Как найти угол треугольника примеры

Решение треугольников онлайн

С помощю этого онлайн калькулятора можно решить треугольники, т.е. найти неизвестные элементы (стороны, углы) треугольника. Теоретическую часть и численные примеры смотрите ниже.

Решение треугольников − это нахождение всех его элементов (трех сторон и трех углов) по трем известным элементам (сторонам и углам). В статье Треугольники. Признаки равенства треугольников рассматриваются условия, при которых два треугольника оказываются равными друг друга. Как следует из статьи, треугольник однозначно определяется тремя элементами. Это:

  1. Три стороны треугольника.
  2. Две стороны треугольника и угол между ними.
  3. Две стороны и угол противостоящий к одному из этих сторон треугольника.
  4. Одна сторона и любые два угла.

Заметим, что если у треугольника известны два угла, то легко найти третий угол, т.к. сумма всех углов треугольника равна 180°.

Решение треугольника по трем сторонам

Пусть известны три стороны треугольника a, b, c (Рис.1). Найдем .

(1)
(2)

Из (1) и (2) находим cosA, cosB и углы A и B (используя калькулятор). Далее, угол C находим из выражения

.

Пример 1. Известны стороны треугольника ABC: Найти (Рис.1).

Решение. Из формул (1) и (2) находим:

И, наконец, находим угол C:

Решение треугольника по двум сторонам и углу между ними

Пусть известны стороны треугольника a и b и угол между ними C (Рис.2). Найдем сторону c и углы A и B.

Найдем сторону c используя теорему косинусов:

.

.

Далее, из формулы

.

. (3)

Далее из (3) с помощью калькулятора находим угол A.

Поскольку уже нам известны два угла то находим третий:

.

Пример 2. Известны две стороны треугольника ABC: и (Рис.2). Найти сторону c и углы A и B.

Решение. Иcпользуя теорму косинусов найдем сторону c:

,

Из формулы (3) найдем cosA:

.

Поскольку уже нам известны два угла то находим третий:

Решение треугольника по стороне и любым двум углам

Пусть известна сторона треугольника a и углы A и B (Рис.4). Найдем стороны b и c и угол C.

Так как, уже известны два угла, то можно найти третий:

.

Далее, для находждения сторон b и c воспользуемся тероемой синусов:

Пример 3. Известна одна сторона треугольника ABC: и углы (Рис.3). Найти стороны b и c и угол С.

Решение. Поскольку известны два угла, то легко можно найти третий угол С:

Найдем сторону b. Из теоремы синусов имеем:

Найдем сторону с. Из теоремы синусов имеем:

Как найти углы прямоугольного треугольника

Онлайн калькулятор

Чтобы найти острые углы прямоугольного треугольника вам нужно знать следующие параметры (либо-либо):

  • для угла α:
    • угол β
    • длины катетов a и b
    • длину гипотенузы (с) и длину одного из катетов
  • для угла β:
    • угол α
    • длины катетов a и b
    • длину гипотенузы (с) и длину одного из катетов

Введите их в соответствующие поля и получите результат.

Найти угол α зная угол β и наоборот

Формула

Найти углы прямоугольного треугольника зная катеты

Катет a =
Катет b =

Чему равны острые углы (α и β) прямоугольного треугольника если известны оба катета (a и b)?

Формулы

Пример

Для примера определим чему равны углы α и β в градусах если катет a = 5 см, а катет b = 2 см:

Найти углы прямоугольного треугольника по катету и гипотенузе

Гипотенуза c =
Катет =

Чему равны острые углы (α и β) прямоугольного треугольника если известны гипотенуза c и один из катетов (a или b)?

Треугольник. Формулы и свойства треугольников.

Типы треугольников

По величине углов

По числу равных сторон

Вершины углы и стороны треугольника

Свойства углов и сторон треугольника

Сумма углов треугольника равна 180°:

В треугольнике против большей стороны лежит больший угол, и обратно. Против равных сторон лежат равные углы:

если α > β , тогда a > b

если α = β , тогда a = b

Сумма длин двух любых сторон треугольника больше длины оставшейся стороны:

a + b > c
b + c > a
c + a > b

Теорема синусов

Стороны треугольника пропорциональны синусам противолежащих углов.

a = b = c = 2R
sin α sin β sin γ

Теорема косинусов

Квадрат любой стороны треугольника равен сумме квадратов двух других сторон треугольника минус удвоенное произведение этих сторон на косинус угла между ними.

a 2 = b 2 + c 2 – 2 bc · cos α

b 2 = a 2 + c 2 – 2 ac · cos β

c 2 = a 2 + b 2 – 2 ab · cos γ

Теорема о проекциях

Для остроугольного треугольника:

a = b cos γ + c cos β

b = a cos γ + c cos α

c = a cos β + b cos α

Формулы для вычисления длин сторон треугольника

Медианы треугольника

Свойства медиан треугольника:

В точке пересечения медианы треугольника делятся в отношении два к одному (2:1)

Медиана треугольника делит треугольник на две равновеликие части

Треугольник делится тремя медианами на шесть равновеликих треугольников.

Формулы медиан треугольника

Формулы медиан треугольника через стороны

ma = 1 2 √ 2 b 2 +2 c 2 – a 2

mb = 1 2 √ 2 a 2 +2 c 2 – b 2

mc = 1 2 √ 2 a 2 +2 b 2 – c 2

Биссектрисы треугольника

Свойства биссектрис треугольника:

Биссектриса треугольника делит противолежащую сторону на отрезки, пропорциональные прилежащим сторонам треугольника

Угол между биссектрисами внутреннего и внешнего углов треугольника при одной вершине равен 90°.

Формулы биссектрис треугольника

Формулы биссектрис треугольника через стороны:

la = 2√ bcp ( p – a ) b + c

lb = 2√ acp ( p – b ) a + c

lc = 2√ abp ( p – c ) a + b

где p = a + b + c 2 – полупериметр треугольника

Формулы биссектрис треугольника через две стороны и угол:

la = 2 bc cos α 2 b + c

lb = 2 ac cos β 2 a + c

lc = 2 ab cos γ 2 a + b

Высоты треугольника

Свойства высот треугольника

Формулы высот треугольника

ha = b sin γ = c sin β

hb = c sin α = a sin γ

hc = a sin β = b sin α

Окружность вписанная в треугольник

Свойства окружности вписанной в треугольник

Формулы радиуса окружности вписанной в треугольник

r = ( a + b – c )( b + c – a )( c + a – b ) 4( a + b + c )

Окружность описанная вокруг треугольника

Свойства окружности описанной вокруг треугольника

Формулы радиуса окружности описанной вокруг треугольника

R = S 2 sin α sin β sin γ

R = a 2 sin α = b 2 sin β = c 2 sin γ

Связь между вписанной и описанной окружностями треугольника

Средняя линия треугольника

Свойства средней линии треугольника

MN = 1 2 AC KN = 1 2 AB KM = 1 2 BC

MN || AC KN || AB KM || BC

Периметр треугольника

Периметр треугольника ∆ ABC равен сумме длин его сторон

Формулы площади треугольника

Формула Герона

Равенство треугольников

Признаки равенства треугольников

Первый признак равенства треугольников — по двум сторонам и углу между ними

Второй признак равенства треугольников — по стороне и двум прилежащим углам

Третий признак равенства треугольников — по трем сторонам

Подобие треугольников

∆MNK => α = α 1, β = β 1, γ = γ 1 и AB MN = BC NK = AC MK = k ,

где k – коэффициент подобия

Признаки подобия треугольников

Первый признак подобия треугольников

Второй признак подобия треугольников

Третий признак подобия треугольников

Любые нецензурные комментарии будут удалены, а их авторы занесены в черный список!

Добро пожаловать на OnlineMSchool.
Меня зовут Довжик Михаил Викторович. Я владелец и автор этого сайта, мною написан весь теоретический материал, а также разработаны онлайн упражнения и калькуляторы, которыми Вы можете воспользоваться для изучения математики.

[spoiler title=”источники:”]

http://poschitat.online/ugly-pryamougolnogo-treugolnika

http://ru.onlinemschool.com/math/formula/triangle/

[/spoiler]


Загрузить PDF


Загрузить PDF

В геометрии угол — это фигура, которая образована двумя лучами, которые выходят из одной точки (она называется вершиной угла). В большинстве случаев единицей измерения угла является градус (°) — помните, что полный угол или один оборот равен 360°. Найти значение угла многоугольника можно по его типу и значениям других углов, а если дан прямоугольный треугольник, угол можно вычислить по двум сторонам. Более того, угол можно измерить с помощью транспортира или вычислить с помощью графического калькулятора.

