι σταθερό σημείο του χώρου και για

∆Μ 1 = . το σημείο Μ ισχύει η σχέση: ∆Γ 3

Το πρόβλημα λοιπόν ανάγεται σε επίπεδο γεωμετρικό τόπο και είναι ευθεία ζ παράλληλη στην ε, στο

Α

Μ Γ

Δ ε

ζ Β

1 της απόστασής της ε από το Δ.

3 | 118 |

22-0017-02.indd 210

13/3/2014 11:53:06 πµ

12.5

§ 12.5 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Αν ε και π είναι η ευθεία και το επίπεδο που είναι κάθετα στην ευθεία ξ και Α, Β τα σημεία τομής, τότε το επίπεδο (ε, ξ) τέμνει το π σε ευθεία ε1 παράλληλη στην ε, διότι οι ε και ε1 είναι κάθετες στην ΑΒ. Αλλά τότε η ε είναι παράλληλη σε μία ευθεία του π, άρα είναι παράλληλη στο π. Αν το σημείο Β ταυτίζεται με το Α τότε η ευθεία ε ταυτίζεται με την ε1 και βρίσκεται επί του π.

2. Θεωρούμε την ευθεία AM. Έχουμε: i) η ΝΑ είναι κάθετη στην AM, διότι είναι κάθετη στο επίπεδο του ΑΒΓ. Η AM είναι κάθετη στην ΒΓ, ως ύψος ισοσκελούς τριγώνου, άρα η ΜΝ είναι κάθετη στην ΒΓ (Θ. τριών καθέτων). ii) Για το δεύτερο ερώτημα έχουμε ότι η ευθεία ΒΓ είναι κάθετη στην AM και ΝΜ, άρα είναι κάθετη στο επίπεδο που αυτές ορίζουν, δηλαδή το (Α, Μ, Ν).

ε

Β

ε1

Α π

ξ Ν

Α Β

Μ Γ

ε2 3. Έ στω ε1 και ε2 οι ορθογώνιες ευθείες και π επίπεδο που περιέχει την ε1 και είναι κάθετο στην ε2. Η ε2 τέμνει το επίπεδο π στο σημείο Ο. Κάθε ευθεία ξ του π που ε1 Ο περνάει από το Ο είναι κάθετη στην ε2. Μία από τις ευθείες αυτές είναι κάθετη και στην ε1. Τότε αυτή ξ είναι κάθετη και στις δύο. Άρα, το επίπεδο π ορίζεται π από την ε1 και την κοινή κάθετη των δύο ευθειών. Αντίστροφα: το επίπεδο που ορίζεται από την ε1 και την κοινή κάθετη των δύο ασύμβατων είναι κάθετο στην ε2, διότι περιέχει δύο ευθείες η μία κάθετη και η άλλη ορθογώνια στην ε2.

4. Από το Ο κατασκευάζουμε το επίπεδο π′, το κάθετο στην ε. Τα επίπεδα π και π′ τέμνονται κατά την ευθεία ε′. Από το Ο φέρουμε την παράλληλη ξ στην ε′. Αυτή είναι παράλληλη στο π διότι είναι παράλληλη σε μία ευθεία του π και είναι ορθογώνια στην ε διότι είναι παράλληλη στην ε′.

π'

ξ

ε' π

ε

| 119 |

22-0017-02.indd 211

26/2/2015 2:27:01 µµ

12.5 Α

Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Η ευθεία ΑΚ είναι κάθετη στο επίπεδο π, από την κατασκευή. Η KM είναι κάθετη στην εφαπτόμενη ε του κύκλου (Κ, ρ) στο σημείο Μ. Επομένως η ευθεία AM είναι κάθετη στην ε (από το θεώρημα των τριών καθέτων).

ε

ρ

Κ

Μ

π

ε

2. Η ευθεία ε είναι κάθετη στο επίπεδο του ορθογώνιου. Η ευθεία ΜΝ είναι κάθετη στην πλευρά ΑΒ, επομένως η ΡΝ είναι κάθετη στην ΑΒ, από το θεώρημα των τριών καθέτων. Επειδή η ΓΔ είναι παράλληλη στην ΑΒ τότε η ΡΝ είναι ορθογώνια στη ΓΔ.

3. i) ΑΣ ⊥ π από κατασκευή, ΑΜ ⊥ ΒΜ γιατί η γωνία ΑΜΒ βαίνει σε ημικύκλιο, άρα ΣΜ ⊥ ΜΒ από το θεώρημα των τριών καθέτων.   ii) Τα τρίγωνα Σ Α Μ και Σ Α Β είναι ορθογώνια στο Σ και τα ΑΝ και ΑΓ είναι τα ύψη τους. Επομένως ισχύουν οι σχέσεις: ΣΑ 2 = ΣΜ ⋅ ΣΝ = ΣΒ ⋅ ΣΓ.



iii) Τα τρίγωνα Σ Γ Ν και Σ Μ Β έχουν μια κοινή γωνία και από το προηγούμενο ερώτημα ισχύει

Ρ Α

Δ Ν

Μ Β

Γ

Σ Γ Ν Α

Β

Μ

π

ΣΜ ΣΓ = . ΣΒ ΣΝ

ˆ = 90, έχουμε: Επομένως τα τρίγωνα είναι όμοια και επειδή η γωνία ΣΜΒ ˆ = 90. iv) ΣΓΝ v) ευθεία ΣΓ είναι κάθετη στις ευθείες ΓΝ και ΑΓ. Επομένως η ΣΓ είναι κάθετη στο επίπεδο που αυτές ορίζουν. vi) Η ευθεία ΣΓ είναι κάθετη στο επίπεδο (Α, Ν, Γ). Η ευθεία ΣΝ είναι κάθετη στην ΑΝ από την κατασκευή, επομένως η ΓΝ είναι κάθετη στην ΑΝ από το θεώρημα των τριών καθέτων (έκφραση ii). 

vii) Το τρίγωνο Α Γ Ν είναι ορθογώνιο στο Ν και βρίσκεται σε επίπεδο κάθετο στην σταθερή ευθεία ΣΒ στο Γ. Επομένως το Ν γράφει κύκλο διαμέτρου ΑΓ που βρίσκεται πάνω σε αυτό το επίπεδο. | 120 |

22-0017-02.indd 212

27/2/2015 10:07:32 πµ

12.6

§ 12.6 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Ως γνωστό, τα σημεία του χώρου που ισαπέχουν από δύο σημεία Α και Β είναι το μεσοκάθετο επίπεδο στο τμήμα ΑΒ. Άρα, ο ζητούμενος τόπος είναι τα κοινά σημεία του μεσοκαθέτου επιπέδου και του δοθέντος επιπέδου π, δηλ. η τομή των επιπέδων. Εάν η ευθεία ΑΒ είναι κάθετη στο επίπεδο π, τότε αυτό θα είναι παράλληλο στο μεσοκάθετο, επομένως το πρόβλημα δεν έχει λύση.

2. Ας υποθέσουμε ότι είναι γνωστό το Μ. Τότε 

από το ισοσκελές τρίγωνο Α Μ Β προκύπτει ότι ΜΑ = ΜΒ. Δηλαδή, το σημείο Μ είναι σημείο τομής του μεσοκαθέτου επιπέδου στο ΑΒ με την ευθεία ε. Αν η ευθεία ε είναι παράλληλη στο μεσοκάθετο επίπεδο, τότε το πρόβλημα δεν έχει λύση.

Β

Α

π

A

O B ε Μ

3. Θα δείξουμε ότι υπάρχει ευθεία του π, η οποία είναι κάθετη στην ε. Προβάλλουμε την ευθεία ε στο π και έστω ε′ η προβολή της. Στο ίχνος Β της ε φέρουμε ευθεία ξ κάθετη στην ε′ που να βρίσκεται στο π. Η ευθεία ξ είναι κάθετη στην ε, διότι αν Α τυχαίο σημείο της ε και Α′ η προβολή του, έχουμε: την ΑΑ′ κάθετη στο π, την Α′Β κάθετη στην ξ, άρα η ΑΒ είναι κάθετη στην ξ, σύμφωνα με το Θεώρημα των τριών καθέτων. Η ευθεία ε είναι μοναδική, διότι αν υπήρχε και δεύτερη, τότε η ε θα ήταν κάθετη σε δύο ευθείες του επιπέδου π, δηλ. θα ήταν κάθετη στο π, που είναι άτοπο.

4. Έστω Β η προβολή του Α′ στην ευθεία ε. Από το Θ. των τριών καθέτων προκύπτει ότι το Β είναι η προβολή του Α στην ευθεία ε, άρα είναι σταθερό  ′ σημείο. Το τρίγωνο Α Α Β είναι ορθογώνιο στο Α′ και το επίπεδό του είναι κάθετο στην ε. Άρα, το σημείο Α′ γράφει κύκλο διαμέτρου ΑΒ, που κείται στο επίπεδο που είναι κάθετο στην ε στο Α.

A ε Β ξ

ε'

A' π

A ε Β

A' π

| 121 |

22-0017-02.indd 213

31/10/2013 5:55:11 μμ

12.6

5. Έστω Ο′ η προβολή του Ο στο π, ε τυχούσα ευθεία του π που περνάει από το Α και Μ η προβολή του Ο στην ευθεία ε. Από το Θεώρημα των τριών καθέτων προκύπτει ότι η Ο′Μ είναι κάθετη στην ε. Άρα, το Μ βρίσκεται σε κύκλο διαμέτρου Ο′Α.

Ο

Ο' ε Μ

π

Α

Ο

6. Έστω Ο′ και Μ οι προβολές του Ο στο π και στην τυχούσα ευθεία ε′ του π που είναι παράλληλη στην ε. Η ευθεία Ο′Μ είναι κάθετη στην ε′, από το Θεώρημα των τριών καθέτων. Η ευθεία Ο′Μ είναι όμως κάθετη και στην ε, που είναι παράλληλη στην ε′. Επομένως ο ζητούμενος τόπος είναι η ευθεία η κάθετη στην ε από το Ο′.

π

Ο' Μ

ε' ε

7. Έστω ΑΒΓ το τρίγωνο. Τα σημεία του χώρου που ισαπέχουν από τα άκρα της πλευράς ΑΒ ανήκουν Β στο μεσοκάθετο επίπεδο του ΑΒ. Επίσης, τα σημεία ξ που ισαπέχουν από τα άκρα της πλευράς ΒΓ είναι Α στο μεσοκάθετο επίπεδο του ΒΓ. Τα δύο επίπεδα τέμνονται σε ευθεία ξ διότι είναι κάθετα σε δύο τεμνόμενες ευθείες, τις ΑΒ και ΒΓ. Τα σημεία της Γ ευθείας ξ ισαπέχουν και από τις τρεις κορυφές του τριγώνου. Άρα και το μεσοκάθετο επίπεδο στην ΑΓ περνάει από την ξ. Η ευθεία τομής τους Β ξ είναι κάθετη στο επίπεδο του τριγώνου, διότι η ξ είναι ορθογώνια στις ΑΒ και ΒΓ. Οι τομές των μεσοκαθέτων επιπέδων με το επίπεδο του τριγώνου είναι οι μεσοκάθετες στις πλευρές ΑΒ και ΒΓ του τριγώνου. Άρα η ευθεία ξ περνάει από το περίκεντρο 

του Α ΒΓ.

Δ

8. Σύμφωνα με την άσκ. 7, τα σημεία του χώρου που ισαπέχουν από τα άκρα των ευθυγράμμων τμημάτων ΑΒ, ΒΓ και ΓΑ είναι η ευθεία ξ που είναι κάθετη στο επίπεδο (Α, Β, Γ), στο περίκεντρο Α του ΑΒΓ. Θεωρούμε τώρα το μεσοκάθετο επίπεδο στο τμήμα ΑΔ, που τέμνει την ευθεία ξ στο σημείο Ο. Το Ο ισαπέχει από τα τέσσερα σημεία Α, Β, Γ και Δ.

ξ Ο

Γ

Β

| 122 |

22-0017-02.indd 214

31/10/2013 5:55:11 μμ

12.6

9. Τα επίπεδα που είναι παράλληλα στο π και βρίσκονται εκατέρωθεν του π σε απόσταση λ είναι ο ζητούμενος τόπος. Αντίστροφα: έστω σημείο Μ σε απόσταση λ από το π. Αυτό θα βρίσκεται σε ένα από τα δύο επίπεδα που αναφέραμε.

Β λ

Α

λ

Γ

10. Τα σημεία Α, Β και Γ ορίζουν επίπεδο (Α, Β, Γ). Άρα ζητείται να κατασκευασθεί επίπεδο που περνάει από το Μ και είναι παράλληλο στο (Α, Β, Γ).

