Две фигуры имеющие равные объемы называют равновеликими. Равновеликие и равносоставленные фигуры

VIII класс: Тема 3. Площади фигур. Теорема Пифагора.

1. Понятие площади. Равновеликие фигуры.

Если длина – это числовая характеристика линии, то площадь – это числовая характеристика замкнутой фигуры. Несмотря на то, что с понятием площади мы хорошо знакомы из повседневной жизни, строгое определение этому понятию дать непросто. Оказывается, что площадью замкнутой фигуры можно назвать любую неотрицательную величину, обладающую следующими свойствами измерения площадей фигур:

Равные фигуры имеют равные площади. Если данную замкнутую фигуру разбить на несколько замкнутых фигур, то площадь фигуры равна сумме площадей составляющих ее фигур (фигура на рисунке 1 разбита на n фигур; в этом случае площадь фигуры , где Si – площадь i -ой фигуры).

В принципе, можно было бы придумать множество величин, обладающих сформулированными свойствами, а значит, характеризующих площадь фигуры. Но наиболее привычной и удобной является величина, характеризующая площадь квадрата как квадрат его стороны. Назовем эту «договоренность» третьим свойством измерения площадей фигур:

Площадь квадрата равна квадрату его стороны (рисунок 2).

При таком определении площадь фигур измеряют в квадратных единицах (см 2, км 2, га =100м 2).

Фигуры , имеющие равные площади, называются равновеликими .

Замечание: Равные фигуры имеют равные площади, то есть равные фигуры равновелики. Но равновеликие фигуры далеко не всегда равны (например, на рисунке 3 изображены квадрат и равнобедренный треугольник, составленные из равных прямоугольных треугольников (кстати, такие фигуры называют равносоставленными ); понятно, что квадрат и треугольник равновелики, но не равны, поскольку не совмещаются наложением).

Далее выведем формулы для вычисления площадей всех основных видов многоугольников (в том числе всем известную формулу для нахождения площади прямоугольника), опираясь на сформулированные свойства измерения площадей фигур.

2. Площадь прямоугольника. Площадь параллелограмма.

Формула для вычисления площади прямоугольника: Площадь прямоугольника равна произведению двух его смежных сторон (рисунок 4).

Дано:

ABCD - прямоугольник;

AD =a , AB =b .

Доказать : SABCD =a ×b .

Доказательство:

1. Удлиним сторону AB на отрезок BP =a , а сторону AD – на отрезок DV =b . Построим параллелограмм APRV (рисунок 4). Поскольку ÐA =90°, APRV – прямоугольник. При этом AP =a +b =AV , Þ APRV – квадрат со стороной (a +b ).

2. Обозначим BC ÇRV =T , CD ÇPR =Q . Тогда BCQP – квадрат со стороной a , CDVT – квадрат со стороной b , CQRT – прямоугольник со сторонами a и b .

Формула для вычисления площади параллелограмма: Площадь параллелограмма равна произведению его высоты на основание (рисунок 5).

Замечание: Основанием параллелограмма принято называть ту сторону, к которой проведена высота; понятно, что основанием может служить любая сторона параллелограмма.

Дано:

ABCD – п/г;

BH ^AD , H ÎAD .

Доказать: SABCD =AD ×BH .

Доказательство:

1. Проведем к основанию AD высоту CF (рисунок 5).

2. BC ïêHF , BH ïêCF , Þ BCFH - п/г по определению. ÐH =90°, ÞBCFH – прямоугольник.

3. BCFH – п/г, Þ по свойству п/г BH =CF , Þ DBAH =DCDF по гипотенузе и катету (AB =CD по св-ву п/г, BH =CF ).

4. SABCD =SABCF +S DCDF =SABCF +S DBAH =SBCFH =BH ×BC =BH ×AD . #

3. Площадь треугольника.

Формула для вычисления площади треугольника: Площадь треугольника равна половине произведения его высоты на основание (рисунок 6).

Замечание: Основанием треугольника в данном случае называют сторону, к которой проведена высота. Любая из трех сторон треугольника может служить его основанием.

Дано:

BD ^AC , D ÎAC .

Доказать: .

Доказательство:

1. Достроим DABC до п/г ABKC путем проведения через вершину B прямой BK ïêAC , а через вершину C – прямой CK ïêAB (рисунок 6).

2. DABC =DKCB по трем сторонам (BC – общая, AB =KC и AC =KB по св-ву п/г), Þ https://pandia.ru/text/78/214/images/image014_34.gif" width="107" height="36">).

