Triangel | |
---|---|
revben | 3 |
Schläfli symbol | {3} |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
En triangel (i det euklidiska utrymmet ) är en geometrisk figur som bildas av tre segment som förbinder tre punkter som inte ligger på en rak linje . Dessa tre punkter kallas triangelns hörn , och segmenten kallas triangelns sidor . Den del av planet som avgränsas av sidorna kallas triangelns inre : ofta betraktas triangeln tillsammans med dess inre (till exempel för att definiera begreppet area) [1] .
Sidorna i en triangel bildar tre vinklar i en triangels hörn , så en triangel kan också definieras som en polygon som har exakt tre vinklar [2] , d.v.s. som en del av ett plan som begränsas av tre segment som förbinder tre punkter som inte ligger på en rät linje. Triangeln är en av de viktigaste geometriska figurerna som ofta används inom vetenskap och teknik, så studiet av dess egenskaper har utförts sedan antiken.
Begreppet en triangel medger olika generaliseringar. Du kan definiera det här begreppet i icke-euklidisk geometri (till exempel på en sfär ): på sådana ytor definieras en triangel som tre punkter förbundna med geodetik . I dimensionell geometri är analogen av en triangel den -th dimensionella simplexen .
Ibland övervägs en degenererad triangel, vars tre hörn ligger på samma räta linje. Om inget annat anges antas triangeln i denna artikel vara icke-degenererad.
Traditionellt indikeras hörnen i en triangel med versaler i det latinska alfabetet: , och sidorna mittemot dem - med samma gemener (se figur). En triangel med hörn , och betecknas som . Sidor kan också betecknas med bokstäverna i deras avgränsande hörn: , , .
Triangeln har följande vinklar:
Värdena på vinklarna vid motsvarande hörn betecknas traditionellt med grekiska bokstäver ( , , ).
Den yttre vinkeln för en platt triangel vid en given vertex är vinkeln intill triangelns inre vinkel vid denna vertex (se figur). Om den inre vinkeln vid en given vertex av en triangel bildas av två sidor som kommer ut från en given vertex, så bildas den yttre vinkeln av en triangel av en sida som kommer ut från en given vertex och fortsättningen av den andra sidan som kommer ut från densamma vertex. Det yttre hörnet kan ta värden från till .
Omkretsen av en triangel är summan av längderna av dess tre sidor, och hälften av detta värde kallas semiperimeter .
Eftersom i euklidisk geometri summan av vinklarna i en triangel är , då måste minst två vinklar i triangeln vara spetsig (mindre än ). Det finns följande typer av trianglar [2] .
Medianen för en triangel ritad från en given vertex är segmentet som förbinder denna vertex till mittpunkten på den motsatta sidan (basen av medianen). Alla tre medianerna i en triangel skär varandra vid en punkt. Denna skärningspunkt kallas triangelns tyngdpunkt eller tyngdpunkt. Efternamnet beror på det faktum att en triangel gjord av ett homogent material har en tyngdpunkt i skärningspunkten för medianerna. Centroiden delar varje median 1:2 från basen av medianen. En triangel med hörn i mittpunkten av medianerna kallas mediantriangel . Baserna för medianerna i en given triangel bildar den så kallade komplementära triangeln . Längden på medianensänkt åt sidankan hittas av formlerna:
liknande för andra medianer.Höjd i trianglar av olika slag
Höjderna skär varandra vid ortocentret
Höjden på en triangel som dras från en given vertex kallas den vinkelräta som faller från denna vertex till den motsatta sidan eller dess fortsättning. De tre höjderna i en triangel skär varandra vid en punkt, som kallas triangelns ortocentrum . En triangel med hörn i höjdernas baser kallas en ortotriangel .