  1. Изображение с названием Calculate Angles Step 1

    1

    Сосчитайте число сторон многоугольника. Чтобы вычислить внутренние углы многоугольника, сначала нужно определить, сколько у многоугольника сторон. Обратите внимание, что число сторон многоугольника равно числу его углов.[1]

    • Например, у треугольника 3 стороны и 3 внутренних углов, а у квадрата 4 стороны и 4 внутренних углов.
  2. Изображение с названием Calculate Angles Step 2

    2

    Вычислите сумму всех внутренних углов многоугольника. Для этого воспользуйтесь следующей формулой: (n – 2) x 180. В этой формуле n — это количество сторон многоугольника. Далее приведены суммы углов часто встречающихся многоугольников:[2]

    • Сумма углов треугольника (многоугольника с 3-мя сторонами) равна 180°.
    • Сумма углов четырехугольника (многоугольника с 4-мя сторонами) равна 360°.
    • Сумма углов пятиугольника (многоугольника с 5-ю сторонами) равна 540°.
    • Сумма углов шестиугольника (многоугольника с 6-ю сторонами) равна 720°.
    • Сумма углов восьмиугольника (многоугольника с 8-ю сторонами) равна 1080°.
  3. Изображение с названием Calculate Angles Step 3

    3

    Разделите сумму всех углов правильного многоугольника на число углов. Правильный многоугольник это многоугольник с равными сторонами и равными углами. Например, каждый угол равностороннего треугольника вычисляется так: 180 ÷ 3 = 60°, а каждый угол квадрата находится так: 360 ÷ 4 = 90°.[3]

    • Равносторонний треугольник и квадрат — это правильные многоугольники. А у здания Пентагона (Вашингтон, США) и дорожного знака «Стоп» форма правильного восьмиугольника.
  4. Изображение с названием Calculate Angles Step 4

    4

    Вычтите сумму всех известных углов из общей суммы углов неправильного многоугольника. Если стороны многоугольника не равны друг другу, и его углы также не равны друг другу, сначала сложите известные углы многоугольника. Теперь полученное значение вычтите из суммы всех углов многоугольника — так вы найдете неизвестный угол.[4]

    • Например, если дано, что 4 угла пятиугольника равны 80°, 100°, 120° и 140°, сложите эти числа: 80 + 100 + 120 + 140 = 440. Теперь вычтите это значение из суммы всех углов пятиугольника; эта сумма равна 540°: 540 – 440 = 100°. Таким образом, неизвестный угол равен 100°.

    Совет: неизвестный угол некоторых многоугольников можно вычислить, если знать свойства фигуры. К примеру, в равнобедренном треугольнике две стороны равны и два угла равны; в параллелограмме (это четырехугольник) противоположные стороны равны и противоположные углы равны.

    Реклама

  1. Изображение с названием Calculate Angles Step 5

    1

    Помните, что в любом прямоугольном треугольнике один угол всегда равен 90°. Это так, даже если прямой угол никак не отмечен или его значение не указано. Таким образом, один угол прямоугольного треугольника всегда известен, а другие углы можно вычислить с помощью тригонометрии.[5]

  2. Изображение с названием Calculate Angles Step 6

    2

    Измерьте длину двух сторон треугольника. Самая длинная сторона прямоугольного треугольника называется гипотенузой. Прилежащая сторона это сторона, которая находится возле неизвестного угла. Противолежащая сторона — это сторона, которая находится напротив неизвестного угла. Измерьте две стороны, чтобы вычислить неизвестные углы треугольника.[6]

    Совет: воспользуйтесь графическим калькулятором, чтобы решить уравнения, или найдите онлайн-таблицу со значениями синусов, косинусов и тангенсов.

  3. Изображение с названием Calculate Angles Step 7

    3

    Вычислите синус угла, если вам известны противолежащая сторона и гипотенуза. Для этого подставьте значения в уравнение: sin(x) = противолежащая сторона ÷ гипотенуза. Например, противолежащая сторона равна 5 см, а гипотенуза равна 10 см. Разделите 5/10 = 0,5. Таким образом, sin(x) = 0,5, то есть x = sin-1 (0,5).[7]

    • Если у вас есть графический калькулятор, введите 0,5 и нажмите клавишу sin-1. Если у вас нет такого калькулятора, используйте онлайн-таблицу, чтобы найти значение угла. В нашем примере угол равен 30°.
  4. Изображение с названием Calculate Angles Step 8

    4

    Вычислите косинус угла, если вам известны прилежащая сторона и гипотенуза. Для этого подставьте значения в уравнение: cos(x) = прилежащая сторона ÷ гипотенуза. Например, прилежащая сторона равна 1,67 см, а гипотенуза равна 2 см. Разделите 1,67/2 = 0,83. Таким образом, cos(x) = 0,83, то есть x = cos-1 (0,83).[8]

    • Если у вас есть графический калькулятор, введите 0,83 и нажмите клавишу cos-1. Если у вас нет такого калькулятора, используйте онлайн-таблицу, чтобы найти значение угла. В нашем примере угол равен 33,6°.
  5. Изображение с названием Calculate Angles Step 9

    5

    Вычислите тангенс угла, если вам известны противолежащая и прилежащая стороны. Для этого подставьте значения в уравнение: tg(x) = противолежащая сторона ÷ прилежащая сторона. Например, противолежащая сторона равна 75 см, а прилежащая сторона равна 75 см. Разделите 75/100 = 0,75. Таким образом, tg(x) = 0,75, то есть x = tg-1 (0,75).[9]

    • Если у вас есть графический калькулятор, введите 0,75 и нажмите клавишу tg-1. Если у вас нет такого калькулятора, используйте онлайн-таблицу, чтобы найти значение угла. В нашем примере угол равен 36,9°.

    Реклама

Советы

  • Названия углов соответствуют их значениям. Угол в 90° — это прямой угол. Угол в 180° — это развернутый угол. Угол, который лежит между 0° и 90° — это острый угол. Угол, который лежит между 90° и 180° — это тупой угол. Угол, который лежит между 180° и 360° — это невыпуклый угол.
  • Если сумма двух углов равна 90°, они называются дополнительными. Запомните: два острых угла прямоугольного треугольника всегда являются дополнительными. Если же сумма двух углов равна 180°, они называются смежными.

Реклама

Об этой статье

Эту страницу просматривали 236 588 раз.

Была ли эта статья полезной?

Содержание:

В этой лекции вы узнаете, что представляют собой синус, косинус и тангенс угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников

Решение треугольников − это нахождение всех его элементов (трех сторон и трех углов) по трем известным элементам (сторонам и углам).

Синус, косинус и тангенс угла от 0 до 180

Понятия синуса, косинуса и тангенса острого угла вам известны из курса геометрии 8 класса. Расширим эти понятия для произвольного угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

В верхней полуплоскости координатной плоскости рассмотрим полуокружность с центром в начале координат, радиус которой равен 1 (рис. 1.1). Такую полуокружность называют единичной.

Будем говорить, что углу Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения соответствует точка Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения единичной полуокружности, если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения где точки Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения имеют соответственно координаты Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 1.1). Например, на рисунке 1.1 углу, равному Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения соответствует точка Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения углу, равному Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — точка Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения углу, равному Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — точка Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — острый угол. Ему соответствует некоторая точка Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения дуги Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения единичной полуокружности (рис. 1.2). В прямоугольном треугольнике Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения имеем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Итак, косинус и синус острого угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — это соответственно абсцисса и ордината точки Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения единичной полуокружности, соответствующей углу Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Полученный результат подсказывает, как определить синус и косинус произвольного угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Определение. Косинусом и синусом угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения называют соответственно абсциссу и ординату точки Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения единичной полуокружности, соответствующей углу Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 1.3).

Пользуясь этим определением, можно, например, установить, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — произвольная точка единичной полуокружности, то Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Следовательно, для любого угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения имеем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — тупой угол, то абсцисса точки, соответствующей этому углу, отрицательна. Следовательно, косинус тупого угла является отрицательным числом. Справедливо и такое утверждение: если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — тупой или развернутый угол.

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Из курса геометрии 8 класса вы знаете, что для любого острого угла а выполняются равенства: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Эти формулы остаются справедливыми также для Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения и для Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (убедитесь в этом самостоятельно).

Пусть углам Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения соответствуют точки Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения единичной полуокружности (рис. 1.4).

Прямоугольные треугольники Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равны по гипотенузе и острому углу Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Следовательно,

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Убедитесь самостоятельно, что эти равенства остаются верными для Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — острый угол, то, как вы знаете из курса геометрии 8 класса, справедливо равенство, которое называют основным тригонометрическим тождеством:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Это равенство остается верным для Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (убедитесь в этом самостоятельно).

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения— тупой угол. Тогда угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения является острым. Имеем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Следовательно, равенство Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения выполняется для всех Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Определение. Тангенсом угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения называют отношение Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то есть

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения не определен для Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Очевидно, что каждому углу Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения соответствует единственная точка единичной полуокружности. Значит, каждому углу Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения соответствует единственное число, которое является значением синуса (косинуса, тангенса для Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Поэтому зависимость значения синуса (косинуса, тангенса) от величины угла является функциональной.

Функции Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения соответствующие этим функциональным зависимостям, называют тригонометрическими функциями угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №1

Докажите, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №2

Найдите Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

Имеем: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Теорема косинусов

Из первого признака равенства треугольников следует, что две стороны и угол между ними однозначно определяют треугольник. А значит, по указанным элементам можно, например, найти третью сторону треугольника. Как это сделать, показывает следующая теорема.

Теорема 2.1 (теорема косинусов). Квадрат стороны треугольника равен сумме квадратов двух других сторон минус удвоенное произведение этих сторон и косинуса угла между ними.

Доказательство: Рассмотрим треугольник Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Докажем, например, что

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Возможны три случая:

  1. угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения острый;
  2. угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения тупой;
  3. угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения прямой.

Первый случай. Пусть угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения острый. Тогда хотя бы один из углов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения или Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения является острым.

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Проведем высоту Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Она будет полностью принадлежать треугольнику Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 2.1). В прямоугольном треугольнике Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

В прямоугольном треугольнике Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Проведем высоту треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения из вершины Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Она будет полностью принадлежать треугольнику Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Доказательство для этого случая аналогично рассмотренному. Проведите его самостоятельно.

Второй случай. Пусть угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения тупой. Проведем высоту Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 2.2).

В прямоугольном треугольнике Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

В прямоугольном треугольнике BDC: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Третий случай. Пусть угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения прямой (рис. 2.3). Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Надо доказать, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Это равенство следует из теоремы Пифагора для треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Доказательство теоремы косинусов показывает, что теорема Пифагора является частным случаем теоремы косинусов, а теорема косинусов является обобщением теоремы Пифагора.

Если воспользоваться обозначениями для длин сторон и величин углов треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (см. форзац), то, например, для стороны, длина которой равна Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения можно записать:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

С помощью теоремы косинусов, зная три стороны треугольника, можно определить, является ли он остроугольным, тупоугольным или прямоугольным.

Теорема 2.2 (следствие из теоремы косинусов). Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — длины сторон треугольника, причем Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — длина его наибольшей стороны. Если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то треугольник является остроугольным. Если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то треугольник является тупоугольным. Если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то треугольник является прямоугольным.

Доказательство: По теореме косинусов

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то есть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Поэтому угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения острый.

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — длина наибольшей стороны треугольника, то против этой стороны лежит наибольший угол, который, как мы доказали, является острым. Следовательно, в этом случае треугольник является остроугольным.

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то есть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияПоэтому угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения тупой. Следовательно, в этом случае треугольник является тупоугольным.

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Следовательно, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения В этом случае треугольник является прямоугольным. 

Пример №3

Докажите, что сумма квадратов диагоналей параллелограмма равна сумме квадратов всех его сторон.

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

На рисунке 2.4 изображен параллелограмм Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Из треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения по теореме косинусов получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Из треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения по теореме косинусов получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Сложив равенства (1) и (2), получим:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №4

В треугольнике Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения сторона Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения на 4 см больше стороны Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Найдите стороны Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

По теореме косинусов

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения см.

Имеем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Корень -10 не удовлетворяет условию Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Следовательно, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №5

На стороне Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения отметили точку так, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Найдите отрезок Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияРешение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

По теореме косинусов из треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 2.5) получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Тогда из треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Следовательно, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №6

Две стороны треугольника равны 23 см и 30 см, а медиана, проведенная к большей из известных сторон, — 10 см. Найдите третью сторону треугольника.

Решение:

Пусть в треугольнике Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения известно, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения отрезок Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — медиана, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

На продолжении отрезка Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения за точку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения отложим отрезок Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равный медиане Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 2.6). Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

В четырехугольнике Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения диагонали Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения точкой Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения пересечения делятся пополам Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения по условию, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения по построению). Следовательно, четырехугольник Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — параллелограмм.

Так как сумма квадратов диагоналей параллелограмма равна сумме квадратов всех его сторон (см. ключевую задачу 1), то Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Тогда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: 11 см. Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Теорема синусов

При доказательстве ряда теорем и решении многих задач применяют следующую лемму.

Лемма. Хорда окружности равна произведению диаметра и синуса любого вписанного угла, опирающегося на эту хорду.

Доказательство: На рисунке 3.1 отрезок Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — хорда окружности с центром в точке Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Проведем диаметр Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения как вписанный угол, опирающийся на диаметр. Пусть величина вписанного угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равна Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияТогда из прямоугольного треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Все вписанные углы, опирающиеся на хорду Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равны Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения или Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияСледовательно, их синусы равны. Поэтому полученное равенство (1) справедливо для всех вписанных углов, опирающихся на хорду Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Из второго признака равенства треугольников следует, что сторона

и два прилежащих к ней угла однозначно определяют треугольник. Следовательно, по указанным элементам можно найти две другие стороны треугольника. Как это сделать, подсказывает следующая теорема.

Теорема 3.1 (теорема синусов). Стороны треугольника пропорциональны синусам противолежащих углов.

Доказательство: Пусть в треугольнике Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения известно, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Докажем, что

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пусть радиус описанной окружности треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равен Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда согласно лемме Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Следствие. Радиус окружности, описанной около треугольника, можно вычислить по формуле

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — длина стороны треугольника, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — величина противолежащего этой стороне угла.

Пример №7

В треугольнике Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения известно, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения см, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияНайдите угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

По теореме синусов

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Тогда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Следовательно, угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — острый.

Отсюда, учитывая, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения получаем: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №8

В треугольнике Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения известно, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияРешение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияНайдите угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

По теореме синусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения может быть как острым, так и тупым. Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №9

На стороне Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения отметили точку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения так, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 3.2). Найдите отрезок Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

Угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — внешний угол треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Из треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения по теореме синусов получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Следовательно,

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Из треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения по теореме синусов получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Следовательно,

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияРешение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №10

Отрезок Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — биссектриса треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения(рис. 3.3). Найдите радиус окружности, описанной около треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения если радиус окружности, описанной около треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равен Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения см.

Решение:

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — радиус окружности, описанной около треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияРешение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку отрезок Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — биссектриса треугольника, то Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Из треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияполучаем: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

По следствию из теоремы синусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Из треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — искомый радиус окружности, описанной около треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения отсюда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Как решать треугольников

Решить треугольник — это значит найти неизвестные его стороны и углы по известным сторонам и угламРешение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Теоремы косинусов и синусов позволяют решить любой треугольник.

В следующих задачах значения тригонометрических функций будем находить с помощью калькулятора и округлять эти значения до сотых. Величины углов будем находить с помощью калькулятора и округлять эти значения до единиц. Вычисляя длины сторон, результат будем округлять до десятых.

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №11

Решите треугольник (рис. 4.1) по стороне Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения см и двум углам Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

Используя теорему о сумме углов треугольника, получаем: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

По теореме синусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Имеем: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Вновь применяя теорему синусов, запишем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Имеем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №12

Решите треугольник по двум сторонам Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения см, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения см и углу Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решениямежду ними.

Решение:

По теореме косинусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Далее имеем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Используя теорему о сумме углов треугольника, получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №13

Решите треугольник по трем сторонам Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения см, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

По теореме косинусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Получаем: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пo теореме синусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — длина наименьшей стороны данного треугольника, то угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения является острым. Тогда находим, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Используя теорему о сумме углов треугольника, получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №14

Решите треугольник по двум сторонам и углу, противолежащему одной из сторон:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

1) По теореме синусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения данного треугольника тупой, то угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения является острым. Тогда находим, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Используя теорему о сумме углов треугольника, получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

По теореме синусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

2) По теореме синусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения что невозможно.

Ответ: задача не имеет решения.

3) По теореме синусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Возможны два случая: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения или Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Рассмотрим случай, когда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Используя теорему о сумме углов треугольника, получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пo теореме синусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (см).

Рассмотрим случай, когда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Используя теорему о сумме углов треугольника, получаем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (см)

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Тригонометрия наука об измерении треугольников

Вы знаете, что древние путешественники ориентировались по звездам и планетам. Они могли достаточно точно определить положение корабля в океане или каравана в пустыне по расположению светил на небосклоне. При этом одним из ориентиров служила высота, на которую поднималось над горизонтом то или иное небесное светило в данной местности в данный момент времени.

Понятно, что непосредственно измерить эту высоту невозможно. Поэтому ученые стали разрабатывать методы косвенных измерений. Здесь существенную роль играло решение треугольника, две вершины которого лежали на поверхности Земли, а третья являлась звездой (рис. 4.3) — знакомая вам задача 3.17. Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Для решения подобных задач древним астрономам необходимо было научиться находить взаимосвязи между элементами треугольника. Так возникла тригонометрия — наука, изучающая зависимость между сторонами и углами треугольника. Термин «тригонометрия» (от греческих слов «тригонон» — треугольник и «метрео» — измерять) означает «измерение треугольников».

На рисунке 4.4 изображен центральный угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равный Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Из прямоугольного треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения имеем: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Следовательно, если в единичной окружности измерить половины длин хорд, на которые опираются центральные углы с величинами Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то тем самым мы можем вычислить значения синусов углов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения соответственно.

Измеряя длины полухорд, древнегреческий астроном Гиппарх (II в. до н. э.) составил первые тригонометрические таблицы.

Понятия синуса и косинуса появляются в тригонометрических трактатах индийских ученых в IV-V вв. н. э. В X в. арабские ученые оперировали понятием тангенса, которое возникло из потребностей гномоники — учения о солнечных часах (рис. 4.5).

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

В Европе первой работой, в которой тригонометрия рассматривалась как отдельная наука, был трактат «Пять книг о треугольниках всех видов», впервые напечатанный в 1533 г. Его автором был немецкий ученый Региомонтан (1436-1476). Этот же ученый открыл и теорему тангенсов:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — длины сторон треугольника, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — величины углов треугольника, противолежащих соответственно сторонам с длинами Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Современный вид тригонометрия приобрела в работах великого математика Леонарда Эйлера.

Леонард Эйлер

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

(1707-1783) Выдающийся математик, физик, механик и астроном, автор более 860 научных работ. Член Петербургской, Берлинской, Парижской академий наук, Лондонского королевского общества, многих других академий и научных обществ. Имя Эйлера встречается почти во всех областях математики: теоремы Эйлера, тождества Эйлера, углы, функции, интегралы, формулы, уравнения, подстановки и т. д.

Формулы для нахождения площади треугольника

Из курса геометрии 8 класса вы знаете, что площадь Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения треугольника со сторонами Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения и высотами Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения можно вычислить по формулам

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Теперь у нас появилась возможность получить еще несколько формул для нахождения площади треугольника.

Теорема 5.1. Площадь треугольника равна половине произведения двух его сторон и синуса угла между ними.

Доказательство: Рассмотрим треугольник Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения площадь которого равна Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решениятакой, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Докажем, что

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Возможны три случая:

  1. угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения острый (рис. 5.1);
  2. угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения тупой (рис. 5.2);
  3. угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения прямой.

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

На рисунках 5.1 и 5.2 проведем высоту Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Из прямоугольного треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения в первом случае (см. рис. 5.1) получаем: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения а во втором (см. рис. 5.2): Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда для двух первых случаев имеем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Если угол Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения прямой, то Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Для прямоугольного треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения с катетами Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения имеем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Теорема 5.2 (формула ГеронаРешение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Площадь Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения треугольника со сторонами Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения можно вычислить по формуле

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — его полупериметр.

Доказательство: Рассмотрим треугольник Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения площадь которого равна Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения такой, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Докажем, что

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Запишем формулу площади треугольника:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

По теореме косинусов Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Теорема 5.3. Площадь Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения треугольника со сторонами Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения и Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения можно вычислить по формуле

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — радиус окружности, описанной около треугольника.

Доказательство: Рассмотрим треугольник Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения площадь которого равна Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения такой, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Докажем, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения— радиус описанной окружности треугольника.

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Запишем формулу площади треугольника:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Из леммы п. 3 следует, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Заметим, что доказанная теорема позволяет находить радиус описанной окружности треугольника по формуле

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Теорема 5.4. Площадь треугольника равна произведению его полупериметра и радиуса вписанной окружности.

Доказательство: На рисунке 5.3 изображен треугольник Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения в который вписана окружность радиуса Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Докажем, что

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — площадь данного треугольника, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — его полупериметр.

Пусть точка Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — центр вписанной окружности, которая касается сторон треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения в точках Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Площадь треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равна сумме площадей треугольников Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Проведем радиусы в точки касания. Получаем: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияРешение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Отсюда:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Следовательно,

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Теорему 5.4 обобщает следующая теорема.

Теорема 5.5. Площадь описанного многоугольника равна произведению его полупериметра и радиуса вписанной окружности.

Докажите эту теорему самостоятельно (рис. 5.4).

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Заметим, что теорема 5.5 позволяет находить радиус вписанной окружности многоугольника по формуле

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №15

Докажите, что площадь Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения параллелограмма можно вычислить по формуле

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — длины соседних сторон параллелограмма, Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — угол между ними.

Решение:

Рассмотрим параллелограмм Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения в котором Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияРешение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 5.5). Проведем диагональ Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то запишем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №16

Докажите, что площадь выпуклого четырехугольника равна половине произведения его диагоналей и синуса угла между ними.

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение:

Пусть угол между диагоналями Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения четырехугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равен Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения На рисунке 5.6 Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решенияИмеем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Пример №17

Стороны треугольника равны 17 см, 65 см и 80 см. Найдите наименьшую высоту треугольника, радиусы его вписанной и описанной окружностей.

Решение:

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Найдем полупериметр треугольника:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Площадь треугольника вычислим по формуле Герона:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Наименьшей высотой треугольника является высота, проведенная к его наибольшей стороне, длина которой равна Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Радиус вписанной окружности

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Радиус описанной окружности

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Ответ: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Вневписанная окружность треугольника

Проведем биссектрисы двух внешних углов с вершинами Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 5.8). Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — точка пересечения этих биссектрис. Тогда точка Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равноудалена от прямых Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Проведем три перпендикуляра: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Очевидно, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Следовательно, существует окружность с центром в точке Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решениякоторая касается стороны треугольника и продолжений двух других его сторон. Такую окружность называют вневписанной окружностью треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 5.8).

Поскольку Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то точка Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения принадлежит биссектрисе угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Любой треугольник имеет три вневписанные окружности. На рисунке 5.9 их центры обозначены Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Радиусы этих окружностей обозначим соответственно Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

По свойству касательных, проведенных к окружности через одну точку, имеем: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения (рис. 5.8). Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Следовательно, периметр треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения равен сумме Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Однако Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения Тогда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — полупериметр треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Имеем:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Отсюда Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения где Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — площадь треугольника Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Аналогично можно показать, что Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Справочный материал

Косинус и синус

Косинусом и синусом угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения которому соответствует точка Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения единичной полуокружности, называют соответственно абсциссу и ординату точки Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Тангенс

Тангенсом угла Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения называют отношение Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Теорема косинусов

Квадрат стороны треугольника равен сумме квадратов двух других сторон минус удвоенное произведение этих сторон и косинуса угла между ними: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Следствие из теоремы косинусов

Пусть Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — длины сторон треугольника, причем Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения — длина его наибольшей стороны. Если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то треугольник является остроугольным. Если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то треугольник является тупоугольным. Если Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения то треугольник является прямоугольным.

Лемма о хорде окружности

Хорда окружности равна произведению диаметра и синуса любого вписанного угла, опирающегося на эту хорду.

Теорема синусов

Стороны треугольника пропорциональны синусам противолежащих углов:

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Формулы для нахождения площади треугольника

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Формула Герона: Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Формула для нахождения радиуса окружности, вписанной в треугольник

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Формулы для нахождения радиуса окружности, описанной около треугольника

Решение треугольников - формулы и задачи с примерами решения

Площадь многоугольника, описанного около окружности

Площадь многоугольника, описанного около окружности, равна произведению его полупериметра и радиуса вписанной окружности.

  • Треугольники и окружность
  • Площадь треугольника
  • Соотношения между сторонами и углами произвольного треугольника
  • Окружность и круг
  • Основные фигуры геометрии и их расположение в пространстве
  • Пространственные фигуры – виды, изображения, свойства
  • Взаимное расположения прямых на плоскости
  • Треугольник

Исторический термин «решение треугольников» (лат. solutio triangulorum) обозначает решение следующей тригонометрической задачи: найти остальные стороны и/или углы треугольника по уже известным[1]. Существуют также обобщения этой задачи на случай, когда заданы другие элементы треугольника (например, медианы, биссектрисы, высоты, площадь и т. д.), а также на случай, когда треугольник располагается не на евклидовой плоскости, а на сфере (сферический треугольник), на гиперболической плоскости (гиперболический треугольник) и т. п. Данная задача часто встречается в тригонометрических приложениях — например, в геодезии, астрономии, строительстве, навигации.

Решение плоских треугольников[править | править код]

Стандартные обозначения в треугольнике

У треугольника[2] общего вида имеется 6 основных элементов: 3 линейные (длины сторон a,b,c) и 3 угловые (alpha ,beta ,gamma ). Сторону, противолежащую углу при вершине, традиционно обозначают той же буквой, что и эта вершина, но не заглавной, а строчной (см. рисунок). В классической задаче плоской тригонометрии заданы 3 из этих 6 характеристик, и нужно определить 3 остальные. Очевидно, если известны только 2 или 3 угла, однозначного решения не получится, так как любой треугольник, подобный данному, тоже будет решением, поэтому далее предполагается, что хотя бы одна из известных величин — линейная[3].