Следствие 2: Если рассмотреть п/у DABC с высотой AH , проведенной к гипотенузе BC , то . Таким образом, в п/у D-ке высота, проведенная к гипотенузе, равна отношению произведения его катетов к гипотенузе . Это соотношение достаточно часто используется при решении задач.

4. Следствия из формулы для нахождения площади треугольника: отношение площадей треугольников с равными высотами или основаниями; равновеликие треугольники в фигурах; свойство площадей треугольников, образованных диагоналями выпуклого четырехугольника.

Из формулы для вычисления площади треугольника элементарным образом вытекают два следствия:

1. Отношение площадей треугольников с равными высотами равно отношению их оснований (на рисунке 8 ).

2. Отношение площадей треугольников с равными основаниями равно отношению их высот (на рисунке 9 ).

Замечание: При решении задач очень часто встречаются треугольники с общей высотой. При этом, как правило, их основания лежат на одной прямой, а вершина, противолежащая основаниям – общая (к примеру, на рисунке 10 S 1:S 2:S 3=a :b :c ). Следует научиться видеть общую высоту таких треугольников.

Также из формулы для вычисления площади треугольника вытекают полезные факты, позволяющие находить равновеликие треугольники в фигурах:

1. Медиана произвольного треугольника разбивает его на два равновеликих треугольника (на рисунке 11 у DABM и DACM высота AH – общая, а основания BM и CM равны по определению медианы; отсюда следует, что DABM и DACM равновелики).

2. Диагонали параллелограмма разбивают его на четыре равновеликих треугольника (на рисунке 12 AO – медиана треугольника ABD по свойству диагоналей п/г, Þ в силу предыдущего св-ва треугольники ABO и ADO равновелики; т. к. BO – медиана треугольника ABC , треугольники ABO и BCO равновелики; т. к. CO – медиана треугольника BCD , треугольники BCO и DCO равновелики; таким образом, S DADO =S DABO =S DBCO =S DDCO ).

3. Диагонали трапеции разбивают ее на четыре треугольника; два из них, прилежащие к боковым сторонам, равновелики (рисунок 13).

Дано:

ABCD – трапеция;

BC ïêAD ; AC ÇBD =O .

Доказать : S DABO =S DDCO .

Доказательство:

1. Проведем высоты BF и CH (рисунок 13). Тогда у DABD и DACD основание AD – общее, а высоты BF и CH равны; Þ S DABD =S DACD .

2. S DABO =S DABD ‑ S DAOD =S DACD ‑ S DAOD =S DDCO . #

Если провести диагонали выпуклого четырехугольника (рисунок 14), образуется четыре треугольника, площади которых связаны очень простым для запоминания соотношением. Вывод этого соотношения опирается исключительно на формулу для вычисления площади треугольника; однако, в литературе оно встречается достаточно редко. Будучи полезным при решении задач, соотношение, которое будет сформулировано и доказано ниже, заслуживает пристального внимания:

Свойство площадей треугольников, образованных диагоналями выпуклого четырехугольника: Если диагонали выпуклого четырехугольника ABCD пересекаются в точке O , то (рисунок 14).

ABCD – выпуклый четырехугольник;

https://pandia.ru/text/78/214/images/image025_28.gif" width="149" height="20">.

Доказательство:

1. BF – общая высота DAOB и DBOC ; Þ S DAOB :S DBOC =AO :CO .

2. DH – общая высота DAOD и DCOD ; Þ S DAOD :S DCOD =AO :CO .

5. Отношение площадей треугольников, имеющих по равному углу.

Теорема об отношении площадей треугольников, имеющих по равному углу: Площади треугольников, имеющих по равному углу, относятся как произведения сторон, заключающих эти углы (рисунок 15).

Дано :

DABC , DA 1B 1C 1;

ÐBAC =ÐB 1A 1C 1.

Доказать:

.

Доказательство:

1. Отложим на луче AB отрезок AB 2=A 1B 1, а на луче AC – отрезок AC 2=A 1C 1 (рисунок 15). Тогда DAB 2C 2=DA 1B 1C 1 по двум сторонам и углу между ними (AB 2=A 1B 1 и AC 2=A 1C 1 по построению, а ÐB 2AC 2=ÐB 1A 1C 1 по условию). Значит, .

2. Соединим точки C и B 2.

3. CH – общая высота DAB 2C и DABC , Þ https://pandia.ru/text/78/214/images/image033_22.gif" width="81" height="43 src=">.

6. Свойство биссектрисы треугольника.

С использованием теорем об отношении площадей треугольников, имеющих по равному углу, и об отношении площадей треугольников с равными высотами, просто доказывается исключительно полезный при решении задач факт, не имеющий непосредственного отношения к площадям фигур:

Свойство биссектрисы треугольника: Биссектриса треугольника делит сторону, к которой она проведена, на отрезки, пропорциональные прилежащим к ним сторонам.

Дано:

https://pandia.ru/text/78/214/images/image036_22.gif" width="61" height="37">.

Доказательство:

1..gif" width="72 height=40" height="40">.

3. Из пунктов 1 и 2 получаем: , Þ https://pandia.ru/text/78/214/images/image041_19.gif" width="61" height="37">. #

Замечание: Поскольку в верной пропорции можно менять местами крайние члены или средние члены, свойство биссектрисы треугольника удобнее запоминать в следующем виде (рисунок 16): .

7. Площадь трапеции.

Формула для вычисления площади трапеции: Площадь трапеции равна произведению ее высоты на полусумму оснований.

Дано:

ABCD – трапеция;

BC ïêAD ;

BH – высота.

https://pandia.ru/text/78/214/images/image044_21.gif" width="127" height="36">.

Доказательство:

1. Проведем диагональ BD и высоту DF (рисунок 17). BHDF – прямоугольник, Þ BH = DF .

Следствие: Отношение площадей трапеций с равными высотами равно отношению их средних линий (или отношению сумм оснований).

8. Площадь четырехугольника с взаимно перпендикулярными диагоналями.

Формула для вычисления площади четырехугольника с взаимно перпендикулярными диагоналями: Площадь четырехугольника с взаимно перпендикулярными диагоналями равна половине произведения его диагоналей.

ABCD – четырехугольник;

AC ^BD .

https://pandia.ru/text/78/214/images/image049_20.gif" width="104" height="36">.

Доказательство:

1. Обозначим AC ÇBD =O . Поскольку AC ^BD , AO – высота DABD , а CO – высота DCBD (рисунки 18а и 18б для случаев выпуклого и невыпуклого четырехугольников соответственно).

2.
(знаки «+» или «-» соответствуют случаям выпуклого и невыпуклого четырехугольников соответственно). #

Теорема Пифагора играет исключительно важную роль в решении самых разнообразных задач; она позволяет находить неизвестную сторону прямоугольного треугольника по двум известным его сторонам. Известно множество доказательств теоремы Пифагора. Приведем наиболее простое из них, опирающееся на формулы для вычисления площадей квадрата и треугольника:

Теорема Пифагора: В прямоугольном треугольнике квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов.

Дано:

DABC – п/у;

ÐA =90°.

Доказать:

BC 2=AB 2+AC 2.

Доказательство:

1. Обозначим AC =a , AB =b . Отложим на луче AB отрезок BP =a , а на луче AC – отрезок CV =b (рисунок 19). Проведем через точку P прямую PR ïêAV , а через точку V – прямую VR ïêAP . Тогда APRV - п/г по определению. При этом поскольку ÐA =90°, APRV – прямоугольник. А т. к. AV =a +b =AP , APRV – квадрат со стороной a +b , и SAPRV =(a +b )2. Далее поделим сторону PR точкой Q на отрезки PQ =b и QR =a , а сторону RV – точкой T на отрезки RT =b и TV =a .

2. DABC =DPQB =DRTQ =DVCT по двум катетам, Þ ÐACB =ÐPBQ =ÐRQT =ÐVTC , BC =QB =TQ =CT , и https://pandia.ru/text/78/214/images/image055_17.gif" width="115" height="36">.

3. Т. к. BC =QB =TQ =CT , CBQT – ромб. При этом ÐQBC =180°-(ÐABC +ÐPBQ )=180°-(ÐABC +ÐACB )=ÐBAC =90°; Þ CBQT – квадрат, и SCBQT =BC 2.

4. . Итак, BC 2=AB 2+AC 2. #

Обратная теорема Пифагора является признаком прямоугольного треугольника, т. е. позволяет по трем известным сторонам треугольника проверить, является ли он прямоугольным.

Обратная теорема Пифагора: Если квадрат стороны треугольника равен сумме квадратов двух других его сторон, то этот треугольник прямоугольный, а его большая сторона является гипотенузой.

Дано:

BC 2=AB 2+AC 2.

Доказать: DABC – п/у;

ÐA =90°.