Μ

Β

Α Γ

Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Έστω Α και Α′ δύο τυχαία σημεία της ε1 και Β και Β′ δύο τυχαία σημεία της ε2. Στα ευθύγραμμα τμήματα ΑΑ′ και ΒΒ′ ορίζουμε σημεία Μ και Μ′ αντίστοιχα, τέτοια ώστε να ισχύει:

ΜΑ Μ ′Α′ = = λ (1) ΜΒ Μ ′Β′

Τότε, σύμφωνα με το αντίστροφο του Θεωρήματος του Θαλή, οι ευθείες ΑΑ′, MM′ και ΒΒ′ βρίσκονται σε παράλληλα επίπεδα. Επειδή όμως οι ευθείες ε1 = ΑΑ′ και ε 2 = ΒΒ′ είναι ασύμβατες, υπάρχει μοναδικό ζεύγος παραλλήλων επιπέδων που τις περιέχει, άρα το τρίτο επίπεδο που περιέχει την MM′ είναι παράλληλο σε αυτά και περνάει από το σημείο Ν της κοινής κάθετης ΚΛ για το οποίο ισχύει η σχέση:

ε1

Α

π1 π2

Μ

ε2 π3 Β

Κ Ν

Α' Μ'

Λ

Β'

ΝΚ = λ (2) ΝΛ Αντίστροφα: αν θεωρήσουμε το ζεύγος των παραλλήλων επιπέδων που περιέχουν τις ε1 και ε2 και ΚΛ είναι η κοινή κάθετη των ασύμβατων,

| 123 |

22-0017-02.indd 215

27/2/2015 10:31:55 πµ

12.6

κατασκευάζουμε το επίπεδο που είναι παράλληλο στα δύο άλλα και περνάει από το σημείο Ν της ΚΛ για το οποίο ισχύει η (2), τότε για κάθε ευθύγραμμο τμήμα ΑΒ που έχει άκρα στις ε1 και ε2 θα ισχύει το Θεώρημα του Θαλή, άρα ισχύει η σχέση:

ΝΚ ΜΑ = = λ ΝΛ ΜΒ 2. Κατασκευάζουμε, σύμφωνα με την προηγούμενη άσκηση, επίπεδα π1 και π3 παράλληλα, που περιέχουν τις ε1 και ε3 αντίστοιχα και επίπεδο π2 παράλληλο στα δύο άλλα τέτοιο ώστε η κοινή κάθετη στις ε1 και ε2 να το τέμνει σε σημείο Ν τέτοιο ώστε να ισχύει η σχέση:

Α

ε2

Κ

ε1

π1 Ν

Β π2

ΚΝ = λ (1) ΝΛ

π3 Γ

ε

ε3

Λ

Η ευθεία ε2, ως ασύμβατη με τις ε1 και ε3, τέμνει το επίπεδο π2 σε σημείο Β. Από το Β κατασκευάζουμε ευθεία που τέμνει τις ασύμβατες ε1 και ε3 στα σημεία Α και Γ, κατά τα γνωστά (δες άσκ. 1, Άσκ. Εμπ. § 12.3). Αυτή είναι η ζητούμενη ευθεία, διότι ισχύει η σχέση:

ΑΒ ΚΝ = = λ (2) ΒΓ ΝΛ σύμφωνα με το Θεώρημα του Θαλή.

3. Ως γνωστό, τα σημεία του επιπέδου π που απέχουν από σημείο Α εκτός αυτού απόσταση μ βρίσκονται σε κύκλο με κέντρο την προβολή Α′

µ − ΑΑ′ . Όμοια για το Β, έχουμε κύκλο (Β′, ρ′), όπου του Α στο επίπεδο και ακτίνα ρ=

ρ′=

2

ν 2 − ΒΒ′2.

Β

Α Μ

2

Α'

Β' Μ'

π

Γράφουμε τους δύο κύκλους και ένα από τα σημεία τομής είναι το ζητούμενο. Διερεύνηση: Οι δύο κύκλοι μπορεί να τέμνονται, οπότε το πρόβλημα έχει δύο λύσεις, μπορεί να εφάπτονται, οπότε το πρόβλημα έχει μοναδική λύση και τέλος μπορεί να μην έχουν κοινό σημείο, οπότε το πρόβλημα δεν έχει λύση.

B O A O'

| 124 | π 22-0017-02.indd 216

M 31/10/2013 5:55:11 μμ

Α'

Β' Μ'

π

12.6

Σύνθετα Θέματα B

1. Αν Α και Β είναι τα δύο σημεία, Ο το μέσον του ΑΒ και Μ σημείο του π τέτοιο ώστε το τρίγωνο A Α Μ Β να είναι ορθογώνιο στο Μ, τότε η ΟΜ είναι διάμεσος και ισούται με το μισό της υποτείνουσας ΑΒ. Άρα, το σημείο Μ απέχει από το σταθερό σημείο Ο απόσταση ίση με

ΑΒ .

2

O

O' π

M

Επομένως, το Μ γράφει κύκλο με κέντρο Ο′ την προβολή του Ο στο π και

ΑΒ2 − ΟΟ′2.

4 2. Έστω Α′ η προβολή του Α στο επίπεδο. Η ευθεία OA′, όπου Ο το κέντρο του κύκλου, τέμνει τον κύκλο σε δύο σημεία, τα Β και Γ. Αν το Α′Β < Α′Γ, τότε και η απόσταση ΑΒ < ΑΓ. Τα ΑΒ και ΑΓ είναι η μικρότερη και η μεγαλύτερη απόσταση του Α από τον κύκλο, διότι κάθε άλλο τμήμα AM, όπου Μ σημείο του κύκλου, έχει προβολή Α′Μ μεταξύ των Α′Β και Α′Γ. Αν η προβολή Α′ του Α στο επίπεδο ταυτίζεται με το κέντρο του κύκλου, τότε όλα τα σημεία του κύκλου ισαπέχουν από το σημείο Α. ακτίνα = ρ

3. Θεωρούμε το μέσον Ο του τμήματος ΑΒ. Το επίπεδο (ε, Ο) είναι το ζητούμενο. Διότι, αν από τα Α και Β φέρουμε τις κάθετες στο επίπεδο αυτό και Α′ και Β′ οι προβολές τους, σχηματίζονται 

A

M

Γ

Ο

π Α'

A



δύο ορθογώνια τρίγωνα, τα Α Α′ Ο και ΒΒ′ Ο ˆ =Β ˆ διότι ΑΑ′//ΒΒ′. που έχουν ΟΑ = ΟΒ και Α Τα τρίγωνα είναι ίσα και επομένως ΑΑ′ = ΒΒ′.

4. Έστω Μ τυχαίο σημείο για το οποίο ισχύει ΜΑ 2 − ΜΒ2 = λ 2, Ο είναι το μέσον του ΑΒ και Μ′ η προβολή του Μ στο ΑΒ. Τότε, από το τρίγωνο Μ Α Β έχουμε: ΜΑ 2 − ΜΒ2 = 2 ΑΒ ⋅ ΟΜ ′ = λ 2 (1)

Α' B

Ο ε

Β'

Μ' Ο

B

B

Α

Μ

| 125 |

22-0017-02.indd 217

26/2/2015 2:44:23 µµ

12.6

λ2 (2).

2ΑΒ Αλλά τότε το σημείο Μ προβάλλεται στο σταθερό σημείο Μ′ που προκύπτει από τη σχέση (2), άρα βρίσκεται στο επίπεδο που είναι κάθετο στην ΑΒ στο λ2 σημείο Μ′ και απέχει από το μέσον Ο απόσταση .

2 ΑΒ Αντίστροφα: αν Μ τυχόν σημείο που κείται στο επίπεδο που είναι κάθετο στο ΑΒ στο σημείο Μ′ για το οποίο ισχύει η σχέση (2). Αλλά τότε, από το Θεώρημα της διαμέσου ισχύει και η (1). που λύνεται ως προς ΟΜ′: ΟΜ ′ =

5. Αν τα τμήματα ΑΒ και ΓΔ είναι ορθογώνια, τότε η ΑΒ κείται σε επίπεδο κάθετο στην ΓΔ, στο σημείο Μ που προκύπτει αν από τα Α καιΒ φέρουμε  κάθετες στην ΓΔ. Τότε από τα ορθογώνια τρίγωνα Α Μ Γ και ΒΜ Γ έχουμε:

ΑΓ 2 = ΑΜ 2 + ΜΓ 2 ΒΓ 2 = ΒΜ 2 + ΜΓ 2

(1) (2)

και αφαιρώντας κατά μέλη έχουμε: 2

2

2

ΑΓ − ΓΒ = ΑΜ − ΒΜ

2

(3)

Αλλά, από τα επίσης ορθογώνια τρίγωνα 

Γ



A

M

∆ Μ Α και ∆ Μ Β, έχουμε: O ∆Α 2 =ΑΜ 2 + Μ∆ 2 (4) Β 2 2 2 ∆Β = ΒΜ + Μ∆ (5) Δ και αφαιρώντας κατά μέλη, έχουμε: ∆Α 2 − ∆Β2 = ΑΜ 2 − ΒΜ 2 (6). Από τις (3) και (6) προκύπτει το ζητούμενο: ∆Α 2 − ∆Β2 = ΓΑ 2 − ΓΒ2 (7). Αντίστροφα: έστω ότι ισχύει η (7), η οποία γράφεται: ΓΑ 2 − ∆Α 2 = ΓΒ2 − ∆Β2 = λ 2 (8) Τότε, από την άσκηση 4, προκύπτει ότι το σημείο Α κείται στο επίπεδο το λ2 από το κάθετο στο ΓΔ στο σημείο Μ το οποίο απέχει απόσταση ΟΜ = 2Γ∆ μέσον Ο του ΓΔ. Επίσης, το σημείο Β κείται στο κάθετο επίπεδο του ΓΔ στο ίδιο σημείο, άρα τα επίπεδα ταυτίζονται. Δηλαδή τα σημεία Α και Β κείνται σε επίπεδο κάθετο στην ΓΔ.

Δ

| 126 |

22-0017-02.indd 218

31/10/2013 Α 5:55:12 μμ

12.7

6. Αν τα δύο πρώτα ζεύγη είναι ορθογώνια, έχουμε: 2

2

2

Δ

2

ΓΑ − ΓΒ = ∆Α − ∆Β και ∆Α 2 − ∆Γ 2 = ΒΑ 2 − ΒΓ 2. Προσθέτοντας κατά μέλη έχουμε: 2

2

2

Α

2

ΓΑ − Γ∆ = ΒΑ − Β∆ , που σημαίνει ότι και το τρίτο ζεύγος είναι ορθογώνιο.

Γ

Β

7. Τα μεσοκάθετα επίπεδα στα τμήματα ΑΒ, ΑΔ και ΑΓ τέμνονται σ’ ένα σημείο Ο, διότι είναι κάθετα σε τρία τεμνόμενα τμήματα. Για το Ο ισχύει: ΟΑ = ΟΒ = Ο∆ = ΟΓ . Δηλαδή, απέχει εξ ίσου από τα σημεία Α, Β, Γ και Δ, άρα κείται στα μεσοκάθετα επίπεδα όλων των τμημάτων που αυτά ορίζουν ανά δύο. τ

8. Οι ευθείες ΟΜ ορίζουν το επίπεδο τ = (Ο, ε) . Στο Ο φέρουμε την ευθεία ξ, κάθετη στο επίΚ ξ πεδο τ, που τέμνει το π στο σημείο Κ εφ’ όσον σ Ο ε το επίπεδο τ δεν είναι κάθετο στο π. Αυτό είναι το ζητούμενο σταθερό σημείο. Διότι η M ευθεία ξ ως κάθετη στο τ είναι κάθετη σε κάθε π ευθεία ΟΜ του τ. Αντίστροφα: κάθε επίπεδο διά της ξ είναι κάθετο στο τ και περιέχει τα σημεία Ο και Κ. Τότε υπάρχει σημείο Μ της ε τέτοιο ώστε η ΟΜ να είναι κάθετη σ’ αυτό το επίπεδο. § 12.7 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Προβάλλουμε το σημείο Ο στο π και έστω Ο′ η προβολή του. Κάθε επίπεδο που περιέχει την ευθεία ΟΟ′ είναι κάθετο στο π και περιέχει το σημείο Ο. Άρα υπάρχει απειρία λύσεων στο πρόβλημα.

2. Έστω ε(σ, τ) δίεδρη γωνία και επίπεδο π κάθετο στην ε. Το επίπεδο σ περιέχει την ε που είναι κάθετη στο π, άρα το σ είναι κάθετο στο π. Για τον ίδιο λόγο και το τ είναι κάθετο στο π.

τ

ε σ π

| 127 |

22-0017-02.indd 219

ε

1/11/2013 6:47:55 μμ

σ π

12.8

3. Τα σημεία του χώρου που ισαπέχουν από τα σημεία Β και Γ βρίσκονται στο μεσοκάθετο επίπεδο π στο τμήμα ΒΓ. Άρα τα σημεία αυτού του επιπέδου με τα Β και Γ δίνουν ισοσκελή τρίγωνα. Θέλουμε επιπλέον αυτά να είναι και ορθογώνια. Αυτό σημαίνει ότι τα σημεία αυτά βρίσκονται στο μεσοκάθετο επίπεδο, σε κύκλο (Μ, ΜΑ), όπου Μ το μέσον του ΓΒ. Αλλά ΜΑ = ΜΒ = ΜΓ. Τέλος τα σημεία τομής του κύκλου αυτού με το επίπεδο τ είναι τα ζητούμενα σημεία. Αυτά τα σημεία είναι το πολύ δύο, όσα και τα σημεία τομής του κύκλου με το επίπεδο.

σ

Α

Μ Γ

π τ

4. Το ζητούμενο επίπεδο π για να είναι κάθετο στο σ πρέπει να περιέχει μια ευθεία κάθετη στο σ. Γι’ αυτό φέρουμε από το Ο την ευθεία ξ, κάθετη στο σ. Επίσης, το επίπεδο π για να είναι παράλληλο στην ευθεία ε πρέπει η ε να είναι παράλληλη σε μία ευθεία του. Γι’ αυτό φέρουμε από το Ο την ευθεία ε′ παράλληλη στην ε. Το ζητούμενο επίπεδο π είναι αυτό που ορίζεται από τις ευθείες ξ και ε′.

ξ

π

ε

Ο

σ

ε'

5. Από ένα σημείο Ο της ε φέρουμε ευθεία κάθετη στο π. Το επίπεδο (ε, ξ) είναι το ζητούμενο.

Ο

§ 12.8

ε

ξ

Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: i) Η ευθεία ε είναι κάθετη στο επίπεδο π. Τότε κάθε επίπεδο που την περιέχει είναι κάθετη στο π.

ε

Β

π

A ε

ii) Η ευθεία ε δεν είναι κάε θετη στο π. Προβάλλουμε A' ε' την ευθεία ε στο επίπεδο π και ε′ η προβολή της. (α) (β) Οι τεμνόμενες ευθείες ε και ε′ ορίζουν επίπεδο τ, κάθετο στο π, διότι αυτό περιέχει μία ευθεία, π.χ. την ΑΑ′ που είναι κάθετη στο π. | 128 | Β 22-0017-02.indd 220

Μ

A 26/2/2015 3:01:12 µµ

12.8

2. Αν Α′, Β′, Μ′ είναι οι προβολές των σημείων Α, Β, Μ στο επίπεδο π, που δεν είναι κάθετο στην ΑΒ, οι ευθείες ΑΒ και Α′Β′ ορίζουν επίπεδο τ στο οποίο οι ευθείες ΑΒ και Α′Β′ τέμνονται από τις παράλληλες ΑΑ′, ΒΒ′, MM′ σε μέρη ανάλογα, κατά το Θεώρημα του Θαλή, και έχουμε:

Β'

ΑΜ Α′Μ ′ = . ΜΒ Μ ′Β′

A

Μ

Β

Μ'

A'

Β Δ

3. Σύμφωνα με την προηγούμενη άσκηση, τα μέσα των πλευρών του ΑΒΓ προβάλλονται στα μέσα των πλευρών του Α′Β′Γ′. Επομένως, οι διάμεσοι προβάλλονται σε διαμέσους, άρα το σημείο τομής τους Κ προβάλλεται στο Κ′.

4. Έστω ε και ε1 δύο παράλληλες ευθείες και ε′ και ε′1 οι προβολές τους σε ένα επίπεδο π, το οποίο δεν είναι κάθετο σε αυτές. Αν Α και Β είναι σημεία των ε και ε1 αντίστοιχα και Α′ και Β′ οι προβολές τους, τότε τα επίπεδα (ε, ΑΑ′) και (ε1, ΒΒ′) είναι παράλληλα διότι δύο τεμνόμενες ευθείες του ενός είναι παράλληλες στο άλλο. Επομένως τέμνονται από το επίπεδο π σε ευθείες παράλληλες, τις ε′ και ε1′.

Γ

Α

Β' Δ'

Κ'

Γ'

Α' E' Α ε ε1

Β

ε'

Α'

ε'1

B' π

5. Οι ευθείες ΑΒ και ΓΔ είναι παράλληλες και προβάλλονται στο π ως παράλληλες. Επίσης, οι ευθείες ΒΓ και ΑΔ είναι παράλληλες και προβάλλονται ως παράλληλες. Το τετράπλευρο, λοιπόν, Α′Β′Γ′Δ′ έχει τα δύο ζεύγη απέναντι πλευρών παράλληλα, άρα είναι παραλληλόγραμμο.

ˆ , Β′ η προβολή της κορυφής 6. Έστω ορθή γωνία ΑΒΓ Β στο επίπεδο π, το οποίο τέμνεται από τις πλευρές ˆ ′Γ > ΑΒΓ ˆ . της στα Α και Β. Θα αποδείξουμε ότι ΑΒ

Κ Ε

Α

Β Δ

Γ

Α' Β' Δ' Γ ' π



Φέρουμε το ύψος ΒΔ του τριγώνου Α ΒΓ . Το Β′Δ  είναι ύψος του τριγώνου Α Β′ Γ (Θεώρημα τριών καθέτων). Στην προέκταση του ΔΒ′ λαμβάνουμε σημείο Β0 τέτοιο ώστε ∆Β0 = ∆Β , (το τμήμα ΔΒ είναι μεγαλύτερο από την προβολή του, γι’ αυτό το  Β0 κείται στην προέκταση). Τα τρίγωνα Α ΒΓ και  Α Β0 Γ είναι ίσα εκ κατασκευής, επομένως αρκεί να ˆ ′∆ και ˆ 0 και B ˆ ′. Οι γωνίες ΑΒ συγκρίνουμε τις γωνίες B ˆ ∆ και ∆Βˆ Γ, ˆ ′Γ είναι μεγαλύτερες από τις ΑΒ ∆Β 0 0 ˆ ˆ ′ άρα ΑΒ Γ > ΑΒ0 Γ. | 129 |

22-0017-02.indd 221

Β Α Δ Γ

Β'

Β0 π

6/2/2014 3:42:07 µµ

12.8

7. Από το Α φέρουμε ευθεία παράλληλη στην Α′Β′ που τέμνει την ΒΒ′ στο Γ. Το ΑΑ′Β′Γ είναι ορθογώνιο.  Από το ορθογώνιο τρίγωνο Α ΒΓ , εφαρμόζοντας το πυθαγόρειο θεώρημα έχουμε ΑΒ2 = ΑΓ 2 + ΒΓ 2. Αλλά ΑΓ = Α′Β′ = 4 και ΒΓ = ΒΒ′ − ΑΑ′ = 3. Επομένως ΑΒ = 5.

Β Γ

Α

23

20

B' 4 Α'

8. Η προβολή του ΑΒ στο επίπεδο π είναι ΑΓ = Αβσυνϕ .

3 i) ϕ = 30 ⇒ ΑΓ = ΑΒ 2 2 ii) ϕ = 45 ⇒ ΑΓ = ΑΒ 2 1 iii) ϕ = 60 ⇒ ΑΓ = ΑΒ 2

π

B



φ π

9. Στο σημείο Α του επιπέδου π κατασκευάζουμε ευθεία ζ κάθετη στο π. Στο επίπεδο (ε, ζ) κατασκευάζουμε ευθεία που να σχηματίζει γωνία 60 με την ε. Αυτή είναι η ζητούμενη ευθεία. Το πρόβλημα έχει δύο λύσεις, τις δύο συμμετρικές ευθείες ως προς την ζ που σχηματίζουν ευθεία 60 με την ε.

10. Θ εωρούμε τα σημεία Α, Β και Γ της ευθείας ε του χώρου και Α′Β′ και Γ′ οι προβολές τους στο επίπεδο π. Οι ευθείες ΑΑ′, ΒΒ′ και ΓΓ′ είναι παράλληλες, ως κάθετες στο επίπεδο π. Εφαρμόζοντας το θεώρημα του Θαλή της Γεωμετρίας του επιπέδου στο επίπεδο (ε, ε′) έχουμε τις ευθείες ε και ε′ να τέμνονται από τις παράλληλες ΑΑ′, ΒΒ′ και ΓΓ′ σε μέρη ανάλογα. Άρα έχουμε:

Α

Γ

ζ

ξ 60ο

ε

Α π

Α

Α'

Β

Β'

Γ

ε

Γ' ε'

π

ΑΒ ΒΓ = . ′ ′ Α Β Β′Γ′ | 130 |

22-0017-02.indd 222

27/2/2015 10:08:51 πµ

12.8

Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Θεωρούμε στο επίπεδο σ δύο ευθείες, την κάθετη ξ στην κοινή ευθεία ε και μία πλάγια ευθεία ξ1 που περνάνε από το Ο και τέμνουν στα Α και Β αντίστοιχα την ε. Αν Ο′ η προβολή του Ο στο τ, B' Α ˆ ′ και ΟΒΟ ˆ ′ είναι οι γωνίες των ξ οι γωνίες ΟΑΟ ε και ξ1 ως προς το σ. Έχουμε: Ο′Α < Ο′Β , γιατί B Ο′Α ⊥ ε. Στην προέκταση του OA λαμβάνουμε σημείο Β′ τέτοιο ώστε Ο′Β′ = Ο′Β. Στο τρίγωˆ ′ είναι εξωτερική, νο Ο Α Β′ η γωνία ΟΑΟ άρα μεγαλύτερη από την απέναντι εσωτερική. ˆ ′. ˆ ′ < ΟΑΟ Επομένως ΟΒΟ 2. Τα επίπεδα που περιέχουν τις διχοτόμους ενός τριγώνου έχουν ένα κοινό σημείο στο επίπεδο του τριγώνου, το σημείο τομής των διχοτόμων, άρα τέμνονται σε ευθεία, που περνάει από αυτό το σημείο και είναι κάθετη στο επίπεδο του τριγώνου. 



3. Τα τρίγωνα Α Β ∆ και Γ ∆ Β είναι ίσα επειδή έχουν τρεις πλευρές ίσες, άρα έχουν διαμέσους ίσες, δηλ.  ΑΖ = ΓΖ. Τότε το τρίγωνο Α Ζ Γ είναι ισοσκελές και η ΖΕ που είναι διάμεσος είναι και ύψος. Άρα ΕΖ ⊥ ΑΓ. Με τον ίδιο τρόπο αποδεικνύεται ότι η ΕΖ ⊥ Β∆ .

σ O ξ ξ1

O' τ

Γ

B

Α Γ

Ε

Α β

β

α Β

α

Ζ Δ

4. Ανάλυση: Έστω ότι κατασκευάσαμε επίπεδο π, που να διέρχεται από την ΑΒ τέτοιο ώστε η γωνία ΑΓˆ ′Β να είναι ορθή, όπου Γ′ είναι η προβολή του Γ στο  π. Αν ΓΔ είναι το ύψος του τριγώνου Α ΒΓ, τότε η Γ′Δ είναι κάθετη στην ΑΒ Γ από το θεώρημα των τριών καθέτων. Αλλά από το 

ορθογώνιο τρίγωνο Α Γ′ Β έχουμε: Γ′∆ 2 = ∆Β ⋅ ∆Α. Α Άρα το τμήμα Γ′Δ κατασκευάζεται.  Κατασκευή: Φέρουμε το ύψος ΓΔ στο τρίγωνο Α ΒΓ. Γ' Δ Κατασκευάζουμε μήκος Γ′Δ από την παραπάνω π Β σχέση Γ′∆ 2 = ∆Β ⋅ ∆Α. Στο επίπεδο που περνάει από το Γ και είναι κάθετο στην ΑΒ κατασκευάζουμε  ορθογώνιο τρίγωνο Γ ∆ Γ′ τέτοιο ώστε η ΓΔ να είναι υποτείνουσα και η Γ′Δ η μία κάθετη πλευρά. Επομένως ορίζεται η κορυφή Γ′ στο χώρο. Τέλος το ζητούμενο επίπεδο π διέρχεται από το Γ′ και την ΑΒ. | 131 |

22-0017-02.indd 223

31/10/2013 5:55:14 μμ

Γενικές Ασκήσεις

5. Έστω ε(σ, τ) η δίεδρη γωνία και π το διχοτόμο επίπεδό της που τέμνεται από το τμήμα ΑΒ στο σημείο Γ. Τα σημεία Α′, Β′ και Γ′ είναι οι προβολές των Α, Β και Γ αντίστοιχα στην ακμή ε.

Α'

σ Β1

ΑΓ ΑΑ′ = Θα αποδείξουμε ότι . ΓΒ ΒΒ′

Α

Γ' ε Β

Α1

Γ Β' π

τ

Στο σημείο Γ′ θεωρούμε το κάθετο επίπεδο στην ευθεία ε και προβάλλουμε πάνω σε αυτό τα σημεία Α, Γ και Β. Το σημείο Α προβάλλεται στο σημείο Α1, το σημείο Β προβάλλεται στο Β1 ενώ το σημείο Γ βρίσκεται πάνω σε 



αυτό. Τα τρίγωνα ΒΒ1 Γ και Α Α1 Γ είναι όμοια επειδή έχουν ΒΒ1//ΑΑ1, άρα ΑΓ Α1Γ έχουμε: (1). = ΒΓ Β1Γ  ΓΒ1 Β1Γ′ Αλλά στο τρίγωνο Β1 Γ′ Α1 , η ΓΓ′ είναι διχοτόμος, άρα ισχύει: . = ΓΑ1 Α1Γ1 Τέλος, επειδή τα ΒΒ1Γ′Β′ και ΑΑ1Γ′Α′ είναι ορθογώνια έχουμε Β1Γ′ = ΒΒ′ και Γ′Α1 = ΑΑ′. ΑΓ Α1Γ Α1Γ′ ΑΑ′ Επομένως η (1) γράφεται = = . = ΒΓ Β1Γ Β1Γ′ ΒΒ′ Α 6. Έστω Α′ η προβολή του Αστο επίπεδο π και ΑΔ το ύψος του τριγώνου Α ΒΓ . Από το θεώρημα 6 10 των τριών καθέτων το τμήμα Α′Δ είναι το ύψος  Β στο τρίγωνο Α′ ΒΓ. Α'



Από το ορθογώνιο τρίγωνο Α Α′ ∆ υπολογίζουμε την πλευρά Α′Δ, γνωρίζοντας τις δύο άλλες.

