Теорема о пересечении биссектрис треугольника

В этом пункте мы вернемся к одному из вопросов, возникших в 7 классе: верно ли, что три биссектрисы треугольника пересекаются в одной точке? Теперь можно ответить на этот вопрос.

Теорема. Биссектрисы треугольника пересекаются в одной точке.

Доказательство. Обозначим буквой O точку пересечения биссектрис AA1 и BB1 треугольника ABC (рис. 31, а). Докажем, что точка O лежит на биссектрисе CC1.

Проведем из точки O перпендикуляры OD, OE и OF соответственно к прямым AB, BC и CA (рис. 31, б). По теореме о биссектрисе угла OD = OF и OD = OE, поэтому OF = OE. Таким образом, точка O равноудалена от сторон угла ACB и, значит, лежит на биссектрисе CC1 этого угла. Тем самым все три биссектрисы треугольника ABC пересекаются в точке O. Теорема доказана.

Науколандия

Статьи по естественным наукам и математике

Пересечение биссектрис треугольника

Существует теорема о том, что биссектрисы треугольника пересекаются в одной точке.

Данный факт, как и всякая теорема, требует доказательства, так как к примеру можно предположить, что биссектрисы треугольника иногда могут не пересекаться в одной точке. На рисунке ниже слева три биссектрисы треугольника пересекаются в одной точке. Справа изображена гипотетическая ситуация, когда каждая биссектриса пересекается с двумя другими в разных точках.

Для доказательства теоремы изобразим две биссектрисы треугольника. Понятно, что они пересекаются в одной точке и других точек пересечения быть не может (т. к. биссектрисы углов одного треугольника не могут быть параллельны друг другу, а любые две прямые всегда имеют точку пересечения, притом только одну). От точки пересечения двух биссектрис проведем три перпендикуляра к сторонам треугольника.

Здесь дан треугольник ABC, изображены биссектрисы его угла A и угла B, которые пересекаются в точке O. От точки O проведены перпендикуляры к сторонам треугольника: ОP ⊥ AB, OQ ⊥ BC, OR ⊥ CA.

Как известно, отрезки-перпендикуляры, проведенные от любой точки биссектрисы угла к сторонам этого угла, равны друг другу. Это следует из равенства прямоугольных треугольников. Например, на рисунке ∆AOP = ∆AOR по общей гипотенузе и равным углам при вершине A (т. к. AO делит угол A пополам).

Значит, OP = OR, так как это перпендикуляры к сторонам треугольника от одной точки биссектрисы AO. Также OP = OQ как перпендикуляры от биссектрисы BO.

Так как OP = OR и OP = OQ, значит OR = OQ. Это означает, что точка O находится на одинаковом расстоянии от сторон BC и CA треугольника. Эти стороны образуют угол C. Как известно, все точки внутри угла, которые равноудалены от его сторон, лежат на биссектрисе этого угла. Значит, точка O лежит на биссектрисе угла C.

Таким образом, биссектриса угла C проходит через точку пересечения биссектрис двух других углов треугольника. Поэтому теорема о том, что биссектрисы треугольника пересекаются в одной точке, доказана.

Биссектриса. Средний уровень.

Хочешь проверить свои силы и узнать результат насколько ты готов к ЕГЭ или ОГЭ?

  • Биссектриса — это линия, делящая угол пополам.
  • Биссектриса – это геометрическое место точек, равноудаленных от сторон угла.

Теорема 1:

Теорема 2:

Теорема 3:

Теорема 4:

Теорема 5:

Теорема 6:

Биссектриса треугольника и ее свойства

Знаешь ли ты, что такое середина отрезка? Конечно же знаешь. А центр круга? Тоже. А что такое середина угла? Ты можешь сказать, что такого не бывает. Но почему же, отрезок можно разделить пополам, а угол нельзя? Вполне можно – только не точкой, а…. линией.

