2.3 Площадь параллелограмма

Вывод формулы площади параллелограмма сводится к построению прямоугольника, равного данному параллелограмму по площади. Примем одну сторону параллелограмма за основание, а перпендикуляр, проведенный из любой точки противолежащей стороны на прямую, содержащую основание будем называть высотой параллелограмма. Тогда площадь параллелограмма будет равна произведению его основания на высоту. [4, c. 254]

Теорема. Площадь параллелограмма равна произведению его основания на высоту.

Доказательство. Рассмотрим параллелограмм с площадью. Примем сторонуза основание и проведем высотыи(рисунок 2.3.1). Требуется доказать, что.

Рисунок 2.3.1

Докажем сначала, что площадь прямоугольника также равна. Трапециясоставлена из параллелограммаи треугольника. С другой стороны, она составлена из прямоугольника НВСК и треугольника. Но прямоугольные треугольникии равны по гипотенузе и острому углу (их гипотенузыиравны как противоположные стороны параллелограмма, а углы 1 и 2 равны как соответственные углы при пересечении параллельных прямыхисекущей), поэтому их площади равны. Следовательно, площади параллелограммаи прямоугольникатакже равны, то есть площадь прямоугольникаравна. По теореме о площади прямоугольника, но так как, то.

Теорема доказана.

Пример 2.3.1.

В ромб со стороной и острым углом вписана окружность. Определить площадь четырёхугольника, вершинами которого являются точки касания окружности со сторонами ромба.[5, c. 150]

Решение:

Радиус вписанной в ромб окружности (рисунок 2.3.2), поскольку Четырёхугольникявляется прямоугольником, так как его углы опираются на диаметр окружности. Его площадь, где(катет, лежащий против угла),.

Рисунок 2.3.2

Итак,

Ответ:

Пример 2.3.2.

Дан ромб , диагонали которого равны 3 см и 4 см. Из вершины тупого угла проведены высотыиВычислить площадь четырёхугольника

Решение:

Площадь ромба (рисунок 2.3.3).

Рисунок 2.3.3

Далее, из находим(см) и, следовательно,(см). Тогда изполучим:

(см).

Итак,

Ответ:

Пример 2.3.3.

Площадь четырёхугольника равна Найти площадь параллелограмма, стороны которого равны и параллельны диагоналям четырёхугольника.

Решение:

Так как и(рисунок 2.3.4), то– параллелограмм и, значит,.

Рисунок 2.3.4

Аналогично получаем откуда следует, что.

Ответ: .

2.4 Площадь треугольника

Существует несколько формул для вычисления площади треугольника. Рассмотрим те, что изучаются в школе.

Первая формула вытекает из формулы площади параллелограмма и предлагается учащимся в виде теоремы. [4, c. 254]

Теорема. Площадь треугольника равна половине произведения его основания на высоту.

Доказательство. Пусть – площадь треугольника. Примем сторонуза основание треугольника и проведем высоту. Докажем что:

Рисунок 2.4.1

Достроим треугольник до параллелограмматак, как показано на рисунке. Треугольникииравны по трем сторонам (– их общая сторона,икак противоположные стороны параллелограма), поэтому их площади равны. Следовательно, площадь S треугольника АВС равна половине площади параллелограмма, т.е.

Теорема доказана.

Важно обратить внимание учащихся на два следствия, вытекающих из данной теоремы. А именно:

1. площадь прямоугольного треугольника равна половине произведения его катетов.

2. если высоты двух треугольников равны, то их площади относятся как основания.

Эти два следствия играют важную роль в решении разного рода задач. С опорой на данную доказывается еще одна теорема, имеющая широкое применение при решении задач.

Теорема. Если угол одного треугольника равен углу другого треугольника, то их площади относятся как произведения сторон, заключающих равные углы.

Доказательство. Пусть и– площади треугольникови, у которых углыиравны.

Рисунок 2.4.2

Докажем, что: .

Наложим треугольник . на треугольниктак, чтобы вершинасовместилась с вершиной, а стороныиналожились соответственно на лучии.

Рисунок 2.4.3

Треугольники иимеют общую высоту, поэтому,. Треугольникиитакже имеют общую высоту –, поэтому,. Перемножая полученные равенства, получим.

Теорема доказана.

Вторая формула. Площадь треугольника равна половине произведения двух его сторон на синус угла между ними. Существует несколько способов доказательства этой формулы, и я воспользуюсь одним из них.

Доказательство. Из геометрии известна теорема о том, что площадь треугольника равна половине произведения основания на высоту, опущенную на это основание:

.

В случае остроугольного треугольника . В случае тупого угла. Ho, а поэтому. Итак, в обоих случаях. Подставив вместов геометрической формуле площади треугольника, получим тригонометрическую формулу площади треугольника:

Теорема доказана.

Третья формула для площади треугольника – формула Герона , названа так в честь древнегреческого ученого Герона Александрийского, жившего в первом веке нашей эры. Эта формула позволяет находить площадь треугольника, зная его стороны. Она удобна тем, что позволяет не делать никаких дополнительных построений и не измерять углов. Ее вывод основывается на второй из рассмотренных нами формул площади треугольника и теореме косинусов: и .

Далее мы должны из второй формулы (теоремы косинусов) выразить через сначала, а затем ии подставить в формулу для площади.

Прежде чем перейти к реализации этого плана, заметим, что

Точно так же имеем:

Теперь выразим косинус через и:

Так как любой угол в треугольнике больше и меньше, то. Значит,.

Теперь отдельно преобразуем каждый из сомножителей в подкоренном выражении. Имеем:

Значит,

Подставляя это выражение в формулу для площади, получаем:

Тема «Площадь треугольника» имеет большое значение в школьном курсе математики. Треугольник – простейшая из геометрических фигур. Он является «структурным элементом» школьной геометрии. Подавляющее большинство геометрических задач сводятся к решению треугольников. Не исключение и задача о нахождении площади правильного и произвольного n-угольника.[6,c.238]

Пример 2.4.1.

Чему равна площадь равнобедренного треугольника, если его основание , а боковая сторона?

Решение:

–равнобедренный,

Рисунок 2.4.4

Проведём по свойству равнобедренного треугольника – медиана и высота. Тогда

В по теореме Пифагора:

Находим площадь треугольника:

Ответ:

Пример 2.4.2.

В прямоугольном треугольнике биссектриса острого угла делит противоположный катет на отрезки длиной 4 и 5 см. Определить площадь треугольника.[7, c. 78]

Решение:

Пусть (рисунок 2.4.5). Тогдаи(посколькуBD – биссектриса). Отсюда имеем , то есть. Значит,

Рисунок 2.4.5

Ответ:

Пример 2.4.3.

Найти площадь равнобедренного треугольника, если его основание равно , а длина высоты, проведённой к основанию, равна длине отрезка, соединяющего середины основания и боковой стороны.

Решение:

По условию, – средняя линия (рисунок 2.4.6). Так какВимеем:

или , откудаСледовательно,

Рисунок 2.4.6

Ответ: