Trekant | |
---|---|
ribben | 3 |
Schläfli symbol | {3} |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
En trekant (i det euklidiske rum ) er en geometrisk figur dannet af tre segmenter , der forbinder tre punkter, der ikke ligger på én lige linje . Disse tre punkter kaldes trekantens hjørner , og segmenterne kaldes trekantens sider . Den del af planet, der er afgrænset af siderne, kaldes trekantens indre : ofte betragtes trekanten sammen med dens indre (for eksempel for at definere begrebet areal) [1] .
Siderne i en trekant danner tre vinkler i spidserne af en trekant , så en trekant kan også defineres som en polygon , der har præcis tre vinkler [2] , dvs. som en del af et plan afgrænset af tre segmenter, der forbinder tre punkter, der ikke ligger på en lige linje. Trekanten er en af de vigtigste geometriske figurer, der er meget udbredt i videnskab og teknologi, så undersøgelsen af dens egenskaber er blevet udført siden oldtiden.
Begrebet en trekant indrømmer forskellige generaliseringer. Du kan definere dette begreb i ikke-euklidisk geometri (for eksempel på en kugle ): på sådanne overflader er en trekant defineret som tre punkter forbundet med geodetik . I dimensionel geometri er analogen til en trekant den -te dimensionelle simplex .
Nogle gange betragtes en degenereret trekant, hvis tre toppunkter ligger på den samme rette linje. Medmindre andet er angivet, antages trekanten i denne artikel at være ikke-degenereret.
Traditionelt er hjørnerne i en trekant angivet med store bogstaver i det latinske alfabet: , og siderne modsat dem - med de samme små bogstaver (se figur). En trekant med hjørner , og er betegnet som . Sider kan også betegnes med bogstaverne i deres afgrænsende hjørner: , , .
Trekanten har følgende vinkler:
Værdierne af vinklerne ved de tilsvarende toppunkter er traditionelt angivet med græske bogstaver ( , , ).
Den ydre vinkel af en flad trekant ved et givet toppunkt er den vinkel, der støder op til trekantens indre vinkel ved dette toppunkt (se figur). Hvis den indre vinkel ved et givet toppunkt i en trekant er dannet af to sider, der kommer ud fra et givet toppunkt, så dannes den udvendige vinkel af en trekant af den ene side, der kommer ud af et givent toppunkt, og fortsættelsen af den anden side, der kommer ud fra samme toppunkt. Det ydre hjørne kan tage værdier fra til .
Omkredsen af en trekant er summen af længderne af dens tre sider, og halvdelen af denne værdi kaldes semiperimeter .
Da summen af vinklerne i en trekant i euklidisk geometri er , så skal mindst to vinkler i trekanten være spids (mindre end ). Der er følgende typer trekanter [2] .
Medianen af en trekant tegnet fra et givet toppunkt er det segment, der forbinder dette toppunkt til midtpunktet af den modsatte side (grundlaget for medianen). Alle tre medianer af en trekant skærer hinanden i et punkt. Dette skæringspunkt kaldes trekantens tyngdepunkt eller tyngdepunkt. Efternavnet skyldes, at en trekant lavet af et homogent materiale har et tyngdepunkt i skæringspunktet mellem medianerne. Tyngdepunktet deler hver median 1:2 fra bunden af medianen. En trekant med toppunkter i midtpunkterne af medianerne kaldes mediantrekanten . Baserne af medianerne i en given trekant danner den såkaldte komplementære trekant . Længden af medianensænket til sidenkan findes ved formlerne:
tilsvarende for andre medianer.Højde i trekanter af forskellige typer
Højderne skærer hinanden ved ortocentret
Højden af en trekant tegnet fra et givet toppunkt kaldes vinkelret faldet fra dette toppunkt til den modsatte side eller dens fortsættelse. De tre højder af en trekant skærer hinanden i et punkt, kaldet trekantens orthocenter . En trekant med toppunkter i højdernes basis kaldes en ortotrekant .
Længden af højden sænket til siden kan findes ved formlerne:
; lignende for andre højder.Højdernes længder sænket til siderne. kan også findes ved hjælp af formlerne: [3] :s.64
.Halveringspunktet ( halveringslinjen ) i en trekant tegnet fra et givet toppunkt er et segment, der forbinder dette toppunkt med et punkt på den modsatte side og deler vinklen ved det givne toppunkt i to. Halveringslinjerne i en trekant skærer hinanden i et punkt, og det punkt er det samme som midten af den indskrevne cirkel ( incenter ).
Hvis trekanten er skala (ikke ligebenet), så ligger halveringslinjen tegnet fra et hvilket som helst af dets hjørner mellem medianen og højden trukket fra samme toppunkt. En anden vigtig egenskab ved halveringslinjen: den deler den modsatte side i dele, der er proportionale med siderne, der støder op til den [4] .
Længden af halveringslinjen sænket til siden kan findes ved en af formlerne:
, hvor er halvperimeteren af . . ; her er højden.Højden, medianen og halveringslinjen af en ligebenet trekant, sænket til basen, er den samme. Det omvendte er også sandt: Hvis halveringslinjen, medianen og højden tegnet fra et toppunkt er ens, så er trekanten ligebenet.
Den omskrevne cirkel (se figuren til højre) er en cirkel, der går gennem alle tre hjørner af trekanten. Den omskrevne cirkel er altid unik, dens centrum falder sammen med skæringspunktet mellem vinkelrette sider på trekantens sider, tegnet gennem sidernes midtpunkter. I en stump trekant ligger dette centrum uden for trekanten [4] .
Den indskrevne cirkel (se figuren til højre) er en cirkel, der tangerer alle tre sider af trekanten. Hun er den eneste. Centrum af den indskrevne cirkel kaldes incenter , det falder sammen med skæringspunktet for trekantens halveringslinjer.
Følgende formler giver dig mulighed for at beregne radierne af de omskrevne og indskrevne cirkler.
hvor er trekantens areal og er dens halvperimeter . ,hvor er radierne af de tilsvarende cirkler
Yderligere to nyttige forhold:
[5] .Der er også Carnot-formlen [6] :
,hvor , , er afstandene fra midten af den omskrevne cirkel , henholdsvis til siderne , , af trekanten, , , er afstandene fra henholdsvis orthocenteret , til trekantens hjørner , , .
Afstanden fra midten af den omskrevne cirkel , for eksempel, til siden af trekanten er:
;afstanden fra ortocenteret , for eksempel, til trekantens toppunkt er:
.En trekant på det euklidiske plan kan defineres entydigt (op til kongruens ) af følgende trillinger af grundelementer: [7]
Tegn på lighed af retvinklede trekanter:
Yderligere egenskab: trekanter er ens, hvis de har to sider og en vinkel modsat den største af disse sider [8] .
I sfærisk geometri og i Lobachevskys geometri er der et tegn på, at trekanter er lige store i tre vinkler.
I enhver trekant ligger en større vinkel modsat den større side og omvendt. Lige vinkler ligger mod lige sider [8] .
Hver ydre vinkel i en trekant er lig med forskellen mellem 180° og den tilsvarende indre vinkel. For en ydre vinkel gælder trekantens ydre vinkelsætning også : en ydre vinkel er lig med summen af to andre indre vinkler, der ikke støder op til den [8] .
I en ikke-degenereret trekant er summen af længderne af dens to sider større end længden af den tredje side; i en degenereret en er den lig. Med andre ord er længderne af siderne i en ikke-degenereret trekant forbundet med følgende uligheder:
.Yderligere egenskab: hver side af trekanten er større end forskellen på de to andre sider [8] .
Summen af de indre vinkler i en trekant er altid 180°:
.I Lobachevsky geometri er summen af vinklerne i en trekant altid mindre end 180°, mens den på en kugle altid er større.
hvor er radius af cirklen omskrevet omkring trekanten.
Det er en generalisering af Pythagoras sætning .
Kilde: [10] .
.Et andet navn: Regiomontanus formel .