Längden på höjden sänkt åt sidan kan hittas av formlerna:
; liknande för andra höjder.Längderna på höjderna sänkta åt sidorna. kan också hittas med hjälp av formlerna: [3] :s.64
.Bisektrisen ( bisektris ) av en triangel som ritas från en given vertex är ett segment som förbinder denna vertex med en punkt på motsatt sida och delar vinkeln vid den givna vertexen på mitten. En triangels halvled skär varandra i en punkt, och den punkten är densamma som mitten av den inskrivna cirkeln ( incenter ).
Om triangeln är skalenlig (inte likbent), så ligger bisektrisen från någon av dess hörn mellan medianen och höjden från samma vertex. En annan viktig egenskap hos bisektrisen: den delar den motsatta sidan i delar som är proportionella mot sidorna intill den [4] .
Längden på bisektrisen sänkt åt sidan kan hittas av en av formlerna:
, var är halvperimetern för . . ; här är höjden.Höjden, medianen och bisektrisen för en likbent triangel, sänkt till basen, är desamma. Det omvända är också sant: om bisektrisen, medianen och höjden från en vertex är desamma, så är triangeln likbent.
Den omskrivna cirkeln (se figuren till höger) är en cirkel som går genom triangelns alla tre hörn. Den omskrivna cirkeln är alltid unik, dess centrum sammanfaller med skärningspunkten för vinkelräta sidor mot triangelns sidor, ritade genom sidornas mittpunkter. I en trubbig triangel ligger detta centrum utanför triangeln [4] .
Den inskrivna cirkeln (se figuren till höger) är en cirkel som tangerar alla tre sidorna av triangeln. Hon är den enda. Mitten av den inskrivna cirkeln kallas incenter , den sammanfaller med skärningspunkten för triangelns bisektrar.
Följande formler låter dig beräkna radierna för de omskrivna och inskrivna cirklarna.
var är arean av triangeln och är dess semiperimeter . ,var är radierna för motsvarande cirklar
Ytterligare två användbara förhållanden:
[5] .Det finns också Carnot-formeln [6] :
,där , , är avstånden från centrum av den omskrivna cirkeln , respektive till sidorna , , av triangeln, , , är avstånden från ortocentrum , respektive till hörnen , , av triangeln.
Avståndet från mitten av den omskrivna cirkeln , till exempel, till sidan av triangeln är:
;avståndet från till exempel ortocentrum till triangelns vertex är:
.En triangel på det euklidiska planet kan definieras unikt (upp till kongruens ) av följande tripletter av grundelement: [7]
Tecken på likhet i räta trianglar:
Ytterligare funktion: trianglar är lika om de har två sidor och en vinkel motsatt den större av dessa sidor [8] .
I sfärisk geometri och i Lobatsjovskijs geometri finns ett tecken på att trianglar är lika i tre vinklar.
I vilken triangel som helst ligger en större vinkel mittemot den större sidan och vice versa. Lika vinklar ligger mot lika sidor [8] .
Varje yttre vinkel i en triangel är lika med skillnaden mellan 180° och motsvarande inre vinkel. För en yttre vinkel gäller även triangelns yttre vinkelsats : en yttre vinkel är lika med summan av två andra inre vinklar som inte ligger intill den [8] .
I en icke-degenererad triangel är summan av längderna av dess två sidor större än längden på den tredje sidan, i en degenererad är den lika. Med andra ord är längderna på sidorna i en icke-degenererad triangel relaterade av följande olikheter:
.Ytterligare egenskap: varje sida av triangeln är större än skillnaden mellan de två andra sidorna [8] .
Summan av de inre vinklarna i en triangel är alltid 180°:
.I Lobachevsky-geometrin är summan av vinklarna i en triangel alltid mindre än 180°, medan den på en sfär alltid är större.
var är radien på cirkeln omskriven runt triangeln.
Det är en generalisering av Pythagoras sats .
Källa: [10] .
.Ett annat namn: Regiomontanus formula .