Алгоритм решения задачи зависит от того, какие именно характеристики треугольника считаются известными. Поскольку вариант «заданы три угла» исключён из рассмотрения, остаются 5 различных вариантов[4]:

  • три стороны;
  • две стороны и угол между ними;
  • две стороны и угол напротив одной из них;
  • сторона и два прилежащих угла;
  • сторона, противолежащий угол и один из прилежащих.

Основные теоремы[править | править код]

Стандартным методом решения задачи является использование нескольких фундаментальных соотношений, выполняющихся для всех плоских треугольников[5]:

Теорема косинусов
{displaystyle a^{2}=b^{2}+c^{2}-2bccdot cos alpha }
{displaystyle b^{2}=a^{2}+c^{2}-2accdot cos beta }
{displaystyle c^{2}=a^{2}+b^{2}-2abcdot cos gamma }
Теорема синусов
{frac {a}{sin alpha }}={frac {b}{sin beta }}={frac {c}{sin gamma }}
Сумма углов треугольника
alpha +beta +gamma =180^{circ }

Из других иногда полезных на практике универсальных соотношений следует упомянуть теорему тангенсов, теорему котангенсов, теорему о проекциях и формулы Мольвейде.

Замечания[править | править код]

  1. Для нахождения неизвестного угла надёжнее использовать теорему косинусов, а не синусов, потому что значение синуса угла при вершине треугольника не определяет однозначно самого угла, поскольку смежные углы имеют один и тот же синус[6]. Например, если sin beta =0{,}5, то угол beta может быть как 30^{circ }, так и 150^{circ }, потому что синусы этих углов совпадают. Исключением является случай, когда заранее известно, что в данном треугольнике тупых углов быть не может — например, если треугольник прямоугольный. С косинусом такие проблемы не возникают: в интервале от 0^{circ } до 180^{circ } значение косинуса определяет угол однозначно.
  2. При построении треугольников важно помнить, что зеркальное отражение построенного треугольника тоже будет решением задачи. Например, три стороны однозначно определяют треугольник с точностью до отражения.
  3. Все треугольники подразумеваются невырожденными, то есть длина стороны не может быть нулевой, а величина угла — положительное число, меньшее, чем 180^{circ }.

Три стороны[править | править код]

Пусть заданы длины всех трёх сторон a,b,c. Условие разрешимости задачи — выполнение неравенства треугольника, то есть каждая длина должна быть меньше, чем сумма двух других длин:

{displaystyle a<b+c,quad b<a+c,quad c<a+b.}

Чтобы найти углы alpha ,beta , надо воспользоваться теоремой косинусов[7]:

{displaystyle alpha =arccos {frac {b^{2}+c^{2}-a^{2}}{2bc}},quad beta =arccos {frac {a^{2}+c^{2}-b^{2}}{2ac}}.}

Третий угол сразу находится из правила, что сумма всех трёх углов должна быть равна {displaystyle 180^{circ }colon }

{displaystyle gamma =180^{circ }-(alpha +beta ).}

Не рекомендуется второй угол находить по теореме синусов, потому что, как указано в замечании 1, существует опасность спутать тупой угол с острым. Этой опасности не возникнет, если первым определить, по теореме косинусов, наибольший угол (он лежит против наибольшей из сторон) — два других угла точно являются острыми, и применение к ним теоремы синусов безопасно.

Ещё один метод вычисления углов по известным сторонам — использование теоремы котангенсов.

Заданы две стороны и угол между ними

Две стороны и угол между ними[править | править код]

Пусть для определённости известны длины сторон a,b и угол gamma между ними. Этот вариант задачи всегда имеет единственное решение. Для определения длины стороны c применяется теорема косинусов[8]:

{displaystyle c={sqrt {a^{2}+b^{2}-2abcos gamma }}.}

Фактически задача сведена к предыдущему случаю. Далее ещё раз применяется теорема косинусов для нахождения второго угла:

{displaystyle alpha =arccos {frac {b^{2}+c^{2}-a^{2}}{2bc}}=arccos {frac {b-acos gamma }{sqrt {a^{2}+b^{2}-2abcos gamma }}}.}

Третий угол находится из теоремы о сумме углов треугольника: beta =180^{circ }-alpha -gamma .

Заданы две стороны и угол не между ними

Две стороны и угол напротив одной из них[править | править код]

В этом случае решений может быть два, одно или ни одного. Пусть известны две стороны b,c и угол beta . Тогда уравнение для угла gamma находится из теоремы синусов[9]:

{displaystyle sin gamma ={frac {c}{b}}sin beta .}

Для краткости обозначим {displaystyle D={frac {c}{b}}sin beta } (правая часть уравнения). Это число всегда положительно. При решении уравнения возможны 4 случая, во многом зависящие от D[10][11].

  1. Задача не имеет решения (сторона b «не достаёт» до линии BC) в двух случаях: если D>1 или если угол beta geqslant 90^{circ } и при этом bleqslant c.
  2. Если {displaystyle D=1,} существует единственное решение, причём треугольник прямоугольный: {displaystyle gamma =arcsin D=90^{circ }.}

  1. Если {displaystyle D<1,} то возможны 2 варианта.
    1. Если b<c, то угол gamma имеет два возможных значения: острый угол {displaystyle gamma =arcsin D} и тупой угол {displaystyle gamma '=180^{circ }-gamma }. На рисунке справа первому значению соответствуют точка C, сторона b и угол gamma , а второму значению — точка C', сторона {displaystyle b'=b} и угол gamma '.
    2. Если bgeqslant c, то beta geqslant gamma (большей стороне треугольника соответствует больший противолежащий угол). Поскольку в треугольнике не может быть двух тупых углов, тупой угол для gamma исключён и решение {displaystyle gamma =arcsin D} единственно.

Третий угол определяется по формуле {displaystyle alpha =180^{circ }-beta -gamma }. Третью сторону можно найти по теореме синусов:

a=b {frac {sin alpha }{sin beta }}

В данном случае заданы сторона и прилежащие к ней углы. Аналогичные рассуждения имеют смысл, даже если один из известных углов противоположен стороне.

Сторона и два угла[править | править код]

Пусть задана сторона c и два угла. Эта задача имеет единственное решение, если сумма двух углов меньше 180^{circ }. В противном случае задача решения не имеет.

Вначале определяется третий угол. Например, если даны углы alpha ,beta , то {displaystyle gamma =180^{circ }-alpha -beta }. Далее обе неизвестные стороны находятся по теореме синусов[12]:

{displaystyle a=c {frac {sin alpha }{sin gamma }},quad b=c {frac {sin beta }{sin gamma }}.}

Решение прямоугольных треугольников[править | править код]

Прямоугольный треугольник

В этом случае известен один из углов — он равен 90°. Необходимо знать ещё два элемента, хотя бы один из которых — сторона. Возможны следующие случаи:

  • два катета;
  • катет и гипотенуза;
  • катет и прилежащий острый угол;
  • катет и противолежащий острый угол;
  • гипотенуза и острый угол.

Вершину прямого угла традиционно обозначают буквой C, гипотенузу — c. Катеты обозначаются a и b, а величины противолежащих им углов — alpha и beta соответственно.

Расчётные формулы существенно упрощаются, так как вместо теорем синусов и косинусов можно использовать более простые соотношения — теорему Пифагора:

c^{2}=a^{2}+b^{2}

и определения основных тригонометрических функций:

sin alpha =cos beta ={frac {a}{c}},quad cos alpha =sin beta ={frac {b}{c}},
{displaystyle operatorname {tg} alpha =operatorname {ctg} beta ={frac {a}{b}},quad operatorname {ctg} alpha =operatorname {tg} beta ={frac {b}{a}}.}

Ясно также, что углы alpha и beta  — острые, так как их сумма равна 90^{circ }. Поэтому любой из неизвестных углов однозначно определяется по любой из его тригонометрических функций (синусу, косинусу, тангенсу и др.) путём вычисления соответствующей обратной тригонометрической функции.

При корректной постановке задачи (если заданы гипотенуза и катет, то катет должен быть меньше гипотенузы; если задан один из двух непрямых углов, то он должен быть острый) решение всегда существует и единственно.

Два катета[править | править код]

Гипотенуза находится по теореме Пифагора:

c={sqrt {a^{2}+b^{2}}}.

Углы могут быть найдены с использованием функции арктангенса:

{displaystyle alpha =operatorname {arctg} {frac {a}{b}},quad beta =operatorname {arctg} {frac {b}{a}}}

или же по только что найденной гипотенузе:

alpha =arcsin {frac {a}{c}}=arccos {frac {b}{c}},quad beta =arcsin {frac {b}{c}}=arccos {frac {a}{c}}.

Катет и гипотенуза[править | править код]

Пусть известны катет b и гипотенуза c — тогда катет a находится из теоремы Пифагора:

a={sqrt {c^{2}-b^{2}}}.

После этого углы определяются аналогично предыдущему случаю.

Катет и прилежащий острый угол[править | править код]

Пусть известны катет b и прилежащий к нему угол alpha .