π

Δ Γ

1 ΒΓ ⋅ Α∆ ( ΑΒΓ) 2 10 5 . Άρα Α′∆ =8 και έχουμε = = = 1 ( Α′ΒΓ) 8 4 ΒΓ ⋅ Α′∆ 2 Γενικές Ασκήσεις

Μ

1. Έστω Μ σημείο που ισαπέχει από δύο τεμνόμενες ευθείες, ξ ε και ξ. Αν Α και Β είναι οι προβολές του Μ στις ευθείες, Β Ν το τρίγωνο Α Μ Β είναι ισοσκελές και η διάμεσός του Α ε ΜΝ είναι ύψος και διχοτόμος. Δηλαδή, τα σημεία Μ προβάλλονται στο επίπεδο (ε, ξ) στις διχοτόμους των γωνιών. Άρα ο γ.τ. είναι τα επίπεδα τα κάθετα στο (ε, ξ) που διχοτομούν τις γωνίες των ευθειών ε και ξ. Το αντίστροφο αποδεικνύεται εύκολα. | 132 |

22-0017-02.indd 224

1/11/2013 6:49:20 μμ

Γενικές Ασκήσεις

2. Έστω σ και τ τα τεμνόμενα επίπεδα στην ε και ξ ευθεία κάθετη στο σ. Οι ευθείες ε και ξ είναι ορθογώνιες. Από το ίχνος Α της ξ στο σ φέρουμε ευθεία ε′ παράλληλη στην ε. Η γωνία (ξ, ε′) είναι ορθή και έχει μία πλευρά της, την ε′, παράλληλη στο τ. Άρα προβάλλεται στο τ ως ορθή. Επίσης, οι ευθείες ε και ε′ είναι παράλληλες, άρα προβάλλονται ως παράλληλες. Επομένως, η προβολή της ξ στο τ είναι ευθεία κάθετη στην ε.

3. Έστω ε′ και ξ′ οι προβολές των ε και ξ στο π. Τα επίπεδα (ε, ε′) και (ξ, ξ′) είναι παράλληλα μεταξύ τους και κάθετα στο π. Έστω επίσης μία ευθεία τέμνουσα τις ε και ξ στα Α και Β, παράλληλη στο π. Προβάλλουμε τα Α και Β στο π και έστω Α′ και Β′ οι προβολές τους. Τα 

ε Α ξ ε' σ

τ

ζ ξ Β

ξ' Β'

Α1 Α ε

ω

ω

Η Β1

ε' Α'



ορθογώνια τρίγωνα Α Α′ Α1 και ΒΒ′ Β1

π

ˆ =Βˆ . Άρα Α′Α = Β′Β . είναι ίσα διότι έχουν ΑΑ′ = ΒΒ′ και Α 1 1 1 1 Τα σημεία Α′ και Β′ κείνται εκατέρωθεν της Α1Β1 στο επίπεδο π, διότι οι ευθείες ε και ξ ισοκλίνουν χωρίς να είναι παράλληλες. Επομένως οι ευθείες Α1Β1 και Α′Β′ τέμνονται σε σημείο Η που είναι το μέσον της Α1Β1, διότι τα 



τρίγωνα Α1 Η Α′ και Β1 Η Β′ είναι ίσα. Επομένως, η προβολή της τυχούσας ευθείας ΑΒ που τέμνει τις ε και ξ και είναι παράλληλη στο π περνάει από το μέσον της Α1Β1, άρα η ευθεία ζ που είναι κάθετη στο π στο σημείο Η τέμνει όλες τις ευθείες ΑΒ.

4. Έστω δίεδρη γωνία ε(σ, τ), ευθεία ξ τέμνουσα τις έδρες σ, τ στα σημεία Α, Β αντίστοιχα και Α′, Β′ οι προβολές των Α, Β στην ε και Γ, Δ οι προβολές των Α, Β στις έδρες τ και σ αντίστοιχα. Αν ΑΑ′ = ΒΒ′ θα αποδείξουμε ότι η ευθεία ΑΒ σχηματίζει ίσες γωνίες με τα 



επίπεδα σ και τ. Τα τρίγωνα ΒΒ′ ∆ και Α Α′ Γ ˆ = 1 , ΒΒ′ = ΑΑ′ είναι ίσα διότι έχουν Γˆ = ∆

ε

A' Γ

A ω Δ

ξ Β'

σ

ω Β τ

ˆ ′ ως επίπεδη της δίεδρης. Επομένως, ΑΓ = Β∆ . ˆ ′ =Α και Β 



Τα τρίγωνα Α ΒΓ και Α Β ∆ είναι επίσης ίσα διότι έχουν την ΑΒ κοινή, ˆ = ΑΒΓ ˆ . ΑΓ = Β∆ και Γˆ = ∆ˆ = 1 . Άρα ΒΑ∆

Αντιστρέφοντας τους συλλογισμούς αποδεικνύεται το αντίστροφο. | 133 |

22-0017-02.indd 225

26/2/2015 3:05:13 µµ

Γενικές Ασκήσεις

5. Καλούμε σ, τ τα επίπεδα (ε, Α), (ε, Β), Α1 και Β1 τις προβολές των Α και Β στα τ και σ αντίστοιχα και Α′, Β′ τις προβολές των Α, Β στην ε. Έστω ότι 

ε



A1

A

ΑΑ′ = ΒΒ′. Από τα τρίγωνα Α Α′ Α1 και ΒΒ′ Β1 ˆ ′ =Β ˆ′ ˆ =Β ˆ = 1 , ΑΑ′ = ΒΒ′ και Α που έχουν Α 1 1 ως επίπεδη της δίεδρης προκύπτει ότι ΑΑ1 = ΒΒ1.

Β'

Β1

Αντιστρέφοντας τον συλλογισμό προκύπτει το αντίστροφο.

Β τ

σ

6. Έστω ότι οι προβολές των σημείων Μ1 και Μ2 στην ακμή ε της δίεδρης ε(π1, π2) είναι δύο διαφορετικά σημεία, Μ1′ και Μ ′2 αντίστοιχα. Εφαρμόζοντας το Θεώρημα των τριών καθέτων, έχουμε ότι: ΜΜ1 ⊥ Μ1Μ1′ και Μ1Μ1′ ⊥ ε, άρα ΜΜ1′ ⊥ ε . Για τον ίδιο λόγο, έχουμε ότι ΜΜ ′2 ⊥ ε . Επομένως, στο επίπεδο (ε, Μ) άγονται δύο κάθετες από το Μ στην ε, που είναι άτοπο. Άρα τα σημεία Μ1′ και Μ ′2 συμπίπτουν.

7. Ανάλυση: Έστω ότι βρέθηκαν τέσσερις ευθείες που προβάλλουν το στρεβλό τετράπλευρο ΑΒΓΔ στο παραλληλόγραμμο Α′Β′Γ′Δ′. Οι διαγώνιοι Α′Γ′ και Β′Δ′ του παραλληλογράμμου διχοτομούνται στο σημείο Ο. Άρα το Ο είναι προβολή των μέσων Κ και Λ των ΑΓ και ΒΔ, διότι οι ΟΚ και OΛ είναι μεσοπαράλληλες στα τραπέζια ΑΑ′Γ′Γ και ΒΒ′Δ′Δ αντίστοιχα.

A'

ε Μ'2 Μ'1 Μ2

π2

Α

Κ Λ

Β

Μ1

Μ

π1

Γ

Δ

Α'

Δ' Ο

π

Β'

Γ'

Σύνθεση: Φέρουμε την ευθεία που ορίζουν τα μέσα Κ και Λ των ΑΓ και ΒΔ αντίστοιχα και τις παράλληλες σ’ αυτήν από τις κορυφές Α, Β, Γ και Δ που τέμνουν το π στα σημεία Α′, Β′, Γ′ και Δ′. Απόδειξη: Τα ευθύγραμμα τμήματα Α′Γ′ και Β′Δ′ διχοτομούνται στο Ο, άρα είναι διαγώνιοι παραλληλογράμμου.

| 134 |

22-0017-02.indd 226

1/11/2013 6:55:55 μμ

Γενικές Ασκήσεις

8. Έστω ΑΒ η κοινή κάθετη των ασυμβάτων ε και ε′ και Μ′ και Ν′ οι προβολές των Μ και Ν στην ε′. Εφαρμόζοντας το Θεώρημα του Θαλή προκύπτει ότι το σημείο Α είναι μέσον του Μ′Ν′ διότι το Β είναι μέσον του ΜΝ και τα τμήματα MM′, ΒΑ και ΝΝ′ βρίσκονται σε επίπεδα παράλληλα (ως κάθετα στην ευθεία  ε′). Επίσης, στο τρίγωνο Μ Α Ν η ΑΒ είναι διάμεσος και ύψος, άρα είναι ισοσκελές. Τα 

Μ

Μ'

Β

Α

Ν

ε

Ν' ε'



ορθογώνια τρίγωνα Α Μ Μ ′ και Α Ν Ν ′ έχουν ΑΜ ′ = ΑΝ ′ και ΑΜ = ΑΝ, επομένως ΜΜ ′ = ΝΝ ′. Αντίστροφα: έστω ότι ΜΜ ′ = ΝΝ ′, Α το μέσον του ΜΝ και ΑΒ η κάθετη στην ε. Θα αποδείξουμε ότι η ΑΒ είναι η κοινή κάθετη. Τα ορθογώνια τρίγωνα   Ν ′ έχουν ΑΜ ′ = ΑΝ ′ και ΜΜ ′ = ΝΝ ′, άρα ΑΜ = ΑΝ . Α Μ Μ ′ και Α Ν  Το τρίγωνο Μ Α Ν είναι ισοσκελές και η ΑΒ είναι διάμεσος, άρα και ύψος.

| 135 |

22-0017-02.indd 227

31/10/2013 5:55:17 μμ

22-0017-02.indd 228

31/10/2013 5:55:17 μμ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ

13 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ - ΥΠΟΔΕΙΞΕΙΣ • Ο όγκος ενός πρίσματος ισούται με το εμβαδόν της κάθετης τομής του επί το μήκος της ακμής του ή με το εμβαδόν της βάσης του επί το ύψος. Επομένως μετακινήσεις των βάσεων στα επίπεδά τους ή των ακμών στους φορείς τους δεν αλλάζουν τον όγκο του πρίσματος. (§ 13.4 Ασκ. Εμπ. 4, 5, 7, 8, 9, 10, Αποδ. Ασκ. 1, 2, 3).

• Ο όγκος πυραμίδας ισούται με το εμβαδόν της βάσης επί το τρίτο του ύψους της. Επομένως, αν η κορυφή της πυραμίδας μετακινηθεί στο επίπεδο που περνάει από την κορυφή της και είναι παράλληλο στην βάση ο όγκος δεν αλλάζει. (§ 13.9 Ασκ. Εμπ. 9, Αποδ. Ασκ.

1, 2, 3, Σύνθ. Θέμ. 1, 3).

• Για τον υπολογισμό της επιφάνειας και του όγκου του κυλίνδρου, του κώνου και της σφαίρας χρησιμοποιούμε τους αντίστοιχους τύπους. Για τον υπολογισμό της επιφάνειας και του όγκου που δημιουργούνται κατά την περιστροφή επίπεδης τεθλασμένης γραμμής γύρω από άξονα που κείται στο επίπεδό της, χρησιμοποιούμε τα θεωρήματα του Πάππου.

22-0017-02.indd 229

31/10/2013 5:55:17 μμ

13.1-4

§ 13.1-4 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Το ύψος είναι η απόσταση των δύο βάσεων ενώ η ακμή είναι πλάγιο τμήμα ως προς τα επίπεδα των βάσεων.

2. Οι παράλληλες τομές στη βάση ενός πρίσματος είναι ίσες. Άρα, οι κάθετες τομές και η βάση ορθού πρίσματος είναι ίσες. Επίσης, οι παράπλευρες ακμές ορθού πρίσματος είναι κάθετες στις βάσεις, άρα είναι και ύψη.

3. Οι ακμές ενός πρίσματος και οι προβολές τους στο επίπεδο της βάσης σχηματίζουν ίσα ορθογώνια τρίγωνα, άρα σχηματίζουν ίσες γωνίες με το επίπεδο της βάσης.  3 3 3 4. Με απλή εφαρμογή των τύπων έχουμε: Ε = α 2  3 + V α. , =  2 4   5. Με απλή εφαρμογή των τύπων έχουμε:

(

)

ρ  Ε= 3 3ρ  + υ , Ε 4 = 4ρ ρ + 2υ , Ε6 = 3ρ 3 2  3 3 2 3 3 2 V = ρ υ, V4 = 2ρ2 υ, V = ρ υ.

3 6 4 2 6. Έστω ΜΝ ευθύγραμμο τμήμα που έχει άκρα σε δύο απέναντι έδρες παραλληλεπιπέδου και περνάει από το κέντρο του Ο. Όπως γνωρίζουμε, το Ο είναι μέσον των διαγωνίων. Επομένως, αν από το Ο θεωρήσουμε επίπεδο παράλληλο στις έδρες στις οποίες έχει τα άκρα του το τμήμα ΜΝ, θα έχουμε τρία επίπεδα παράλληλα, που διχοτομούν δύο διαγωνίους, τις ΑΓ και Α′Γ′, άρα διχοτομούν κάθε τμήμα που έχει άκρα σ’ αυτά τα επίπεδα (Θεώρημα Θαλή), δηλαδή και το ΜΝ.