Beregningen af ukendte sider, vinkler og andre karakteristika for en trekant fra kendte er historisk blevet kaldt " trekantløsning ". Dette bruger ovenstående generelle trigonometriske sætninger, såvel som tegn på lighed og lighed mellem trekanter .
til hjørne .
Følgende uligheder gælder for området:
hvor der i begge tilfælde opnås lighed, hvis og kun hvis trekanten er ligesidet (regulær).
Egenskaberne af en trekant studeret i skolen, med sjældne undtagelser, har været kendt siden den tidlige oldtid. Begyndelsen til trigonometrisk viden kan findes i de matematiske manuskripter fra det gamle Egypten , Babylon og det gamle Kina . Den vigtigste bedrift i denne periode var forholdet, som senere fik navnet Pythagoras sætning ; Van der Waerden mener, at babylonierne opdagede det mellem 2000 og 1786 f.Kr. e. [atten]
En generel og ret komplet teori om trekanters geometri (både flade og sfæriske ) dukkede op i det antikke Grækenland [19] . Især i den anden bog " Beginnings " er Euklids sætning 12 en verbal analog til cosinussætningen for stumpe trekanter [20] . Sætning 13 efter den er en variant af cosinussætningen for spidse trekanter . Egenskaberne af elementerne i trekanter (vinkler, sider, halveringslinjer osv.) efter Euklid blev behandlet af Arkimedes , Menelaos , Claudius Ptolemæus , Pappus af Alexandria [21] .
I det IV århundrede, efter tilbagegangen af den antikke videnskab, flyttede centrum for udvikling af matematik til Indien. Indiske matematikeres ( siddhantas ) skrifter viser, at deres forfattere var godt bekendt med græske astronomers og geometres værker [22] . Indianerne var lidt interesserede i ren geometri, men deres bidrag til anvendt astronomi og de beregningsmæssige aspekter af trigonometri er meget betydningsfuldt.
I det 8. århundrede stiftede videnskabsmænd fra landene i Nær- og Mellemøsten bekendtskab med værker af antikke græske og indiske matematikere og astronomer. Deres astronomiske afhandlinger, analoge med de indiske siddhantas, blev kaldt " ziji "; en typisk zij var en samling af astronomiske og trigonometriske tabeller, forsynet med en guide til deres brug og (ikke altid) et resumé af den generelle teori [23] . Sammenligning af zijs fra perioden i det 8.-13. århundrede viser den hurtige udvikling af trigonometrisk viden. De tidligste overlevende værker tilhører al-Khwarizmi og al-Marvazi (9. århundrede).
Thabit ibn Qurra (9. århundrede) og al-Battani (10. århundrede) var de første til at opdage den grundlæggende sinussætning for det særlige tilfælde af en retvinklet sfærisk trekant . For en vilkårlig sfærisk trekant blev beviset fundet (på forskellige måder og sandsynligvis uafhængigt af hinanden) af Abu-l-Vafa , al-Khujandi og ibn Irak i slutningen af det 10. århundrede [24] . I en anden afhandling formulerede og beviste ibn Irak sinussætningen for en flad trekant [25] .
Den grundlæggende præsentation af trigonometri (både flad og sfærisk) blev givet af den persiske matematiker og astronom Nasir ad-Din at-Tusi i 1260 [26] . Hans "Treatise on the complete quadripartite" indeholder praktiske metoder til at løse typiske problemer, inklusive de sværeste, løst af at-Tusi selv [27] . I slutningen af det 13. århundrede blev de grundlæggende teoremer, der var nødvendige for praktisk arbejde med trekanter, opdaget.
I Europa blev udviklingen af trigonometrisk teori ekstremt vigtig i moderne tid, primært for artilleri , optik og navigation på lange sørejser. I 1551 dukkede 15-cifrede trigonometriske tabeller af Rheticus , en elev af Copernicus , op med et trin på 10" [28] . Behovet for komplekse trigonometriske beregninger forårsagede opdagelsen af logaritmer i begyndelsen af det 17. århundrede , og John Napiers første logaritmiske tabeller indeholdt kun logaritmerne af trigonometriske funktioner.