Гипотенуза c находится из соотношения

c={frac {b}{cos alpha }}.

Катет a может быть найден либо по теореме Пифагора аналогично предыдущему случаю, либо из соотношения

a=b mathrm {tg} ,alpha .

Острый угол beta может быть найден как

beta =90^{circ }-alpha .

Катет и противолежащий острый угол[править | править код]

Пусть известны катет b и противолежащий ему угол beta .

Гипотенуза c находится из соотношения

c={frac {b}{sin beta }}.

Катет a и второй острый угол alpha могут быть найдены аналогично предыдущему случаю.

Гипотенуза и острый угол[править | править код]

Пусть известны гипотенуза c и острый угол beta .

Острый угол alpha может быть найден как

alpha =90^{circ }-beta .

Катеты определяются из соотношений

a=csin alpha =ccos beta ,
b=csin beta =ccos alpha .

Решение сферических треугольников[править | править код]

Стороны сферического треугольника a,b,c измеряют величиной опирающихся на них центральных углов

Сферический треугольник общего вида полностью определяется тремя из шести своих характеристик (3 стороны и 3 угла). Стороны сферического треугольника a,b,c принято измерять не линейными единицами, а величиной опирающихся на них центральных углов.

Решение треугольников в сферической геометрии имеет ряд отличий от плоского случая. Например, сумма трёх углов alpha +beta +gamma зависит от треугольника; кроме того, на сфере не существует неравных подобных треугольников, и поэтому задача построения треугольника по трём углам имеет единственное решение. Но основные соотношения: две сферические теоремы косинусов и сферическая теорема синусов, — используемые для решения задачи, аналогичны плоскому случаю.

Из других соотношений могут оказаться полезными формулы аналогии Непера[13] и формула половины стороны[14].

Три стороны[править | править код]

Если даны (в угловых единицах) стороны a,b,c, то углы треугольника определяются из теоремы косинусов[15]:

alpha =arccos left({frac {cos a-cos b cos c}{sin b sin c}}right),
beta =arccos left({frac {cos b-cos c cos a}{sin c sin a}}right),
gamma =arccos left({frac {cos c-cos a cos b}{sin a sin b}}right),

Заданы две стороны и угол между ними

Две стороны и угол между ними[править | править код]

Пусть заданы стороны a,b и угол gamma между ними. Сторона c находится по теореме косинусов[15]:

c=arccos left(cos acos b+sin asin bcos gamma right)

Углы alpha ,beta можно найти так же, как в предыдущем случае, можно также использовать формулы аналогии Непера:

{displaystyle alpha =operatorname {arctg}  {frac {2sin a}{operatorname {tg} ({frac {gamma }{2}})sin(b+a)+operatorname {ctg} ({frac {gamma }{2}})sin(b-a)}},}
{displaystyle beta =operatorname {arctg}  {frac {2sin b}{operatorname {tg} ({frac {gamma }{2}})sin(a+b)+operatorname {ctg} ({frac {gamma }{2}})sin(a-b)}}.}

Заданы две стороны и угол не между ними

Две стороны и угол не между ними[править | править код]

Пусть заданы стороны b,c и угол beta . Чтобы решение существовало, необходимо выполнение условия:

{displaystyle b>arcsin(sin c,sin beta ).}

Угол gamma получается из теоремы синусов:

{displaystyle gamma =arcsin left({frac {sin c,sin beta }{sin b}}right).}

Здесь, аналогично плоскому случаю, при b<c получаются два решения: gamma и {displaystyle 180^{circ }-gamma }.

Остальные величины можно найти из формул аналогии Непера[16]:

a=2operatorname {arctg} left{operatorname {tg} left({frac {1}{2}}(b-c)right){frac {sin left({frac {1}{2}}(beta +gamma )right)}{sin left({frac {1}{2}}(beta -gamma )right)}}right},
alpha =2operatorname {arcctg} left{operatorname {tg} left({frac {1}{2}}(beta -gamma )right){frac {sin left({frac {1}{2}}(b+c)right)}{sin left({frac {1}{2}}(b-c)right)}}right}.

Заданы сторона и прилежащие углы

Сторона и прилежащие углы[править | править код]

В этом варианте задана сторона c и углы alpha ,beta . Угол gamma определяется по теореме косинусов[17]:

{displaystyle gamma =arccos(sin alpha sin beta cos c-cos alpha cos beta ).}

Две неизвестные стороны получаются из формул аналогии Непера:

a=operatorname {arctg} left{{frac {2sin alpha }{operatorname {ctg} (c/2)sin(beta +alpha )+operatorname {tg} (c/2)sin(beta -alpha )}}right}
b=operatorname {arctg} left{{frac {2sin beta }{operatorname {ctg} (c/2)sin(alpha +beta )+operatorname {tg} (c/2)sin(alpha -beta )}}right}

или, если использовать вычисленный угол gamma , по теореме косинусов:

{displaystyle a=arccos left({frac {cos alpha +cos beta cos gamma }{sin beta sin gamma }}right),}
{displaystyle b=arccos left({frac {cos beta +cos gamma cos alpha }{sin gamma sin alpha }}right).}

Заданы два угла и сторона не между ними

Два угла и сторона не между ними[править | править код]

В отличие от плоского аналога данная задача может иметь несколько решений.

Пусть заданы сторона a и углы alpha ,beta . Сторона b определяется по теореме синусов[18]:

{displaystyle b=arcsin left({frac {sin a,sin beta }{sin alpha }}right).}

Если угол для стороны a острый и alpha >beta , существует второе решение:

{displaystyle b=pi -arcsin left({frac {sin a,sin beta }{sin alpha }}right).}

Остальные величины определяются из формул аналогии Непера:

{displaystyle c=2operatorname {arctg} left{operatorname {tg} left({frac {1}{2}}(a-b)right){frac {sin left({frac {1}{2}}(alpha +beta )right)}{sin left({frac {1}{2}}(alpha -beta )right)}}right}.}
{displaystyle gamma =2operatorname {arcctg} left{operatorname {tg} left({frac {1}{2}}(alpha -beta )right){frac {sin left({frac {1}{2}}(a+b)right)}{sin left({frac {1}{2}}(a-b)right)}}right}.}

Три угла[править | править код]

Если заданы три угла, стороны находятся по теореме косинусов:

a=arccos left({frac {cos alpha +cos beta cos gamma }{sin beta sin gamma }}right),
b=arccos left({frac {cos beta +cos gamma cos alpha }{sin gamma sin alpha }}right),
c=arccos left({frac {cos gamma +cos alpha cos beta }{sin alpha sin beta }}right).

Другой вариант: использование формулы половины угла[19].

Решение прямоугольных сферических треугольников[править | править код]

Изложенные алгоритмы значительно упрощаются, если известно, что один из углов треугольника (например, угол C) прямой. Прямоугольный сферический треугольник полностью определяется двумя элементами, остальные три находятся при помощи мнемонического правила Непера или из нижеприведённых соотношений[20]:

{displaystyle sin a=sin ccdot sin alpha =operatorname {tg} bcdot operatorname {ctg} beta ,}
{displaystyle sin b=sin ccdot sin beta =operatorname {tg} acdot operatorname {ctg} alpha ,}
{displaystyle cos c=cos acdot cos b=operatorname {ctg} alpha cdot operatorname {ctg} beta ,}
{displaystyle operatorname {tg} a=sin bcdot operatorname {tg} alpha ,}
{displaystyle operatorname {tg} b=operatorname {tg} ccdot cos alpha ,}
{displaystyle cos alpha =cos acdot sin beta =operatorname {tg} bcdot operatorname {ctg} c,}
{displaystyle cos beta =cos bcdot sin alpha =operatorname {tg} acdot operatorname {ctg} c.}

Вариации и обобщения[править | править код]

Во многих практически важных задачах вместо сторон треугольника задаются другие его характеристики — например, длина медианы, высоты, биссектрисы, радиус вписанного или описанного круга и т. д. Аналогично вместо углов при вершинах треугольника в задаче могут фигурировать иные углы. Алгоритмы решения подобных задач чаще всего комбинируются из рассмотренных выше теорем тригонометрии.

Примеры:

Примеры практического применения[править | править код]

Триангуляция[править | править код]

Чтобы определить расстояние d от берега до недоступной точки — например, до удалённого корабля,— нужно отметить на берегу две точки, расстояние l между которыми известно, и измерить углы alpha и beta между линией, соединяющей эти точки, и направлением на корабль. Из формул варианта «сторона и два угла» можно найти длину высоты треугольника[23]:

d={frac {sin alpha ,sin beta }{sin(alpha +beta )}},l={frac {operatorname {tg} alpha ,operatorname {tg} beta }{operatorname {tg} alpha +operatorname {tg} beta }},l

Этот метод используется в каботажном судоходстве. Углы alpha ,beta при этом оцениваются наблюдениями с корабля известных ориентиров на земле. Аналогичная схема используется в астрономии, чтобы определить расстояние до близкой звезды: измеряются углы наблюдения этой звезды с противоположных точек земной орбиты (то есть с интервалом в полгода) и по их разности (параллаксу) вычисляют искомое расстояние[23].