(

)

3ρ + 2υ ,

Δ Α

Μ

Γ

Β

Ο Δ' Α'

Ν

Γ'

Β'

7. Η επιφάνεια του κύβου είναι: Ε = 6α 2. Άρα η ακμή του κύβου είναι 6 μ.

8. δ =4 29

Ε =832

V = 1.536

9. Ε = 6α 2 = 3β2 = 2δ 2, όπου α = ακμή, β = διαγώνιος βάσης και δ = διαγώνιος κύβου.

10. Ακμή α =5, όγκος V = 150. | 138 |

22-0017-02.indd 230

26/2/2015 3:06:10 µµ

13.1-4

Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Αν ΑΒΓ-Α′Β′Γ′ είναι ένα τριγωνικό πρίσμα Α Δ και ΑΑ1 η απόσταση της κορυφής Α από την Β απέναντι έδρα, θα αποδείξουμε ότι ο όγκος Γ 1 Α1 του πρίσματος είναι V (ΒΓΓ′Β′) ⋅ ΑΑ1 . = 2 Α' Από τις ακμές ΓΓ′ και ΑΑ′ φέρουμε επίπεδα Δ' παράλληλα στις απέναντι έδρες του πρίσματος, Β' τα οποία τέμνονται στην ακμή ΔΔ′ και Γ' σχηματίζεται ένα παραλληλεπίπεδο, ο όγκος του οποίου είναι (ΒΓΓ′Β′) ⋅ ΑΑ1. Άρα, για το πρίσμα που είναι το μισό του παραλληλεπιπέδου ισχύει το ζητούμενο.

2. Ο όγκος ενός πρίσματος ισούται: V = B . α, όπου α η ακμή του πρίσματος και Β η κάθετη τομή του πρίσματος που είναι περιγεγραμμένη σε κύκλο ακτίνας ρ. Άρα το εμβαδόν της είναι: Β = τρ, όπου τ η ημιπερίμετρος και ρ η ακτίνα του περιγεγραμμένου κύκλου. Άρα V = τ ⋅ ρ ⋅ α =

1 ρ 2τ ⋅ α ⋅ ρ = Ε ⋅ .

2 2

3. Αν ΑΑ′ = ΒΒ′ = ΓΓ′ = υ , τότε ο όγκος του πρίσματος είναι V = B . υ, όπου Β το εμβαδόν της κάθετης τομής. Επειδή η κάθετη τομή είναι ανεξάρτητη από την θέση των τμημάτων ΑΑ′, ΒΒ′, ΓΓ′ αλλά καθορίζεται μόνο από την θέση των παραλλήλων, ο όγκος είναι σταθερός. Το εμβαδόν της παράπλευρης επιφάνειας ισούται με το γινόμενο της περιμέτρου μιας κάθετης τομής επί υ, άρα και αυτό είναι ανεξάρτητο.

Α' Β'

Α Β Γ' Γ

z

υ

Δ'

Γ' Γ

Δ 4. Έστω ΑΓ′ ένα ευθύγραμμο τμήμα και y ' Α Ax, Ay και Αz τρεις ευθείες ανά δύο β Β' γ κάθετες. Από το σημείο Γ′ φέρουμε τα α x Α Β επίπεδα τα παράλληλα στα xAy, yAz και zΑx και σχηματίζεται το ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο ΑΒΓΔ-Α′Β′Γ′Δ′ που έχει την ΑΓ′ διαγώνιο. Γνωρίζουμε ότι η διαγώνιος ορθογωνίου παραλληλεπιπέδου δίνεται από την σχέση: δ2 = α 2 + β2 + γ 2, όπου α, β και γ οι προβολές του ΑΓ′ στους τρεις άξονες.

| 139 |

22-0017-02.indd 231

31/10/2013 5:55:17 μμ

13.1-4

5. Έστω ΑΓ′ ευθύγραμμο τμήμα (σχ. άσκησης 4). Από το σημείο Α φέρουμε τρία επίπεδα ανά δύο κάθετα και από το σημείο Γ′ φέρουμε τρία επίπεδα παράλληλα σ’ αυτά. Σχηματίζεται ένα ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο και έχουμε:

ΑΓ 2 + ΑΒ′2 + Α∆′2 = ΑΒ2 + ΒΓ 2 + ΑΒ2 + ΑΑ′2 + Α∆ 2 + ΑΑ′2 = = 2( ΑΒ2 + Α∆ 2 + ΑΑ′2 )= 2(α 2 + β2 + γ 2 ). Α

6. i) Έστω ΑΓ′ η διαγώνιος ενός κύβου. Θα αποδείξουμε ότι οι γωνίες που Δ σχηματίζει η ΑΓ′ με τις ΑΒ, ΑΔ και ΑΑ′   είναι ίσες. Τα τρίγωνα Α Γ′ Β, Α Γ′ Α′ 

Β

Γ

Α'

Β´ Γ'

Δ'

Α

α 2

α Β

Γ' Ε α 3 και Α Γ′ ∆ είναι ίσα διότι έχουν κοινή την ΑΓ′, είναι ορθογώνια και έχουν τις ΑΒ, ΑΔ και ΑΑ′ ίσες. Άρα οι γωνίες που σχηματίζει η διαγώνιος με τις ακμές αυτές είναι ίσες. Το ίδιο συμβαίνει και στο άλλο άκρο Γ′. 

ii) Το τρίγωνο Α ΒΓ′ έχει πλευρές α, α 2 και α 3. Έστω Ε η προβολή του 



Β στην υποτείνουσα. Από τα όμοια τρίγωνα Α Ε Β και Γ′ Α Β έχουμε:

ΒΕ =

α 3 α 3 και Γ′Ε = Γ′Β − ΕΒ = 2 .

3 3

7. Θεωρούμε το διαγώνιο επίπεδο ΒΒ′Δ′Δ, το οποίο τέμνει τα δύο επίπεδα που δίνονται κατά τα τμήματα Δ′Ε και BE′ και ζητείται να αποδείξουμε ότι η διαγώνιος ΔΒ′ τριχοτομείται από τα σημεία Ζ και Η (γνωστή άσκηση επιπεδομετρίας).

Α

Δ B

Ε Α'

Β Δ'

Γ

Ε' B'

Γ´

E

Δ H

Z B'

Δ'

Ε'

Σύνθετα Θέματα 1. Σε κύβο ΑΒΓΔ-Α′Β′Γ′Δ′ θεωρούμε τις ακμές ΑΒ, ΑΔ και ΑΑ′ και το επίπεδο (Α′, Β, Δ), που τέμνει τον κύβο κατά τα τμήματα Α′Β, Α′Δ και ΒΔ. Τα τμήματα αυτά είναι διαγώνιοι των αντιστοίχων εδρών και επομένως είναι ίσα.

Δ

Γ

Α Ε

Δ'

Α'

Γ'

Β

Β'

| 140 |

22-0017-02.indd 232

1/11/2013 6:56:35 μμ

13.5-9

2. Έστω κύβος ΑΒΓΔ-Α′Β′Γ′Δ′. Θα αποδείξουμε ότι οι δίεδρες ΑΓ′(Α′, Β), ΑΓ′(Α′, Δ) και ΑΓ′(Β, Δ) έχουν ίσες επίπεδες γωνίες. Τα σημεία Α′, Β και Δ προβάλλονται στην διαγώνιο στο ίδιο σημείο Ε (άσκ. 6, Αποδ. Άσκ.), διότι έχουν ίσα μήκη και οι γωνίες που σχηματίζουν οι ακμές με την διαγώνιο  είναι ίσες. Άρα το Ε είναι το κέντρο του ισοπλεύρου τριγώνου Α′ Β ∆ και ˆ , Α′Ε∆ ˆ και ΒΕ∆ ˆ είναι ίσες. επομένως οι γωνίες Α′ΕΒ 3. Έστω Κ, Λ και Μ τα μέσα των ΑΒ, ΒΓ και ΓΓ′. Δ1 Η ευθεία ΚΛ τέμνει τις προεκτάσεις των ΔΑ Ν Γ' και ΔΓ στα σημεία Α1 και Γ1. Η ευθεία Γ1Μ Δ' Σ βρίσκεται στην έδρα ΔΓΓ′Δ′ και τέμνει την Μ Β' Α' Α′Γ′ στο Ν και την ΔΔ′ στο Δ1. Η ευθεία Α1Δ1 Γ Δ βρίσκεται στην έδρα ΑΔΔ′Α′ και τέμνει τις ΑΑ′ Γ1 και Α′Δ′ στα Σ και Ρ. Θα αποδείξουμε ότι τα Ν, Λ Α Κ Β Ρ και Σ είναι μέσα των αντιστοίχων ακμών. Το  Α τρίγωνο ΒΚ Λ είναι ορθογώνιο και ισοσκελές εκ 1  κατασκευής, άρα και το Λ Γ Γ1 είναι ορθογώνιο 1 1 και ισοσκελές. Επομένως ΓΓ1= α, άρα το τρίγωνο α. Αλλά και ΓΜ= 2 2  Γ Γ1 Μ είναι ορθογώνιο και ισοσκελές. Τότε και το Μ Γ′ Ν ορθογώνιο και ισοσκελές. Άρα Ν μέσον της Γ′Δ′. Με τον ίδιο τρόπο αποδεικνύεται ότι και τα Π και Σ είναι μέσα. Άρα το σχήμα ΚΛΜΝΡΣ είναι εξάγωνο με πλευρές

2 α. Τέλος, ανά δύο οι διαδοχικές γωνίες του είναι ίσες, ως παρά 2 την βάση ισοσκελούς τραπεζίου. Άρα είναι κανονικό εξάγωνο.

ίσες με

4. Είναι γνωστό από την επιπεδομετρία ότι: το άθροισμα των τετραγώνων των διαγωνίων παραλληλογράμμου ισούται με το άθροισμα των τετραγώνων των τεσσάρων πλευρών του. Εφαρμόζουμε το θεώρημα αυτό στα παραλληλόγραμμα ΑΒΓΔ, Α′Β′Γ′Δ′, ΑΓΓ′Α′ και ΒΔΔ′Β′ του παραλληλεπίπεδου ΑΒΓΔ-Α′Β′Γ′Δ′ και έχουμε το ζητούμενο.

Δ

Α Δ'

Α'

Γ Β Γ' Β'

§ 13.5-9 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Το ύψος υ κανονικής πυραμίδας, το απόστημα α′ της βάσης και το απόστημα α της πυραμίδας σχηματίζουν ορθογώνιο τρίγωνο, άρα ισχύει: α 2 = υ2 + α′2 . Επίσης, η ακμή λ, το απόστημα α της πυραμίδας και το μισό της πλευράς | 141 |

22-0017-02.indd 233

31/10/2013 5:55:18 μμ

13.5-9

της βάσης,

µ 1 , σχηματίζουν ορθογώνιο τρίγωνο, άρα ισχύει: λ 2 =α 2 + µ 2.

2 4

Εφαρμόζοντας αυτές τις σχέσεις έχουμε:

λ2 − µ2 3λ 2 − µ 2 2λ 2 − µ 2 λ 2 − µ 2 , α3 =α 4 =α 6 = , υ4 = , υ6 = .

4 3 2 2. Η αντίστοιχη επίπεδη της δίεδρης που σχηματίζεται από τις έδρες κανονικής πυραμίδας με την βάση είναι η γωνία που σχηματίζει το απόστημα α της πυραμίδας με το απόστημα α′ της βάσης. Αυτά όμως μαζί με το ύψος υ σχηματίζουν γνωστό ορθογώνιο τρίγωνο. Άρα η γωνία των διέδρων είναι σταθερή. υ3 =

Εο 24 5 + 16 .

3. Ε π =24 2 , = 4. Πλευρά µ =10, εμβαδόν βάσης Β =100.

5.= = Ε π 87561 τ.µ., V 2.664.792 κ.µ. µ3 6. Ε π =µ 2 7 , V = .

6 1 6 .

7. i) , ii) 3 4 8. 3 6 .

V 9. =

7 3 2 9α 3α 2 α υ, Ε = + υ2 .