Beräkningen av okända sidor, vinklar och andra egenskaper hos en triangel från kända har historiskt kallats " triangellösning ". Detta använder ovanstående allmänna trigonometriska satser, såväl som tecken på likhet och likhet med trianglar .
för hörn .
Följande ojämlikheter gäller för området:
där i båda fallen jämlikhet uppnås om och endast om triangeln är liksidig (regelbunden).
Egenskaperna hos en triangel som studerats i skolan, med sällsynta undantag, har varit kända sedan tidig antiken. Början av trigonometrisk kunskap kan hittas i de matematiska manuskripten från det antika Egypten , Babylon och det forntida Kina . Den huvudsakliga bedriften av denna period var förhållandet, som senare fick namnet på Pythagoras sats ; Van der Waerden tror att babylonierna upptäckte det mellan 2000 och 1786 f.Kr. e. [arton]
En allmän och ganska komplett teori om trianglars geometri (både platta och sfäriska ) dök upp i antikens Grekland [19] . I synnerhet i den andra boken " Begynnelser " är Euklids sats 12 en verbal analog till cosinussatsen för trubbiga trianglar [20] . Sats 13 efter det är en variant av cosinussatsen för spetsiga trianglar . Egenskaperna för elementen i trianglar (vinklar, sidor, bisektorer, etc.) efter Euklid behandlades av Arkimedes , Menelaos , Claudius Ptolemaios , Pappus av Alexandria [21] .
Under IV-talet, efter nedgången av antik vetenskap, flyttade centrum för utveckling av matematik till Indien. Indiska matematikers ( siddhantas ) skrifter visar att deras författare var väl förtrogna med grekiska astronomers och geometrars verk [22] . Indianerna var lite intresserade av ren geometri, men deras bidrag till tillämpad astronomi och beräkningsaspekterna av trigonometri är mycket betydande.
På 800-talet bekantade sig forskare från länderna i Nära och Mellanöstern med verk av antika grekiska och indiska matematiker och astronomer. Deras astronomiska avhandlingar, analoga med de indiska siddhantas, kallades " ziji "; en typisk zij var en samling av astronomiska och trigonometriska tabeller, försedda med en guide till deras användning och (inte alltid) en sammanfattning av den allmänna teorin [23] . Jämförelse av zijs från perioden 8-13-talen visar den snabba utvecklingen av trigonometrisk kunskap. De tidigaste bevarade verken tillhör al-Khwarizmi och al-Marvazi (800-talet).
Thabit ibn Qurra (800-talet) och al-Battani (900-talet) var de första som upptäckte den grundläggande sinussatsen för specialfallet med en rätvinklig sfärisk triangel . För en godtycklig sfärisk triangel hittades beviset (på olika sätt och förmodligen oberoende av varandra) av Abu-l-Vafa , al-Khujandi och ibn Irak i slutet av 900-talet [24] . I en annan avhandling formulerade och bevisade ibn Irak sinussatsen för en platt triangel [25] .
Den grundläggande presentationen av trigonometri (både platt och sfärisk) gavs av den persiske matematikern och astronomen Nasir ad-Din at-Tusi 1260 [26] . Hans "Treatise on the complete quadripartite" innehåller praktiska metoder för att lösa typiska problem, inklusive de svåraste, lösta av at-Tusi själv [27] . Sålunda, i slutet av 1200-talet, upptäcktes de grundläggande satser som var nödvändiga för praktiskt arbete med trianglar.
I Europa blev utvecklingen av trigonometrisk teori extremt viktig i modern tid, främst för artilleri , optik och navigering på långväga havsresor. År 1551 dök 15-siffriga trigonometriska tabeller av Rheticus , en elev av Copernicus , upp med ett steg på 10 " [28] . Behovet av komplexa trigonometriska beräkningar orsakade upptäckten av logaritmer i början av 1600-talet , och John Napiers första logaritmiska tabeller innehöll endast logaritmerna för trigonometriska funktioner.