Studiet af trekanten fortsatte i det 17. århundrede: Desargues-sætningen (1636) blev bevist, Torricelli-punktet blev opdaget (1640) og dets egenskaber blev undersøgt. Giovanni Ceva beviste sit tværgående teorem (1678). Leibniz viste, hvordan man beregner afstanden fra en trekants tyngdepunkt til dens andre bemærkelsesværdige punkter [21] . I det 18. århundrede blev Euler-linjen og cirklen med seks punkter opdaget (1765).
I begyndelsen af det 19. århundrede blev Gergonne-punktet opdaget . I 1828 blev Feuerbachs teorem bevist . I slutningen af det 19. århundrede hører værket af Emile Lemoine , Henri Brocard , Joseph Neuberg til . Cirklen med ni punkter blev udforsket af Poncelet , Brianchon og Steiner.Tidligere ukendte geometriske relationer og billeder blev opdaget - for eksempel Brocard-cirklen , Steiner- og Tarry -punkter . I 1860 beviste Schlömilch en sætning: Tre linjer, der forbinder midtpunkterne på siderne af en trekant med midtpunkterne af dens respektive højder, skærer hinanden i et punkt. I 1937 viste den sovjetiske matematiker S. I. Zetel , at denne teorem ikke kun gælder for højder, men også for alle andre cevianer . Studierne af de ovenfor nævnte geometre gjorde trekantens geometri til en selvstændig gren af matematikken [29] .
Et væsentligt bidrag til trekantens geometri blev ydet i slutningen af det 19. og begyndelsen af det 20. århundrede af Frank Morley . Han beviste, at stedet for centrene af cardioid indskrevet i en trekant består af ni lige linjer, som taget i tre, er parallelle med de tre sider af en ligesidet trekant. Derudover er de 27 punkter, hvor disse ni linjer skærer hinanden, skæringspunkterne for to trisektorer i trekanten, der hører til den samme side af trekanten. Det mest berømte er et særligt tilfælde af denne sætning: de indre trisektorer af vinklerne i en trekant, der støder op til den samme side, skærer parvis ved tre spidser af en ligesidet trekant. En generalisering af disse værker blev udgivet af Henri Lebesgue (1940), han introducerede -sektorerne i en trekant og studerede deres placering i en generel form [30] .
Fra 1830'erne blev trilineære punktkoordinater meget brugt i trekantsgeometri . Teorien om transformationer blev aktivt udviklet - projektiv , isogonal , isotomisk og andre. Ideen om at overveje problemerne med teorien om trekanter på det komplekse plan viste sig at være nyttig . [29] .
Alle fakta i dette afsnit henviser til euklidisk geometri .
3 typer af transformationer er beskrevet nedenfor: 1) Isogonal konjugation, 2) Isotomisk konjugation, 3) Icirkulær transformation.
Isogonal konjugationHvis vi i stedet for en symmetrisk cevian tager en cevian , hvis base er så langt fra midten af siden som bunden af den originale, så vil sådanne cevianer også skære hinanden på et tidspunkt. Den resulterende transformation kaldes isotomisk konjugation . Den kortlægger også linjer til omskrevne kegleformer .
Under affine transformationer går isotomisk konjugerede punkter over i isotomisk konjugerede. Med isotomi-konjugation vil den beskrevne Steiner-ellipse gå til linjen i det uendelige .
Sammensætning af en isogonal (eller isotomisk ) konjugation og en trilineær polærHvis i segmenterne afskåret af trekantens sider fra den omskrevne cirkel, er der indskrevet cirkler, der berører siderne ved bunden af cevianerne trukket gennem et bestemt punkt, og derefter er disse cirklers kontaktpunkter forbundet med de omskrevne cirkel med modsatte hjørner, så vil sådanne linjer skære hinanden i et punkt. Transformationen af planet, der sammenligner udgangspunktet med det resulterende, kaldes den icirkulære transformation [36] . Sammensætningen af de isogonale og isotomiske konjugationer er sammensætningen af den icirkulære transformation med sig selv. Denne komposition er en projektiv transformation , der efterlader trekantens sider på plads og oversætter aksen for de ydre halveringslinjer til en lige linje i det uendelige.