16 4 4

Αποδεικτικές Ασκήσεις Δ

Γ

1. Έστω το παραλληλεπίπεδο ΑΒΓΔ-Α′Β′Γ′Δ′ και Β Α το εγγεγραμμένο σ’ αυτό τετράεδρο ΑΓΔ′Β′. Είναι γνωστό ότι αν μετακινήσουμε την κορυφή Γ' Γ1 Δ' μιας πυραμίδας παράλληλα με το επίπεδο της βάσης, ο όγκος της δεν μεταβάλλεται, διότι Α' Β' το ύψος παραμένει σταθερό. Θεωρούμε το τετράεδρο ως πυραμίδα με κορυφή το σημείο Γ και βάση ΑΒ′Δ′ και μετακινούμε την κορυφή Γ κατά τμήμα παράλληλο και ίσο με την ακμή ΑΒ′. Έστω Γ1 η νέα θέση του Γ. Το σημείο Γ1 είναι σημείο της προέκτασης της Δ′Γ′ και ισχύει: ∆′Γ′ = Γ′Γ1. Ο όγκος του αρχικού τετραέδρου ισούται με τον όγκο του Γ1.ΑΔ′Β′ ή το ίδιο Α.Β′Δ′Γ1. Αλλά το εμβαδόν του τριγώνου Β′Δ′Γ1 ισούται με το εμβαδόν του παραλληλογράμμου Α′Β′Γ′Δ′. Δηλαδή το τετράεδρο και το παραλληλεπίπεδο έχουν κοινό ύψος και βάσεις ισοδύναμες, άρα έχουν λόγο όγκων 1:3. | 142 |

22-0017-02.indd 234

31/10/2013 5:55:19 μμ

13.5-9

2. Έστω ΑΒΓΔ τετράεδρο, Α1 και Β1 οι προβολές των κορυφών Α και Β στις απέναντι έδρες και Α′, Β′ οι προβολές των Α1 και Β1 στην ακμή ΓΔ. Οι γωνίες A ˆ ′Α είναι οι αντίστοιχες της δίεδρης ΒΒˆ ′Β1 και ΑΑ 1  με ακμή ΓΔ, άρα είναι ίσες. Τα τρίγωνα Α Α′ Α1 και Δ ΒΒ′ Β1 είναι όμοια και προκύπτει: A1 ΑΑ1 ΑΑ′ A' = ⇔ ΑΑ1 ⋅ ΒΒ′ = ΒΒ1 ⋅ ΑΑ′ ⇔ B1 Β ΒΒ1 ΒΒ′ Β'

⇔ ΑΑ1 ⋅ ΒΒ′ ⋅ Γ∆ = ΒΒ1 ⋅ ΑΑ′ ⋅ Γ∆ ⇔

Γ

⇔ ΑΑ1 ⋅ εµβ(ΒΓ∆ ) = ΒΒ1 ⋅ εµβ( ΑΓ∆ ) = 3V.

3. Αν ΑΒΓΔ είναι τετράεδρο και η ακμή ΓΔ μετακινηθεί παραμένουσα στον φορέα της χωρίς να αλλάζει μήκος, τότε ο όγκος μπορεί να εκφραστεί ως το γινόμενο του ύψους από το Α επί το εμβαδόν της βάσης ΒΓΔ. Το ύψος δεν αλλάζει, αλλά ούτε και το εμβαδόν της βάσης, άρα ο όγκος παραμένει σταθερός.

4. Έστω ΑΒΓΔ και Α′Β′ΓΔ δύο τετράεδρα που οι κορυφές Α′ και Β′ του δεύτερου ανήκουν στις έδρες ΑΓΔ και ΒΓΔ του πρώτου. Τα τετράεδρα ΑΒΓΔ και Α′ΒΓΔ έχουν κοινό ύψος από το Β, άρα ισχύει:

( ΑΒΓ∆ ) ( ΑΓ∆ ) . = ( Α′ΒΓ∆ ) ( Α′Γ∆ )

Α Α' Δ Β Β'

( Α′ΒΓ∆ ) (ΒΓ∆ ) , διότι τα τετράεδρα Α′ΒΓΔ = ( Α′Β′Γ∆) (Β′Γ∆) και Α′Β′ΓΔ έχουν κοινό ύψος από το Α. Πολλαπλασιάζοντας κατά μέλη, έχουμε: ( ΑΒΓ∆ ) ( ΑΓ∆ ) (ΒΓ∆ ) . = ⋅ ( Α′Β′Γ∆ ) ( Α′Γ∆ ) (Β′Γ∆ ) Επίσης:

5. Έστω τα τετράεδρα ΑΒΓΔ και ΑΒ′Γ′Δ′, όπου τα Β′, Γ′ και Δ′ κείνται επί των ακμών ΑΒ, ΑΓ και ΑΔ αντίστοιχα. Εφαρμόζουμε την άσκηση 4 στα ζεύγη τετραέδρων (ΑΒΓΔ, ΑΒΓ′Δ′) και (ΑΒΓ′Δ′, ΑΒ′Γ′Δ′) και έχουμε διαδοχικά:

Γ

Α Δ' Β'

Γ' Δ

Β

( ΑΒΓ∆ ) ( ΑΒΓ) ( ΑΒ∆ ) ΑΒ ⋅ ΑΓ ΑΒ ⋅ Α∆ ΑΓ ⋅ Α∆ , = = ⋅ = ( ΑΒΓ′∆′) ( ΑΒΓ′) ( ΑΒ∆′) ΑΒ ⋅ ΑΓ′ ΑΒ ⋅ Α∆′ ΑΓ′ ⋅ Α∆′ με κοινή την ακμή ΑΒ των τετραέδρων.

Γ

| 143 |

22-0017-02.indd 235

27/2/2015 2:09:07 µµ

13.5-9

( ΑΒΓ′∆′) ( ΑΒΓ′) ( ΑΓ′∆′) ( ΑΒΓ′) ΑΒ , = = = ( ΑΒ′Γ′∆′) ( ΑΒ′Γ′) ( ΑΓ′∆′) ( ΑΒ′Γ′) ΑΒ′ με κοινή ακμή των τετραέδρων την ΑΓ′. Τέλος, πολλαπλασιάζοντας κατά μέλη, έχουμε το ζητούμενο. (ΟΑ′Β′Γ′) ΟΑ′ ⋅ ΟΒ′ ⋅ ΟΓ′ 1 6. Εφαρμόζουμε την άσκηση 5, και έχουμε: = = . (ΟΑΒΓ) ΟΑ ⋅ ΟΒ ⋅ ΟΓ 8 7. Η τριγωνική πυραμίδα έχει βάση ισόπλευρο τρίγωνο πλευράς α που έχει  3 3 2 ύψος α και εμβαδόν α . Το τρίγωνο Ο Ο′ Α, όπου Ο′ η προβολή 2 4 του Ο στη βάση, είναι ορθογώνιο, έχει μία γωνία 60 και μία κάθετη πλευρά 2 ίση με του ύψους της βάσης.

3 3 3 Άρα το ύψος της πυραμίδας είναι: υ = α. Ο όγκος είναι: = V α.

12 Σύνθετα Θέματα Επίσης,

Α

1. Αν ΒΓ′Δ′ είναι η προβολή τετραέδρου ΑΒΓΔ σε επίπεδο Δ κάθετο στην ακμή ΑΒ, έχουμε: ( ΑΒΓ∆ ) = ( ΑΒΓ∆′) , μετακινώντας την κορυφή Δ στο Δ′, παράλληλα στην Β Γ Δ' βάση. Επίσης: ( ΑΒΓ∆′) = ( ΑΒΓ′∆′) μετακινώντας την κορυφή Γ στο Γ′. Γ' 1 Επομένως, ( ΑΒΓ∆ ) = ( ΑΒΓ′∆′) = (ΒΓ′∆′).ΑΒ .

3 2. Αν η κάθετη τομή πρίσματος είναι ισόπλευρο τρίγωνο, τότε το τυχόν εσωτερικό σημείο Μ και οι προβολές του στις έδρες σχηματίζουν επίπεδο κάθετο στις ακμές, το Μ οποίο τέμνει την παράπλευρη επιφάνεια κατά ισόπλευρο τρίγωνο. Στο επίπεδο του τριγώνου έχουμε ένα σημείο και τις αποστάσεις του από τις πλευρές του τριγώνου. Είναι γνωστό ότι το άθροισμα των αποστάσεων του σημείου αυτού από τις πλευρές του τριγώνου είναι σταθερό. Επίσης, το άθροισμα των αποστάσεων του εσωτερικού σημείου από τις βάσεις του πρίσματος ισούται με το ύψος.

3. Το πολύεδρο που σχηματίζεται προκύπτει από τον κύβο αν αφαιρέσουμε οκτώ τετράεδρα Δ ίσα με το ΑΚΛΜ, ένα για κάθε κορυφή του κύβου. Το τετράεδρο αυτό έχει βάση 2 ισόπλευρο τρίγωνο πλευράς α . Δ' 2

Γ Λ

Β

Α

Κ Α Μ

Α'

Β'

Μ

Α1

Κ

Λ

| 144 |

22-0017-02.indd 236

31/10/2013 5:55:19 μμ

13.10-12 

Ο υπολογισμός του ύψους γίνεται από το ορθογώνιο τρίγωνο Α Α1 Μ, όπου

α3 3 α και ( ΑΚΛΜ ) = .

48 6 5α 3 . Επομένως, ο όγκος του στερεού είναι: 6 Α1 η προβολή του Α στη βάση, άρα = υ

§ 13.10-12 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. Ε κ = 2π, Εο = 4π , V = π.

V 1800π.

2. Ε κ= 240π, Εο= 690π,= 3. Ε κ = 4πρ2, Εο = 6πρ2, V= 2πρ3.

4. V= 10π λίτρα ανά εκατοστό ύψους.

5. ρ =2. Αποδεικτικές Ασκήσεις

2V + 2 Vυπ . υ 2. Αν ΑΒ = α και ΒΓ = υ, έχουμε 1 3 2 3 3 V= πυα 2 − πυα 2= πα υ= πα .

2 4 4 Έστω x η απόσταση AM. Το διπλάσιο του όγκου που παράγεται από το ΑΜΝΔ ισούται με τον όγκο που παράγεται από το τετράγωνο. Άρα έχουμε: 2πυx 2 = πυ2 ⇔ 2x 2 = α 2 .

1. Ε = ο

3. Ο όγκος V του παραγόμενου στερεού δίνεται από την αφαίρεση δύο κυλίνδρων και έχουμε: β  V = πα(δ + β) 2 − παδ2 = 2π  δ +  ⋅ αβ.

2  Για την επιφάνεια έχουμε:

Α

Μ Β

Δ

Ν

Α

Δ

δ

β/2 δ+β/2

Β

Γ

β

Οα Γ

β  Ε= 2παδ + 2πα(β + δ) + 2(π(β + δ) 2 − πδ2 )= 2π  δ +  (2α + 2β) , 2  όπου α, β οι πλευρές του ορθογωνίου και δ η απόσταση της πλησιέστερης πλευράς του ορθογωνίου από τον άξονα. | 145 |

22-0017-02.indd 237

6/2/2014 3:43:24 µµ

13.13-15

§ 13.13-15 Ασκήσεις Εμπέδωσης 1. V= 12π . Για το εμβαδόν υπολογίζουμε την γενέτειρα λ και έχουμε: λ 2 = υ2 + ρ2 = 25, άρα λ =5. Η παράπλευρη επιφάνεια δίνεται από την 1 π ⋅ 9,5= 15π . σχέση: Ε κ = 3 Η συνολική επιφάνεια είναι: Εο = 3π(3 + 5) = 24π.

2. Με εφαρμογή του τύπου της παράπλευρης επιφάνειας και του Πυθαγορείου θεωρήματος μεταξύ ύψους, ακτίνας και γενέτειρας, έχουμε: ρ = 2 .

3. Υπολογίζουμε το ύψος από το ορθογώνιο τρίγωνο με πλευρές το ύψος, την ακτίνα και την γενέτειρα και έχουμε:

1 2 3 3 πρ υ= πρ .

3 3 4. Έστω Α, Β τα σημεία διαμέτρου της βάσης κώνου

υ = ρ 3, Ε κ = πρ ⋅ 2ρ = 2πρ2, V=

Κ



(ΚΟ, ρ). Από το ορθογώνιο τρίγωνο Κ Α Β έχουμε:

ρ

2λ = 4ρ , δηλαδή λ = ρ 3 . Επίσης, υ = ρ. Α Β ρ ρ 1 3 2πρ2. Όγκος: V= πρ , εμβαδόν: Ε= κ 3 5. Από την σχέση πρ(λ + ρ) = πα 2 υπολογίζουμε το λ. Οπότε έχουμε: Ε κ = πρλ = π(α 2 − ρ2 ). Για τον υπολογισμό του όγκου βρίσκουμε το υ από α2 την σχέση: υ2 = λ 2 − ρ2 = 2 (α 2 − 2ρ2 ) και αντικαθιστώντας στον τύπο ρ 1 του όγκου έχουμε: V= πρα α 2 − 2ρ2 .

3 6. Η γενέτειρα λ είναι: λ = ρ 5. Αν Εβ είναι το εμβαδόν της βάσης του κώνου 2

2

έχουμε:

Ε κ πρλ λ = = = Εβ πρ2 ρ

Ε Ε κων

2πρυ = πρλ

κυλ 7. =

2υ ρ 2 + υ2

5. .

| 146 |

22-0017-02.indd 238

31/10/2013 5:55:21 μμ

13.13-15

8. Υπολογίζουμε την γενέτειρα λ του κώνου χρησιμοποιώντας το Πυθαγόρειο θεώρημα και έχουμε λ 2 = υ2 + ρ2 = 15ρ2 + ρ2 = 16ρ2. Άρα λ = 4ρ . Από τον ρ ρ 360   τύπο του αναπτύγματος έχουμε 360 360 = ϕ = = = 90. Άρα το λ 4ρ 4  ζητούμενο ανάπτυγμα αντιστοιχεί σε γωνία 90 . Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Αν χωρίσουμε κώνο ακτίνας ρ και γενέτειρας λ με επίπεδο παράλληλο στη βάση έτσι ώστε ο μικρός κώνος που αποτέμνεται να έχει βάση ακτίνας ρ′ και γενέτειρα λ′ και το εμβαδόν της κυρτής επιφάνειάς του να είναι το μισό της αντίστοιχης επιφάνειας του αρχικού, θα έχουμε: πρλ = 2πρ′λ′. (1) Έστω κ ο λόγος ομοιότητας της μεγάλης προς τη μικρή βάση και έχουμε: ρ λ υ = = = κ. ρ′ λ′ υ′ Αντικαθιστώντας τα ρ και λ στην (1) προκύπτει κ = 2. Με ανάλογο τρόπο εργαζόμαστε για τους όγκους που συνδέονται με την πρ2 υ πρ′2 υ′ σχέση: , η οποία δίνει κ = 3 2 . =2 3 3 K

2. Ο όγκος VABΓ που παράγεται από το ισόπλευρο 

τρίγωνο Α ΒΓ κατά την περιστροφή του γύρω από τον άξονα ξ δίνεται από την σχέση: VΑΒΓ = VΑΜΚ − VΓΚΛ − VΒΜΛΓ .