Другой пример: требуется измерить высоту h горы или высокого здания. Известны углы alpha ,beta наблюдения вершины из двух точек, расположенных на расстоянии l. Из формул того же варианта, что и выше, получается[24]:

h={frac {sin alpha ,sin beta }{sin(beta -alpha )}},l={frac {operatorname {tg} alpha ,operatorname {tg} beta }{operatorname {tg} beta -operatorname {tg} alpha }},l

Расстояние между двумя точками на поверхности земного шара[править | править код]

Distance on earth.png

Надо вычислить расстояние между двумя точками на земном шаре[25]:

Точка A: широта lambda _{mathrm {A} }, долгота L_{mathrm {A} },
Точка B: широта lambda _{mathrm {B} }, долгота L_{mathrm {B} },

Для сферического треугольника ABC, где C — северный полюс, известны следующие величины:

{displaystyle a=90^{mathrm {o} }-lambda _{mathrm {B} }}
{displaystyle b=90^{mathrm {o} }-lambda _{mathrm {A} }}
{displaystyle gamma =L_{mathrm {A} }-L_{mathrm {B} }}

Это случай «две стороны и угол между ними». Из приведенных выше формул получается:

mathrm {AB} =Rarccos left{sin lambda _{mathrm {A} },sin lambda _{mathrm {B} }+cos lambda _{mathrm {A} },cos lambda _{mathrm {B} },cos left(L_{mathrm {A} }-L_{mathrm {B} }right)right},

где R — радиус Земли.

История[править | править код]

Зачатки тригонометрических знаний можно найти в математических рукописях Древнего Египта, Вавилона и Древнего Китая. Главным достижением этого периода стало соотношение, позже получившее имя теоремы Пифагора; Ван дер Варден считает, что вавилоняне открыли его между 2000 и 1786 годами до н. э.[26]

Общая постановка задачи решения треугольников (как плоских, так и сферических) появилась в древнегреческой геометрии[27]. Во второй книге «Начал» Евклида теорема 12 представляет собой словесный аналог теоремы косинусов для тупоугольных треугольников[28]:

В тупоугольных треугольниках квадрат на стороне, стягивающей тупой угол, больше [суммы] квадратов на сторонах, содержащих тупой угол, на дважды взятый прямоугольник, заключённый между одной из сторон при тупом угле, на которую падает перпендикуляр, и отсекаемым этим перпендикуляром снаружи отрезком при тупом угле.

Следующая за ней теорема 13 — вариант теоремы косинусов для остроугольных треугольников. Аналога теоремы синусов у греков не было, это важнейшее открытие было сделано гораздо позднее[29]: древнейшее из дошедших до нас доказательств теоремы синусов на плоскости описано в книге Насир ад-Дин Ат-Туси «Трактат о полном четырёхстороннике», написанной в XIII веке[30].

Первые тригонометрические таблицы составил, вероятно, Гиппарх в середине II века до н. э. для астрономических расчётов. Позднее астроном II века Клавдий Птолемей в «Альмагесте» дополнил результаты Гиппарха. Первая книга «Альмагеста» — самая значимая тригонометрическая работа всей античности. В частности, «Альмагест» содержит обширные тригонометрические таблицы хорд для острых и тупых углов, с шагом 30 угловых минут. В таблицах Птолемей приводит значение длин хорд с точностью до трех шестидесятиричных знаков[31]. Такая точность примерно соответствует пятизначной десятичной таблице синусов с шагом 15 угловых минут[1].

Птолемей явно не формулирует теорему синусов и косинусов для треугольников. Тем не менее он всегда справляется с задачей решения треугольников, разбивая треугольник на два прямоугольных[32].

Параллельно с развитием тригонометрии плоскости греки, под влиянием астрономии, далеко продвинули сферическую тригонометрию[33]. Решающим этапом в развитии теории стала монография «Сферика» в трёх книгах, которую написал Менелай Александрийский (около 100 года н. э.). В первой книге он изложил теоремы о сферических треугольниках, аналогичные теоремам Евклида о плоских треугольниках (см. I книгу «Начал»). По сообщению Паппа, Менелай первым ввёл понятие сферического треугольника как фигуры, образованной отрезками больших кругов[34]. Несколько десятилетий спустя Клавдий Птолемей в своих трудах «География», «Аналемма» и «Планисферий» даёт подробное изложение тригонометрических приложений к картографии, астрономии и механике.

В IV веке, после упадка античной науки, центр развития математики переместился в Индию. Сочинения индийских математиков (сиддханты) показывают, что их авторы были хорошо знакомы с трудами греческих астрономов и геометров[35]. Чистой геометрией индийцы интересовались мало, но их вклад в прикладную астрономию и расчётные аспекты тригонометрии очень значителен. В частности, индийцы первыми ввели в использование косинус[36]. Кроме того, индийцы знали формулы для кратных углов sin nvarphi , cos nvarphi для n=2,3,4,5. В «Сурья-сиддханте» и в трудах Брахмагупты при решении задач фактически используется сферический вариант теоремы синусов, однако общая формулировка этой теоремы в Индии так и не появилась[37].

В VIII веке учёные стран Ближнего и Среднего Востока познакомились с трудами древнегреческих и индийских математиков и астрономов. Их астрономические трактаты, аналогичные индийским сиддхантам, назывались «зиджи»; типичный зидж представлял собой сборник астрономических и тригонометрических таблиц, снабжённый руководством по их использованию и (не всегда) изложением общей теории[38]. Сравнение зиджей периода VIII—XIII веков показывает быструю эволюцию тригонометрических знаний. Самые ранние из сохранившихся трудов принадлежат ал-Хорезми и ал-Марвази (IX век), которые рассмотрели, наряду с известными ещё индийцам синусом и косинусом, новые тригонометрические функции: тангенс, котангенс, секанс и косеканс[36].

Сабит ибн Курра (IX век) и ал-Баттани (X век) первыми открыли фундаментальную теорему синусов для частного случая прямоугольного сферического треугольника. Для произвольного сферического треугольника доказательство было найдено (разными способами и, вероятно, независимо друг от друга) Абу-л-Вафой, ал-Худжанди и ибн Ираком в конце X века[29]. В другом трактате ибн Ирака сформулирована и доказана теорема синусов для плоского треугольника[39]. Сферическая теорема косинусов в общем виде сформулирована в странах ислама не была, однако в трудах Сабита ибн Курры, ал-Баттани и других астрономов имеются эквивалентные ей утверждения[40].

Фундаментальное изложение тригонометрии как самостоятельной науки (как плоской, так и сферической) дал персидский математик и астроном Насир ад-Дин ат-Туси в 1260 году[41]. Его «Трактат о полном четырёхстороннике» содержит практические способы решения типичных задач, в том числе труднейших, решенных самим ат-Туси — например, построение сторон сферического треугольника по заданным трём углам[42]. Таким образом, к концу XIII века были открыты базовые теоремы, необходимые для эффективного решения треугольников.

В Европе развитие тригонометрической теории стало чрезвычайно важным в Новое время, в первую очередь для артиллерии, оптики и навигации при дальних морских путешествиях. В 1551 году появились 15-значные тригонометрические таблицы Ретика, ученика Коперника, с шагом 10″[43]. Потребность в сложных тригонометрических расчётах вызвала в начале XVII века открытие логарифмов, причём первые логарифмические таблицы Джона Непера содержали только логарифмы тригонометрических функций. Среди других открытий Непера — эффективный алгоритм решения сферических треугольников, получивший название «формулы аналогии Непера»[44]. Алгебраизация тригонометрии, начатая Франсуа Виетом, была завершена Леонардом Эйлером в XVIII веке, после чего алгоритмы решения треугольников приобрели современный вид.

См. также[править | править код]

  • Признаки подобия треугольников
  • Площадь треугольника
  • Сферическая тригонометрия
  • Сферический треугольник
  • Триангуляция
  • Тригонометрические тождества
  • Тригонометрические функции
  • Формулы Мольвейде

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Выгодский М. Я., 1978, с. 266—268.
  2. Плоский треугольник иногда называют прямолинейным.
  3. Элементарная математика, 1976, с. 487.
  4. Solving Triangles. Maths is Fun. Дата обращения: 23 Jule 2012. Архивировано 30 июня 2019 года.
  5. Элементарная математика, 1976, с. 488.
  6. Степанов Н. Н., 1948, с. 133.
  7. Solving SSS Triangles. Maths is Fun. Дата обращения: 23 Jule 2012. Архивировано 30 сентября 2012 года.
  8. Solving SAS Triangles. Maths is Fun. Дата обращения: 24 Jule 2012. Архивировано 30 сентября 2012 года.
  9. Solving SSA Triangles. Maths is Fun. Дата обращения: 24 Jule 2012). Архивировано 30 сентября 2012 года.
  10. Выгодский М. Я., 1978, с. 294.
  11. Элементарная математика, 1976, с. 493—496.
  12. Solving ASA Triangles. Maths is Fun. Дата обращения: 24 Jule 2012. Архивировано 30 сентября 2012 года.
  13. Степанов Н. Н., 1948, с. 87—90.
  14. Степанов Н. Н., 1948, с. 102—104.
  15. 1 2 Энциклопедия элементарной математики, 1963, с. 545.
  16. Степанов Н. Н., 1948, с. 121—128.
  17. Степанов Н. Н., 1948, с. 115—121.
  18. Степанов Н. Н., 1948, с. 128—133.
  19. Степанов Н. Н., 1948, с. 104—108.
  20. Основные формулы физики, 1957, с. 14—15.
  21. Цейтен Г. Г., 1932, с. 223—224.
  22. Цейтен Г. Г., 1938, с. 126—127.
  23. 1 2 Геометрия: 7—9 классы, 2009, с. 260—261.
  24. Геометрия: 7—9 классы, 2009, с. 260.
  25. Степанов Н. Н., 1948, с. 136—137.
  26. van der Waerden, Bartel Leendert. Geometry and Algebra in Ancient Civilizations. — Springer, 1983. — ISBN 3-540-12159-5.
  27. Глейзер Г. И., 1982, с. 77.
  28. Глейзер Г. И., 1982, с. 94—95.
  29. 1 2 Матвиевская Г. П., 2012, с. 92—96.
  30. Berggren, J. Lennart. Mathematics in Medieval Islam // The Mathematics of Egypt, Mesopotamia, China, India, and Islam: A Sourcebook (англ.). — Princeton University Press, 2007. — P. 518. — ISBN 9780691114859.
  31. История математики, том I, 1970, с. 143.
  32. Ван дер Варден. Пробуждающаяся наука. Математика древнего Египта, Вавилона и Греции. — М.: Наука, 1959. — С. 366. — 456 с.
  33. Матвиевская Г. П., 2012, с. 25—27.
  34. Матвиевская Г. П., 2012, с. 33—36.
  35. Матвиевская Г. П., 2012, с. 40—44.
  36. 1 2 Сираждинов С. Х., Матвиевская Г. П., 1978, с. 79.
  37. Юшкевич А. П. История математики в Средние века. — М.: ГИФМЛ, 1961. — С. 160. — 448 с.
  38. Матвиевская Г. П., 2012, с. 51—55.
  39. Матвиевская Г. П., 2012, с. 111.
  40. Матвиевская Г. П., 2012, с. 96—98.
  41. Туси Насирэддин. Трактат о полном четырёхстороннике. Баку, Изд. АН АзССР, 1952.
  42. Рыбников К. А., 1960, с. 105.
  43. История математики, том I, 1970, с. 320.
  44. Степанов Н. Н. § 42. Формулы «аналогии Непера» // Сферическая тригонометрия. — М.Л.: ОГИЗ, 1948. — С. 87—90. — 154 с.

Литература[править | править код]

Теория и алгоритмы
  • Атанасян Л. С., Бутузов В. Ф., Кадомцев С. Б., Позняк Э. Г., Юдина И. И. Геометрия: 7—9 классы. Учебник для общеобразовательных учреждений. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2009. — 384 с. — ISBN 978-5-09-021136-9.
  • Выгодский М. Я. Справочник по элементарной математике. — М.: Наука, 1978.
  • Гельфанд И. М., Львовский С. М., Тоом А. Л. Тригонометрия, учебник для 10 класса. — М.: МЦНМО, 2002. — ISBN 5-94057-050-X.
  • Зайцев В. В., Рыжков В. В., Сканави М. И. Элементарная математика. Повторительный курс. — Издание третье, стереотипное. — М.: Наука, 1976. — 591 с.
  • Мензел Д. (ред.). Основные формулы физики. Глава 1. Основные математические формулы. — М.: Изд. иностранной литературы, 1957. — 658 с.
  • Основные понятия сферической геометрии и тригонометрии // Энциклопедия элементарной математики (в 5 томах). — М.: Физматгиз, 1963. — Т. 4. — С. 518—557. — 568 с.
  • Степанов Н. Н. Сферическая тригонометрия. — М.Л.: ОГИЗ, 1948.
История
  • Глейзер Г. И. История математики в школе. VII-VIII классы. Пособие для учителей. — М.: Просвещение, 1982. — С. 76—95. — 240 с.
  • Глейзер Г. И. История математики в школе. IX-X классы. Пособие для учителей. — М.: Просвещение, 1983. — 352 с.
  • История математики под редакцией А. П. Юшкевича в трёх томах, М.: Наука.
    • История математики. С древнейших времен до начала Нового времени // История математики / Под редакцией А. П. Юшкевича, в трёх томах. — М.: Наука, 1970. — Т. I.
    • Математика XVII столетия // История математики / Под редакцией А. П. Юшкевича, в трёх томах. — М.: Наука, 1970. — Т. II.
    • Математика XVIII столетия // История математики / Под редакцией А. П. Юшкевича, в трёх томах. — М.: Наука, 1972. — Т. III.
  • Матвиевская Г. П. Очерки истории тригонометрии: Древняя Греция. Средневековый Восток. Позднее Средневековье. — Изд. 2-е. — М.: Либроком, 2012. — 160 с. — (Физико-математическое наследие: математика (история математики)). — ISBN 978-5-397-02777-9.
  • Рыбников К. А. История математики в двух томах. — М.: Изд. МГУ, 1960. — Т. I.
  • Сираждинов С. Х., Матвиевская Г. П. Абу Райхан Беруни и его математические труды. Пособие для учащихся. — М.: Просвещение, 1978. — 95 с. — (Люди науки).
  • Цейтен Г. Г. История математики в древности и в средние века. — М.Л.: ГТТИ, 1932. — 230 с.
  • Цейтен Г. Г. История математики в XVI и XVII веках. — М.Л.: ОНТИ, 1938. — 456 с.

Решение треугольников онлайн

С помощю этого онлайн калькулятора можно решить треугольники, т.е. найти неизвестные элементы (стороны, углы) треугольника. Теоретическую часть и численные примеры смотрите ниже.

Решение треугольников − это нахождение всех его элементов (трех сторон и трех углов) по трем известным элементам (сторонам и углам). В статье Треугольники. Признаки равенства треугольников рассматриваются условия, при которых два треугольника оказываются равными друг друга. Как следует из статьи, треугольник однозначно определяется тремя элементами. Это:

  1. Три стороны треугольника.
  2. Две стороны треугольника и угол между ними.
  3. Две стороны и угол противостоящий к одному из этих сторон треугольника.
  4. Одна сторона и любые два угла.

Заметим, что если у треугольника известны два угла, то легко найти третий угол, т.к. сумма всех углов треугольника равна 180°.

Решение треугольника по трем сторонам

Пусть известны три стороны треугольника a, b, c (Рис.1). Найдем .

Решение:

Из теоремы косинусов имеем:

Откуда

Из (1) и (2) находим cosA, cosB и углы A и B (используя калькулятор). Далее, угол C находим из выражения

Пример 1. Известны стороны треугольника ABC: Найти (Рис.1).

Решение. Из формул (1) и (2) находим:

Используя онлайн калькулятор для arcsin и arccos находим углы A и B:

И, наконец, находим угол C:

Решение треугольника по двум сторонам и углу между ними

Пусть известны стороны треугольника a и b и угол между ними C (Рис.2). Найдем сторону c и углы A и B.

Решение:

Найдем сторону c используя теорему косинусов:

Далее, из формулы

найдем cosA:

Далее из (3) с помощью калькулятора находим угол A.

Поскольку уже нам известны два угла то находим третий:

Пример 2. Известны две стороны треугольника ABC: и (Рис.2). Найти сторону c и углы A и B.

Решение. Иcпользуя теорму косинусов найдем сторону c:

Вычисления выше легко производить инженерным онлайн калькулятором.

Из формулы (3) найдем cosA:

Используя онлайн калькулятор для arcsin и arccos или инженерный онлайн калькулятор находим угол A:

Поскольку уже нам известны два угла то находим третий:

Решение треугольника по стороне и любым двум углам

Пусть известна сторона треугольника a и углы A и B (Рис.4). Найдем стороны b и c и угол C.

Решение:

Так как, уже известны два угла, то можно найти третий:

Далее, для находждения сторон b и c воспользуемся тероемой синусов:

Откуда

Пример 3. Известна одна сторона треугольника ABC: и углы (Рис.3). Найти стороны b и c и угол С.

Решение. Поскольку известны два угла, то легко можно найти третий угол С:

Найдем сторону b. Из теоремы синусов имеем:

Найдем сторону с. Из теоремы синусов имеем:

Ответ:

Добавить комментарий