Помнишь шутку: биссектриса это крыса, которая бегает по углам и делит угол пополам. Так вот, настоящее определение биссектрисы очень похоже на эту шутку:

Биссектриса треугольника — это отрезок биссектрисы угла треугольника, соединяющий вершину этого угла с точкой на противолежащей стороне.

Когда-то древние астрономы и математики открыли очень много интересных свойств биссектрисы. Эти знания сильно упростили жизнь людей. Стало легче строить, считать расстояния, даже корректировать стрельбу из пушек… Нам же знание этих свойств поможет решить некоторые задания ГИА и ЕГЭ!

Первое знание, которое поможет в этом – биссектриса равнобедренного треугольника.

Кстати, а помнишь ли ты все эти термины? Помнишь чем они отличаются друг от друга? Нет? Не страшно. Сейчас разберемся.

Итак, основание равнобедренного треугольника – это та сторона, которая не равна никакой другой. Посмотри на рисунок, как ты думаешь, какая это сторона? Правильно — это сторона .

Медиана – это линия, проведенная из вершины треугольника и делящая противоположную сторону (это снова ) пополам.

Заметь, мы не говорим: «Медиана равнобедренного треугольника». А знаешь почему? Потому что медиана, проведенная из вершины треугольника, делит противоположную сторону пополам в ЛЮБОМ треугольнике.

Ну, а высота – это линия, проведенная из вершины и перпендикулярная основанию. Ты заметил? Мы опять говорим о любом треугольнике, а не только о равнобедренном. Высота в ЛЮБОМ треугольнике всегда перпендикулярна основанию.

Итак, разобрались? Ну почти. Чтобы еще лучше понять и навсегда запомнить что такое биссектриса, медиана и высота, их нужно сравнить друг с другом и понять в чем они похожи и чем они отличаются друг от друга. При этом, чтобы лучше запомнить, лучше описать все «человеческим языком». Потом ты легко будешь оперировать языком математики, но сначала ты этот язык не понимаешь и тебе нужно осмыслить все на своем языке.

Итак, в чем они похожи? Биссектриса, медиана и высота – все они «выходят» из вершины треугольника и упираются в противоположную сторону и «что-то делают» либо с углом из которого выходят, либо с противоположной стороной. По-моему просто, нет?

А чем они отличаются?

  • Биссектриса делит угол, из которого выходит, пополам.
  • Медиана делит противоположную сторону пополам.
  • Высота всегда перпендикулярна противоположной стороне.

Теперь все. Понять – легко. А раз понял, можешь запомнить.

Теперь следующий вопрос. Почему же в случае с равнобедренным треугольником биссектриса оказывается одновременно и медианой и высотой?

Можно просто посмотреть на рисунок и убедиться, что медиана разбивает на два абсолютно равных треугольника. Вот и все! Но математики не любят верить своим глазам. Им нужно все доказывать. Страшное слово? Ничего подобного — все просто! Смотри: у и равны стороны и , сторона у них вообще общая и . ( – биссектриса!) И вот, получилось, что два треугольника имеют по две равные стороны и угол между ними. Вспоминаем первый признак равенства треугольников (не помнишь, загляни в тему «Треугольник») и заключаем, что , а значит = и .

= – это уже хорошо – значит, оказалась медианой.

А вот что такое ?

Посмотрим на картинку — . А у нас получилось, что . Значит, и тоже! Наконец, ура! и .

Показалось ли тебе это доказательство тяжеловатым? Посмотри на картинку – два одинаковых треугольника говорят сами за себя.

В любом случае твердо запомни:

Теперь сложнее: мы посчитаем угол между биссектрисами в любом треугольнике! Не бойся, все не так уж хитро. Смотри на рисунок:

Давай его посчитаем. Ты помнишь, что сумма углов треугольника равна ?

Применим этот потрясающий факт.

С одной стороны, из :

Теперь посмотрим на :

Но биссектрисы, биссектрисы же!