30o

Όμως VAMK και VΓΛΚ είναι όγκοι κώνων και VBMΛΓ είναι όγκος κόλουρου κώνου. Έχουμε λοιπόν:

3⋅

1 πα 3 8 3 VΚΜΑ = π(2α) 2 ⋅ 2 3α = 3 3 2

VΚΛΜ = VΜΒΓΛ=

3

1  3α  3 3 πα 9 3 π  ⋅ α= 3  2  2 8

3α

α

Λ

Μ

α 3 2

α 3 2

ξ

α

α/2

Γ

α Β

α α

60o

Α

2 1 α 3  3α  3α  πα 3 3 ⋅ 19 2 . π + α + ⋅ α =   3 2  2  2 24 

Άρα VΑΒΓ =

3 3πα 3 .

4

| 147 |

22-0017-02.indd 239

4/11/2013 11:48:05 πμ

13.13-15

3. Έστω (ΚΟ, ρ) ο κώνος και π 1, π2 δύο επίπεδα παράλληλα στη βάση π του κώνου τέτοια, ώστε οι κυρτές επιφάνειες του μικρού κώνου και των δύο κόλουρων κώνων στους οποίους χωρίζεται ο αρχικός κώνος να έχουν ισοδύναμες κυρτές επιφάνειες. Δηλαδή η καθεμία κυρτή επιφάνεια να έχει εμβαδόν ίσο με το 1 / 3 του αρχικού κώνου.

1 Επομένως έχουμε πρ1λ1= πρλ . Αλλά λ = 2ρ 3 και λ1 = 2ρ1 από την ομοιότητα των βάσεων.

ΚΑ= λ 1 ΚΒ= λ 2 ΚΓ= λ=2ρ

Κ

Λ Α

ρ1

Μ

ρ2 ρ

π2 Β

π1 Γ

Ο

π

3 ρ . Θεωρούμε τώρα τον κώνο (ΚΜ, ρ2) ο οποίος έχει κυρ3 2 τή επιφάνεια ίση με τα 2/3 του αρχικού κώνου. Άρα έχουμε πρ2 λ 2= πρλ .

3 Αλλά και πάλι έχουμε λ 2 = 2ρ2 και λ = 2ρ.

Άρα έχουμε ρ1=

6 ρ. Γνωρίζοντας τα ρ1 και ρ2 υπολογίζουμε τα 3 = 2ρ με τα οποία προσδιορίζονται ύψη και βρίσκουμε ΚΛ = ρ και ΚΜ τα επίπεδα π1 και π2. Επομένως έχουμε ρ2=

4. Έστω κώνος που παράγεται από την περιστροφή του  ορθογωνίου τριγώνου Α ΒΓ γύρω από την κάθετη 1 πλευρά του ΑΒ. Τότε έχουμε εµβ( ΑΒΓ)= ΑΒ ⋅ ΑΓ .

2 1 1 υ Άρα V = 2πΑΓ ΑΒ ⋅ ΑΓ = πρ2, όπου V ο όγκος 3 2 3 του κώνου.

5. Αν ΚΑΒ και ΚΑ′Β′ είναι δύο όμοια τρίγωνα με λόγο ομοιότητας μ θα έχουμε Α′Β′ ΚΒ′ πΑ′Β′ ⋅ ΚΒ′ Α′Β′2 . Επομένως = µ = . = ΑΒ ΚΒ πΑΒ ⋅ ΚΒ ΑΒ2 6. Αφού το εμβαδόν της κυρτής επιφάνειας του κώνου ισούται με το εμβαδόν κύκλου ακτίνας α, έχουμε πρλ = πα 2 ⇒ ρλ = α 2 . Αν γνωρίζουμε το ρ από αυτή τη σχέση υπολογίζουμε το λ. Επίσης, υπολογίζουμε το ύψος του κώνου και έχουμε υ=

λ 2 − ρ2 =

Β

Γ'

Α

Γ

Κ

Α'

Β' Α

Β

α 4 − ρ4 . ρ

| 148 |

22-0017-02.indd 240

1/11/2013 7:01:36 μμ

13.16-18

i) Ο όγκος του κώνου δίνεται από τη σχέση V= ii) Για α =1 και ρ =

1 1 πυρ2= πρ α 4 − ρ4 .

3 3

2 2 65 έχουμε V = π.

3 81

§ 13.16-18 Ασκήσεις Εμπέδωσης

= ρ 1. Η ακτίνα ρ θα είναι:

2 502 − 20 = 10 21.

2. Αν ρ′ η ακτίνα της τομής, δ η απόσταση του επιπέδου από το κέντρο και ρ η

′2 900π ⇔= ακτίνα της σφαίρας, έχουμε: πρ= ρ′ 30 . Η απόσταση δ είναι:

δ=

ρ2 − ρ′2 = 10 7 .

3. Αν διαιρέσουμε την ακτίνα της σφαίρας σε δύο ίσα τμήματα, η ακτίνα της

1 ρ 3 τομής δίνεται από την σχέση: ρ′2 = ρ2 − ρ2 ⇔ ρ′ = . Το εμβαδόν του 4 2 3 κύκλου της τομής είναι: Ε = πρ′2 = πρ2.

4 4. Το εμβαδόν Ε του κύκλου (Γ, ΓΑ) δίνεται από την σχέση: Ε = πρ′2, όπου ρ′ = ΓΑ . ρ2 Αλλά ΚΓ = , όπως προκύπτει από δ  το ορθογώνιο τρίγωνο Α Κ Σ . δ −1 Επίσης, ρ′ = ΑΓ = ΑΚ 2 − ΚΓ 2 = ρ . δ δ −1 Επομένως, Ε = πρ′ = πρ′2 = πρ2 . δ

Α Κ

Γ Δ

Σ

Β

5. Ε= 4πρ2 = 400π.

6.

Ε 4πρ2 = = λ 2. Ε′ 4πρ′2

| 149 |

22-0017-02.indd 241

31/10/2013 5:55:22 μμ

13.16-18

7. Απλή εφαρμογή του τύπου: V=

4 3 πρ = 36π.

3

4πρ3 V 3 = λ 3. = 8.

V′ 4πρ′3 3 9. Το εμβαδόν του κύκλου με διάμετρο την ΒΓ δίνεται από τη σχέση: Ε = π( ΑΒ) 2 . Αλλά ΑΒ 2 = ρ2 − ρ′2 . Άρα: Ε = π(ρ2 − ρ′2 ).

ρ ρ'

Β Α

Γ

10. Ο συνολικός όγκος του σχήματος είναι το άθροισμα κυλίνδρου με ακτίνα ρ και ύψος ρ και μιας σφαίρας ακτίνας ρ.

ρ ρ

4 3 7 3 Άρα έχουμε: V= πρ + πρ2 ⋅ ρ= πρ .

3 3 7 Αλλά έχουμε: πρ3= 63π ⇔ ρ3= 27 ⇔ ρ= 3.

3

ρ

Αποδεικτικές Ασκήσεις 1. Από τους τύπους 4 3 1 πρ , Vκν= πρ3, Vκλ = 2πρ3 Vσϕ= 3 3 και Εσϕ = 4πρ2 και Ε κλ = 4πρ2 + 2πρ2

ρ ρ

ρ

προκύπτουν αμέσως τα ζητούμενα. Αυτές τις σχέσεις απέδειξε πρώτος ο Αρχιμήδης.

| 150 |

22-0017-02.indd 242

31/10/2013 5:55:22 μμ

13.16-18

2. Αν (Κ, ρ) και (Λ, ρ′) είναι δύο δοσμένες σφαίρες και Μ ένα κοινό σημείο των δύο σφαιρών, θεωρούμε το επίπεδο που ορίζεται από τα κέντρα τους και το σημείο Μ. Το επίπεδο αυτό τέμνει τις σφαίρες κατά μέγιστους κύκλους. Έστω Ο η προβολή του σημείου Μ στην διάκεντρο ΚΛ.

Μ ρ Κ

ρ'

Ο

Λ

∆

Στο τρίγωνο Κ Λ Μ οι τρεις πλευρές είναι γνωστές, επομένως είναι γνωστή (και σταθερή) η θέση του σημείου Ο πάνω στην ΚΛ, (Θεώρημα διαμέσων) και το μήκος ΜΟ. Επειδή οι σφαίρες σχηματίζονται από την περιστροφή ενός μεγίστου κύκλου, έπεται ότι το σημείο Μ είναι σημείο κύκλου που κείται σε επίπεδο κάθετο στην διάκεντρο ΚΛ στο σημείο Ο, με κέντρο το Ο και ακτίνα ΜΟ.

4 3 πρ . Ο 3 όγκος V2 κυλίνδρου ακτίνας ρ και ύψους 2ρ είναι V2 = πρ2 ⋅ 2ρ = 2πρ3 . Τέλος, ο όγκος κώνου V3 με διάμετρο ίση με ακμή έχει ακτίνα βάσης ρ 3 και ύψος 3ρ, άρα: V3 =π ⋅ 3ρ2 ⋅ 3ρ =9πρ3 . Οι λόγοι V3:V1 και V2:V1 είναι αντίστοιχα 9:4 και 6:4.

3. Ο όγκος σφαίρας ακτίνας ρ είναι V1=

ρ

Σύνθετα Θέματα 1. Αν η επιφάνεια σφαίρας ακτίνας ρ και η επιφάνεια κυλίνδρου ακτίνας ρ και ύψους υ είναι ίσες, έχουμε την σχέση: 4πρ2 = 2πρυ ⇔ 2ρ = υ. Δηλαδή το ύψος είναι ίσο με την διάμετρο της σφαίρας.

2. Αν δ είναι η απόσταση της βάσης του εγγεγραμμένου κώνου στη σφαίρα από το κέντρο της, τότε έχει ύψος υ = ρ + δ και ακτίνα ρ2 − δ2 , όπου ρ η ακτίνα της σφαίρας. Ο όγκος V του κώνου είναι: δ ρ V = κρ(ρ2 − δ2 )(ρ + δ) , Ο όπου κ σταθερά. Για να βρούμε το Ο δ μέγιστο του όγκου μηδενίζουμε δ την παράγωγο ως προς δ (κατά τα γνωστά) και βρίσκουμε 3δ = ρ. Για τον κύλινδρο έχουμε: V= 2πδ(ρ2 − δ2 ) , και κατά τα γνωστά βρίσκου-

ρ. με δ 3 =

| 151 |

22-0017-02.indd 243

1/11/2013 7:03:38 μμ

13.16-18

3. i) Η διαγώνιος του κύβου που είναι εγγεγραμμένος στη σφαίρα είναι ίση με την διάμετρο της σφαίρας. Επομένως έχουμε: 2ρ = α 3. Άρα ο λόγος των όγκων της σφαίρας και του κύβου είναι: 3 3 π.

2 ii) Το κανονικό οκτάεδρο αποτελείται από δύο τετραγωνικές πυραμίδες με ύψος ίσο με την ακτίνα ρ της σφαίρας και διαγώνιο της τετραγωνικής βάσης 2 2 3 ίση με 2ρ. Επομένως, ο όγκος του τετραέδρου ισούται με: ρ2ρ= ρ.

3 3 Άρα ο λόγος των όγκων της σφαίρας και του οκταέδρου είναι: 1:π.

4. Οι επιφάνειες της σφαίρας, του κυλίνδρου και του κώνου είναι: Ε1 = 4πρ2 ,

Ε 2 = 4πρ2, Ε3 = 4πρ2, δηλαδή οι επιφάνειες είναι ίσες.

4 3 2 3 Οι όγκοι είναι: V1= πρ , V2 = 2πρ3 , V3= πρ , άρα οι λόγοι είναι 3:2 3 3 και 1:2. 