( første identitet for tangenter )
Bemærkning . Ovenstående relation gælder kun, når ingen af vinklerne er 90° (i så fald er tangentfunktionen altid defineret).
, [37]( anden identitet for tangenter )
,( første identitet for sines )
, [37]( anden identitet for sines )
, [5]( identitet for cosinus )
( identitet for forhold mellem radier )
Bemærkning . Når begge dele af den anden identitet for tangenter divideres med produktet , opnås en identitet for cotangenter :
,i form (men ikke i indhold) meget lig den første identitet for tangenter .
Metriske forhold i en trekant er givet for :
Hvor:
Især hvis toppunkt A er ved origo (0, 0), og koordinaterne for de to andre toppunkter er B = ( x B , y B ) og C = ( x C , y C ) , så kan arealet være beregnes som 1 ⁄ 2 af den absolutte værdi af determinanten
Den sidste formel for arealet af en trekant i engelsk litteratur kaldes formlen for området indesluttet i en knækket snøre strakt over negle ( snørebåndsformel ), eller den geodætiske formel ( inspektørformel [39] ) eller Gauss-området formel.
Lad spidserne af trekanten være i punkterne , , .
Lad os introducere arealvektoren . Længden af denne vektor er lig med arealet af trekanten, og den er rettet langs normalen til trekantens plan:
Lad , hvor , , er projektionerne af trekanten på koordinatplanerne. Hvori
og ligeledes
Arealet af trekanten er .
Et alternativ er at beregne længderne af siderne (ifølge Pythagoras sætning ) og videre ved hjælp af Heron-formlen .
Hvis vi betegner de komplekse kartesiske koordinater (på det komplekse plan) af trekantens toppunkter henholdsvis med , og og betegner deres komplekse konjugerede punkter med henholdsvis , og , så får vi formlen:
,hvilket svarer til formlen for området indesluttet inden for den stiplede linje af snørebåndet strakt over neglene ( snørebåndsformlen ), eller den geodætiske formel ( opmålerens formel [39] ), eller Gauss områdeformlen.
Egenskaber for en trekant med sider , , og vinkler , , .
Summen af vinklerne i en (ikke-degenereret) trekant er strengt taget større end .
Alle lignende trekanter er kongruente.
Sinus-sætning (herefter måles siden af en sfærisk trekant normalt ikke ved et lineært mål, men ved værdien af den centrale vinkel baseret på den ):
,Cosinussætninger:
, .For en trekant med sider , , og vinkler , , .
Summen af vinklerne i en (ikke-degenereret) trekant er strengt taget mindre end .
Som på en kugle er alle lignende trekanter kongruente.
Sinus-sætning
,Cosinussætninger
, .Værdien for summen af vinklerne i en trekant i alle tre tilfælde (Euklidisk plan, kugle, Lobachevsky-plan) er en konsekvens af Gauss-Bonnet-formlen
.I tilfælde af en trekant er Euler-karakteristikken . Hjørnerne er de ydre hjørner af trekanten. Værdien af mængden (gaussisk krumning) er for euklidisk geometri, for en kugle, for Lobachevsky-planet.
Symbol | Unicode | Navn |
---|---|---|
△ | U+25B3 | hvid opadgående trekant |
Yderligere artikler om trekantsgeometri kan findes i kategorierne:
Ordbøger og encyklopædier |
|
---|---|
I bibliografiske kataloger |
|
Trekant | |
---|---|
Typer af trekanter | |
Vidunderlige linjer i en trekant | |
Bemærkelsesværdige punkter i trekanten | |
Grundlæggende teoremer | |
Yderligere teoremer | |
Generaliseringer |
Polygoner | |||||
---|---|---|---|---|---|
Efter antal sider |
| ||||
korrekt |
| ||||
trekanter | |||||
Firkanter | |||||
se også |