Теперь через буквы

Не удивительно ли? Получилось, что угол между биссектрисами двух углов зависит только от третьего угла!

Ну вот, две биссектрисы мы посмотрели. А что, если их три. Пересекутся ли они все в одной точке?

Как ты думаешь? Вот математики думали-думали и доказали:

Хочешь знать, почему же так получается?

Переходи на следующий уровень – ты готов к покорению новых вершин знаний о биссектрисе!

Помнишь, что такое биссектриса?

Биссектриса – это линия, которая делит угол пополам.

Тебе встретилась в задаче биссектриса? Постарайся применить одно (а иногда можешь и несколько) из следующих потрясающих свойств.

1. Биссектриса в равнобедренном треугольнике.

Не боишься слова «теорема»? Если боишься, то – зря. Теоремой математики привыкли называть всякое утверждение, которое можно как-то вывести из других, более простых утверждений.

Так вот, внимание, теорема!

Докажем эту теорему, то есть поймём, почему же так получается? Посмотри на равнобедренный .

Давай посмотрим на них внимательно. И тогда увидим, что

А это значит (скорее вспоминай первый признак равенства треугольников!), что . Ну и что? Хочется тебе так сказать? А то, что мы ещё не смотрели на третьи стороны и оставшиеся углы этих треугольников. А вот теперь посмотрим. Раз , то совершенно точно и даже вдобавок, .

Вот и получилось, что

  1. разделила сторону пополам, то есть оказалась медианой
  2. , а значит, они оба по , так как (глянь ещё раз на рисунок).

Вот и оказалась биссектриса и высотой тоже!

Ура! Доказали теорему. Но представляешь, это ещё не всё. Верна ещё и обратная теорема:

Доказательство? Неужели тебе интересно? Читай следующий уровень теории!

А если неинтересно, то твердо запомни:

Зачем же это твердо запоминать? Как это может помочь? А вот представь, что у тебя задача:

Дано: .

Найти: .

Ты тут же соображаешь, биссектриса и, о чудо, она разделила сторону пополам! (по условию…). Если ты твердо помнишь, что так бывает только в равнобедренном треугольнике, то делаешь вывод, что и значит, пишешь ответ: . Здорово, правда? Конечно, не во всех задачах будет так легко, но знание обязательно поможет!

А теперь следующее свойство. Готов?

2. Биссектриса угла – геометрическое место точек, равноудалённых от сторон угла.

Испугался? На самом деле ничего страшного. Ленивые математики в двух строчках спрятали четыре. Итак, что же значит, «Биссектриса – геометрическое место точек»? А это значит, что выполняются сразу дваутверждения:

  1. Если точка лежит на биссектрисе, то расстояния от неё до сторон угла равны.
  2. Если у какой-нибудь точки расстояния до сторон угла равны, то эта точка обязательно лежит на биссектрисе.

Видишь разницу между утверждениями 1 и 2? Если не очень, то вспомни Шляпника из «Алисы в стране чудес»: «Так ты еще чего доброго скажешь, будто «Я вижу то, что ем» и «Я ем то, что вижу», — одно и то же!»

Итак, нам нужно доказать утверждения 1 и 2, и тогда утверждение: «биссектриса – это геометрическое место точек, равноудаленных от сторон угла» будет доказано!

Почему же верно 1?

Возьмём любую точку на биссектрисе и назовём её .

Опустим из этой точки перпендикуляры и на стороны угла.

А теперь …приготовились вспоминать признаки равенства прямоугольных треугольников! Если ты их подзабыл, то загляни в раздел «Прямоугольный треугольник».

Итак…два прямоугольных треугольника: и . У них:

  • Общая гипотенуза .
  • (потому что – биссектриса!)

Значит, — по углу и гипотенузе. Поэтому и соответствующие катеты у этих треугольников – равны! То есть .

Доказали, что точка одинаково (или равно) удалена от сторон угла. С пунктом 1 разобрались. Теперь перейдём к пункту 2.