Studiet av triangeln fortsatte på 1600-talet: Desargues teorem (1636) bevisades, Torricelli-punkten upptäcktes (1640) och dess egenskaper studerades. Giovanni Ceva bevisade sin transversala teorem (1678). Leibniz visade hur man beräknar avståndet från en triangels tyngdpunkt till dess andra anmärkningsvärda punkter [21] . På 1700-talet upptäcktes Eulerlinjen och cirkeln med sex punkter (1765).
I början av 1800-talet upptäcktes Gergonne-punkten . År 1828 bevisades Feuerbachs teorem . I slutet av 1800-talet tillhör Emile Lemoines , Henri Brocards , Joseph Neubergs verk . Cirkeln med nio punkter utforskades av Poncelet , Brianchon och Steiner . Tidigare okända geometriska samband och bilder upptäcktes - till exempel Brocard-cirkeln , Steiner- och Tarry- punkter . År 1860 bevisade Schlömilch ett teorem: tre linjer som förbinder mittpunkterna på sidorna av en triangel med mittpunkterna på dess respektive höjder skär varandra vid en punkt. År 1937 visade den sovjetiske matematikern S. I. Zetel att denna sats inte bara gäller för höjder, utan också för alla andra cevianer . Studierna av de ovan listade geometrarna gjorde triangelns geometri till en oberoende gren av matematiken [29] .
Ett betydande bidrag till triangelns geometri gjordes i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet av Frank Morley . Han bevisade att platsen för centrum av kardioiden inskriven i en triangel består av nio raka linjer, som, tagna i tre, är parallella med de tre sidorna av en liksidig triangel. Dessutom är de 27 punkterna där dessa nio linjer skär skärningspunkterna för två trisektorer i triangeln som hör till samma sida av triangeln. Det mest kända är ett specialfall av detta teorem: de inre trisektorerna av vinklarna i en triangel som gränsar till samma sida skär parvis vid tre hörn av en liksidig triangel. En generalisering av dessa verk publicerades av Henri Lebesgue (1940), han introducerade -sektorerna i en triangel och studerade deras placering i en allmän form [30] .
Från 1830 -talet trilinjära punktkoordinater blev allmänt använda i triangelgeometri . Teorin om transformationer utvecklades aktivt - projektiv , isogonal , isotom och andra. Idén att överväga problemen med teorin om trianglar på det komplexa planet visade sig vara användbar . [29] .
Alla fakta i detta avsnitt hänvisar till euklidisk geometri .
3 typer av transformationer beskrivs nedan: 1) Isogonal konjugation, 2) Isotomisk konjugering, 3) Isocialär transformation.
Isogonal konjugationOm vi istället för en symmetrisk cevian tar en cevian vars bas är så långt från mitten av sidan som basen på den ursprungliga, kommer sådana cevianer också att skära varandra vid en punkt. Den resulterande transformationen kallas isotomisk konjugation . Den kartlägger också linjer till omskrivna koner .
Under affina transformationer övergår isotomiskt konjugerade punkter till isotomiskt konjugerade. Med isotomikonjugering kommer den beskrivna Steinerellipsen att gå till linjen i oändligheten .
Sammansättning av en isogonal (eller isotomisk ) konjugation och en trilinjär polärOm i segmenten avskurna av triangelns sidor från den omskrivna cirkeln, är cirklar inskrivna som berör sidorna vid basen av cevian dras genom en viss punkt, och sedan är kontaktpunkterna för dessa cirklar anslutna till de omskrivna cirkel med motsatta hörn, då kommer sådana linjer att skära varandra vid en punkt. Transformationen av planet, som jämför utgångspunkten med den resulterande, kallas den iscirkulära transformationen [36] . Sammansättningen av de isogonala och isotomiska konjugationerna är sammansättningen av den isocirkulära transformationen med sig själv. Denna komposition är en projektiv transformation som lämnar triangelns sidor på plats och översätter axeln för de yttre bisektrarna till en rät linje i oändligheten.
( första identiteten för tangenter )
Anmärkning . Ovanstående relation gäller endast när ingen av vinklarna är 90° (i vilket fall är tangentfunktionen alltid definierad).
, [37]( andra identitet för tangenter )
,( första identiteten för sines )
, [37]( andra identitet för sines )
, [5]( identitet för cosinus )
( identitet för förhållande mellan radier )
Anmärkning . När båda delarna av den andra identiteten för tangenter divideras med produkten , erhålls en identitet för cotangenter :
,i form (men inte till innehåll) mycket lik den första identiteten för tangenter .
Metriska förhållanden i en triangel ges för :
Var:
I synnerhet om vertex A är vid origo (0, 0), och koordinaterna för de andra två hörnen är B = ( x B , y B ) och C = ( x C , y C ) , då kan arean vara beräknas som 1 ⁄ 2 av determinantens absoluta värde
Den sista formeln för arean av en triangel i engelsk litteratur kallas formeln för det område som är inneslutet av en bruten spets sträckt över spikar ( skosnörsformel ), eller den geodetiska formeln ( lantmätarens formel [39] ), eller Gaussområdet formel.
Låt triangelns hörn vara vid punkterna , , .
Låt oss introducera areavektorn . Längden på denna vektor är lika med arean av triangeln, och den är riktad längs normalen till triangelns plan:
Låt , där , , är projektionerna av triangeln på koordinatplanen. Vart i
och likaså
Arean av triangeln är .
Ett alternativ är att beräkna längderna på sidorna (enligt Pythagoras sats ) och vidare med hjälp av Heron-formeln .
Om vi betecknar de komplexa kartesiska koordinaterna (på det komplexa planet) för triangelns hörn, respektive med , och och betecknar deras komplexa konjugerade punkter med , respektive , då får vi formeln:
,vilket är ekvivalent med formeln för området inneslutet innanför den streckade linjen på skosnöret sträckt över naglarna ( skosnörsformeln ), eller den geodetiska formeln ( inspektörens formel [39] ), eller Gauss areaformeln.
Egenskaper för en triangel med sidor , , och vinklar , , .
Summan av vinklarna i en (icke-degenererad) triangel är strikt större än .
Alla liknande trianglar är kongruenta.
Sinussats (hädanefter mäts sidan av en sfärisk triangel vanligtvis inte med ett linjärt mått, utan med värdet på den centrala vinkeln baserat på den ):
,Cosinussatser:
, .För en triangel med sidor , , och vinklar , , .
Summan av vinklarna i en (icke-degenererad) triangel är strikt mindre än .
Liksom på en sfär är alla liknande trianglar kongruenta.
Sinussats
,Cosinussatser
, .Värdet för summan av vinklarna i en triangel i alla tre fallen (Euklidiskt plan, sfär, Lobatsjovsky-plan) är en konsekvens av Gauss-Bonnet-formeln
.I fallet med en triangel är Euler-karaktäristiken . Hörnen är de yttre hörnen av triangeln. Värdet på kvantiteten (gaussisk krökning) är för euklidisk geometri, för en sfär, för Lobachevsky-planet.
Symbol | Unicode | namn |
---|---|---|
△ | U+25B3 | vit uppåtriktad triangel |
Ytterligare artiklar om triangelgeometri finns i kategorierna:
Ordböcker och uppslagsverk |
|
---|---|
I bibliografiska kataloger |
|
Triangel | |
---|---|
Typer av trianglar | |
Underbara linjer i en triangel | |
Anmärkningsvärda punkter i triangeln | |
Grundläggande satser | |
Ytterligare satser | |
Generaliseringar |
Polygoner | |||||
---|---|---|---|---|---|
Efter antal sidor |
| ||||
korrekt |
| ||||
trianglar | |||||
Fyrhörningar | |||||
se även |