5. Έστω Α ΒΓ ορθογώνιο τρίγωνο, Α′, Β′, Γ′ τα μέσα των πλευρών του, α, β, γ τα μήκη τους και Α∆ = υ το ύψος. Εφαρμόζοντας το Θεώρημα II, παρ. 13.18, υπολογίζουμε τους παραγόμενους όγκους από το Β  τρίγωνο Α ΒΓ, όταν αυτό περιστραφεί γύρω από τις τρεις πλευρές του. Έχουμε:

Α

Δ

Γ

Vβ = Εβ ⋅ Α∆ = 2πα ⋅ Α′Β′ ⋅ Α∆ = παγυ, Vγ = Ε γ ⋅ Α∆ = 2π ⋅ Α′Β′ ⋅ Γ∆ = παβυ και γ Vα = Εα ⋅ ΑΒ = 2π ⋅ Α′Β′ ⋅ Γ∆ ⋅ ΑΒ = 2 πβ2. α Σχηματίζουμε τις ποσότητες 1 / Vα2 , 1 / Vβ2 και 1 / Vγ2 και έχοντας υπόψη τη σχέση α 2 υ2 =β2 γ 2 , αποδεικνύεται το ζητούμενο. Για το λόγο Vβ / Vγ έχουμε: Vβ / Vγ = παγυ / παβυ = γ / β .

| 152 |

22-0017-02.indd 244

26/2/2015 3:10:00 µµ

Γενικές Ασκήσεις

Γενικές Ασκήσεις 1. Έστω ΑΒΓΔ τετράεδρο και Ε, Ζ και Η τα μέσα των ΑΒ, Α ΓΔ και ΕΖ και Μ τυχαίο σημείο. Εφαρμόζοντας επανειλημμένα το Θεώρημα της διαμέσου, έχουμε:

ΜΑ 2 + ΜΒ2 + ΜΓ 2 + Μ∆ 2 = Ε Μ 1 1 2 2 2 2 Δ = 2ΜΕ + ΑΒ + 2ΜΖ + Γ∆ = Β 2 2 Η 1 Ζ = 2(ΜΕ 2 + ΜΖ 2 ) + ( ΑΒ 2 + Γ∆ 2 )= 2 1 1 Γ = 2(2ΜΗ 2 + ΕΖ 2 ) + ( ΑΒ2 + Γ∆ 2 ) .

2 2 Αλλά στην τελευταία σχέση, όλα τα τμήματα είναι σταθερά εκτός από το ΜΗ, επομένως το άθροισμα των τετραγώνων γίνεται ελάχιστο αν ΜΗ = 0, δηλαδή όταν το Μ ταυτίζεται με το Η.

2. Έστω επίπεδο π, παράλληλο στις ακμές ΑΓ και ΒΔ τετραέδρου ΑΒΓΔ, που βρίσκεται μεταξύ τους. Το επίπεδο π τέμνει τις ακμές ΑΒ, ΑΔ, ΓΔ και ΓΒ στα σημεία Ε, Ζ, Η και Θ αντίστοιχα. Επειδή το π είναι παράλληλο στην ΑΓ, οι ΕΘ και ΖΗ είναι παράλληλες στην ΑΓ. Επίσης, επειδή το π είναι παράλληλο στην ΒΔ, οι ΕΖ και ΘΗ είναι παράλληλες στην ΒΔ. Το τετράπλευρο ΕΖΗΓ έχει δύο ζεύγη απέναντι πλευρών παράλληλα, άρα είναι παραλληλόγραμμο.

A Ε

Ζ

Β

Δ Θ

Η Γ

Α

Δ

Β

ε

Γ 3. Ανάλυση: Έστω ότι ΑΒΓΔ-Α′Β′Γ′Δ′ είναι το ζητούμενο παραλληλεπίπεδο. Παρατηρούμε ότι ξ το επίπεδο ΑΒΓΔ είναι γνωστό, διότι περιέχει Α' Β' την ε και είναι παράλληλο στην ζ. Γ' Δ' Κατασκευή: Φέρουμε επίπεδο που να περιέχει ζ την ευθεία ε, παράλληλο στην ζ. Αυτό τέμνει την ξ στο σημείο Γ. Επίσης, φέρουμε επίπεδο που περιέχει την ξ και είναι παράλληλο στην ε. Αυτό τέμνει την ζ στο Δ′. Τέλος, από την ευθεία ζ φέρουμε επίπεδο παράλληλο στην ξ που τέμνει την ε στο Α. Τα τρία αυτά επίπεδα έχουν κοινό το σημείο Δ. Οι υπόλοιπες κορυφές κατασκευάζονται φέροντας τις κατάλληλες παράλληλες στις ευθείες ε, ζ και ξ από τα σημεία που βρήκαμε.

4. Έστω ΑΒΓΔ ένα τετράεδρο και Ε το σημείο που το διχοτόμο επίπεδο της δίεδρης γωνίας με ακμή ΑΓ τέμνει την απέναντι ακμή. Το διχοτόμο επίπεδο | 153 |

22-0017-02.indd 245

31/10/2013 5:55:23 μμ

Γενικές Ασκήσεις

(Α, Γ, Ε) χωρίζει το τετράεδρο σε δύο ισοϋψή τετράεδρα, τα Α.ΒΓΕ και Α.ΕΓΔ, επομένως ο λόγος των όγκων τους είναι ίσος με το λόγο των βάσεων. Οι βάσεις ΒΓΕ και ΕΓΔ έχουν ίσα ύψη, επομένως ο λόγος τους ισούται με τον λόγο των βάσεων, δηλαδή ΕΒ και ΕΔ. Α

( ΑΒΓΕ) (ΒΓΕ) ΒΕ (1). = = ( ΑΕΓ∆) (ΕΓ∆) Ε∆ Τα τετράεδρα Ε.ΑΒΓ και Ε.ΑΓΔ έχουν λόγο όγκων: Άρα,

Ζ Γ

Ε

Η

( ΑΒΓΕ) ( ΑΒΓ) ΖΕ ( ΑΒΓ) = = (2) ( ΑΕΓ∆) ( ΑΓ∆) ΕΗ ( ΑΓ∆)

B

Δ

διότι το σημείο Ε, ως σημείο του διχοτόμου επιπέδου, ισαπέχει από τις έδρες της δίεδρης. Από τις (1) και (2) προκύπτει το ζητούμενο.

5. Έστω ΑΒΓΔ τετράεδρο και Ε, Ζ, Η, Θ, I και Κ τα μέσα των ΑΒ, ΓΔ, ΒΓ, ΑΔ, ΑΓ και ΒΔ αντίστοιχα. Τα τμήματα ΕΘ και ΗΖ είναι ίσα και παράλληλα με το μισό της ΒΔ. Άρα, το ΕΗΖΘ είναι παραλληλόγραμμο και οι διαγώνιοι διχοτομούνται. Επομένως, τα τμήματα ΕΖ και ΗΘ διχοτομούνται. Για το ίδιο λόγο, το ΕΙΖΚ είναι παραλληλόγραμμο, άρα και τα ΕΖ και ΙΚ διχοτομούνται. Άρα και τα τρία τμήματα διχοτομούνται. Τα τμήματα αυτά λέγονται διδιάμεσοι του τετραέδρου.

Α

Θ

Ε Β

Κ Μ

Δ

Ι Z

Η Γ

Α 6. Έστω ΑΒΓΔ τετράεδρο, Ν το μέσον της ΓΔ και Κ, Λ τα κέντρα βάρους των εδρών ΑΓΔ και ΒΓΔ Γ αντίστοιχα. Θα αποδείξουμε ότι οι διάμεσοι ΑΛ Ρ και ΒΚ τέμνονται σε σημείο Μ που τις χωρίζει σε Μ Κ λόγο 1:3. Τα κέντρα βάρους Κ και Λ των εδρών N Β Λ Π ΑΓΔ και ΒΓΔ είναι σημεία των διαμέσων τους ΑΝ και ΒΝ που είναι συνεπίπεδες. Επομένως, οι διάΔ μεσοι του ΑΛ και ΒΚ του τετραέδρου τέμνονται σε σημείο Μ. Τα Κ και Λ χωρίζουν τις ΑΝ και ΒΝ σε λόγο 2:1, επομένως έχουμε: ΑΚ ΒΛ ΑΜ ΒΜ ΑΒ ΑΝ 3 , άρα ΑΒ//ΚΛ, που συνεπάγεται: = = = = . = ΚΝ ΛΝ ΜΛ ΜΚ ΚΛ ΚΝ 1 Αποδείξαμε ότι δύο διάμεσοι τέμνονται στο σημείο Μ που τις χωρίζει σε λόγο 3:1. Με τον ίδιο τρόπο αποδεικνύεται ότι και οι άλλες διάμεσοι τέμνουν

| 154 |

22-0017-02.indd 246

31/10/2013 5:55:24 μμ

Γενικές Ασκήσεις

την ΑΛ στο ίδιο σημείο Μ. Άρα διέρχονται όλες από το ίδιο σημείο και χωρίζονται σε λόγο 3:1.

7. Έστω ΝΠ η διδιάμεσος του τετραέδρου ΑΒΓΔ η οποία τέμνει την διάμεσο ΑΛ σε σημείο Μ′ και έστω ΡΠ//ΑΛ, όπου Ρ σημείο την ΒΝ. Επειδή Π μέσον της ΑΒ και ΡΠ//ΑΛ το Ρ είναι μέσον του ΒΛ και Λ μέσον του ΡΝ. Έχουμε: 2ΛΜ ′ = ΡΠ . Όμως, 2ΡΠ = ΑΛ . Άρα 4Μ ′Λ = ΑΛ. Δηλαδή το Μ′ ταυτίζεται με το Μ. Α 8. Έστω ΑΒΓΔ το δοσμένο τετράεδρο και σημείο Θ Μ εσωτερικό, τέτοιο ώστε ΜΑΓΔ και ΜΒΓΔ να Ε είναι ισοδύναμα. Τατετράεδρα αυτά έχουν κοινή Δ Μ βάση το τρίγωνο Μ Γ ∆ , άρα έχουν ίσα τα ύψη από Β Ζ τις κορυφές Α και Β που βρίσκονται εκατέρωθεν Η της βάσης ΜΓΔ. Επομένως το επίπεδο (Μ, Γ, Δ) Γ περνάει από το μέσον Ε του ΑΒ. Το Μ επομένως ανήκει στο επίπεδο (Ε, Γ, Δ). Θεωρούμε τα δύο άλλα τετράεδρα, ΜΓΑΒ και ΜΔΑΒ, και με τον ίδιο τρόπο αποδεικνύεται ότι το Μ είναι σημείο του επιπέδου ΖΑΒ, όπου Ζ το μέσον του ΓΔ. Το Μ ανήκει σε δύο επίπεδα, άρα ανήκει στην τομή τους, δηλαδή στην ΕΖ. Συνδυάζοντας διαφορετικά τα τετράεδρα και με τους ίδιους ακριβώς συλλογισμούς αποδεικνύεται ότι το Μ είναι σημείο και της ΗΘ, όπου Η και Θ είναι τα μέσα των ΒΓ και ΑΔ. Επομένως, το Μ είναι το σημείο τομής των διδιαμέσων του τετραέδρου, δηλαδή είναι το κέντρο βάρους του τετραέδρου. Απόδειξη: Αν Μ είναι το σημείο τομής των διδιαμέσων του τετραέδρου, το επίπεδο (Μ, Γ, Δ) περνάει από το μέσον Ε της ΑΒ, άρα τα Α και Β ισαπέχουν από αυτό, άρα τα τετράεδρα είναι ισοδύναμα. Με τον ίδιο τρόπο αποδεικνύονται ότι και τα υπόλοιπα τετράεδρα είναι ισοδύναμα.

| 155 |

22-0017-02.indd 247

31/10/2013 5:55:24 μμ

22-0017-02.indd 248

3/3/2016 11:23:28 πµ

22-0017-02.indd 248

3/3/2016 11:23:28 πµ

22-0017-02.indd 248

3/3/2016 11:23:28 πµ

22-0017-02.indd 248

3/3/2016 11:23:28 πµ

Βάσει του ν. 3966/2011 τα διδακτικά βιβλία του Δημοτικού, του Γυμνασίου, του Λυκείου, των ΕΠΑ.Λ. και των ΕΠΑ.Σ. τυπώνονται από το ΙΤΥΕ - ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ και διανέμονται δωρεάν στα Δημόσια Σχολεία. Τα βιβλία μπορεί να διατίθενται προς πώληση, όταν φέρουν στη δεξιά κάτω γωνία του εμπροσθόφυλλου ένδειξη «ΔIΑΤΙΘΕΤΑΙ ΜΕ ΤΙΜΗ ΠΩΛΗΣΗΣ». Κάθε αντίτυπο που διατίθεται προς πώληση και δεν φέρει την παραπάνω ένδειξη θεωρείται κλεψίτυπο και ο παραβάτης διώκεται σύμφωνα με τις διατάξεις του άρθρου 7 του νόμου 1129 της 15/21 Μαρτίου 1946 (ΦΕΚ 1946,108, Α').

Απαγορεύεται η αναπαραγωγή οποιουδήποτε τμήματος αυτού του βιβλίου, που καλύπτεται από δικαιώματα (copyright), ή η χρήση του σε οποιαδήποτε μορφή, χωρίς τη γραπτή άδεια του Υπουργείου Παιδείας, Έρευνας και Θρησκευμάτων / IΤΥΕ - ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ.

22-0017-02.indd 248

3/3/2016 11:23:28 πµ

ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ, ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗΣ ΠΟΛΙΤΙΚΗΣ

Τεύχος B΄

ΕΥΚΛΕΙΔΕΙΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ

B΄ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΕΥΚΛΕΙΔΕΙΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ

Τεύχος B΄

Κωδικός βιβλίου: 0-22-0240 ISBN 978-960-06-5318-2

ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ

ε3 Γ Ε

Κ

ε1 Ψ

Ζ

Ο

Ι Θ

ε2

Η

Α

μα

ε4 Β

B΄ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΚΔΟΣΕΩΝ «ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ» (01) 000000 0 22 0240 2