Доказательство:

1. Построим прямой угол A 1 и на его сторонах отложим отрезки A 1B 1=AB и A 1C 1=AC (рисунок 20). В полученном п/у DA 1B 1C 1 по теореме Пифагора B 1C 12=A 1B 12+A 1C 12=AB 2+AC 2; но по условию AB 2+AC 2=BC 2; Þ B 1C 12=BC 2, Þ B 1C 1=BC .

2. DABC =DA 1B 1C 1 по трем сторонам (A 1B 1=AB и A 1C 1=AC по построению, B 1C 1=BC из п.1), Þ ÐA =ÐA 1=90°, Þ DABC - п/у. #

Прямоугольные треугольники, длины сторон которых выражаются натуральными числами, называются пифагоровыми треугольниками , а тройки соответствующих натуральных чисел – пифагоровыми тройками . Пифагоровы тройки полезно помнить (большее из этих чисел равно сумме квадратов двух других). Приведем некоторые пифагоровы тройки:

3, 4, 5;

5, 12, 13;

8, 15, 17;

7, 24, 25;

20, 21, 29;

12, 35, 37;

9, 40, 41.

Прямоугольный треугольник со сторонами 3, 4, 5 использовался в Египте для построения прямых углов, в связи с чем такой треугольник называют египетским .

10. Формула Герона.

Формула Герона позволяет находить площадь произвольного треугольника по трем его известным сторонам и является незаменимой при решении многих задач.

Формула Герона: Площадь треугольника со сторонами a , b и c вычисляется по следующей формуле: , где ‑ полупериметр треугольника.

Дано :

BC =a ; AC =b ; AB =c .). Тогда .

4. Подставим полученное выражение для высоты в формулу для вычисления площади треугольника: . #

В повседневной жизни нас с вами окружают множество различных предметов. Часть из них имеют одинаковые размеры и одинаковую форму. Например, две одинаковые простыни или два одинаковых куска мыла, две одинаковых монеты и т.д.

В геометрии фигуры, имеющие одинаковые размеры и форму, называются равными фигурами . На рисунке ниже изображены две фигуры А1 и А2. Чтобы установить равенство этих фигур, нам необходимо одну из них скопировать на кальку. А затем передвигать кальку и совместить копию одной фигуры с другой фигурой. Если они совместятся, то это означает, что эти фигуры являются одинаковыми фигурами. При это записывают А1=А2 используя обычный знак равенства.

Определение равенства двух геометрических фигур

Мы можем представить, что на вторую фигуру накладывали первую фигуру, а не её копию на кальке. Поэтому в дальнейшем будем говорить о наложении самой фигуры, а не её копии, на другую фигуру. Исходя из всего вышесказанного можно сформулировать определение равенства двух геометрических фигур .

Две геометрические фигуры называются равными, если их можно совместить наложением одной фигуры на другую. В геометрии для некоторых геометрических фигур (например, треугольники) сформулированы специальные признаки, при выполнении которых можно говорить о том, что фигуры равны.

Нужна помощь в учебе?

Фигуры называют равными, если совпадает их форма и размеры. Из этого определения следует, например, что если заданные прямоугольник и квадрат имеют равные площади, то они всё-равно не становятся равными фигурами, так как это разные фигуры по форме. Или, два круга однозначно имеют одну и туже форму, но если их радиусы различны, то это тоже не равные фигуры, так как не совпадают их размеры. Равными фигурами являются, например, два отрезка одинаковой длины, два круга с одинаковым радиусом, два прямоугольника с попарно равными сторонами (короткая сторона одного прямоугольника равна короткой стороне другого, длинная сторона одного прямоугольника равна длинной стороне другого).

На глаз бывает трудно определить, равны ли фигуры, имеющие одинаковую форму. Поэтому для определения равенства простых фигур их измеряют (с помощью линейки, циркуля). У отрезков длину, у кругов радиус, у прямоугольников длину и ширину, у квадратов только одну любую сторону. Тут следует отметить, что не все фигуры можно сравнивать. Нельзя, например, определить равенство прямых, т. к. любая прямая бесконечна и, следовательно, все прямые, можно сказать, равны между собой. То же самое касается лучей. Хотя у них есть начало, но нет конца.

Если же мы имеем дело со сложными (произвольными) фигурами, то бывает даже сложно определить, имеют ли они одинаковую форму. Ведь фигуры могут быть перевернуты в пространстве. Посмотрите на рисунок ниже. Трудно сказать, одинаковые ли это по форме фигуры или нет.

Таким образом, нужно иметь надежный принцип сравнения фигур. Он таков: равные фигуры при наложении друг на друга совпадают .

Чтобы сравнить две изображенные фигуры наложением, на одну из них накладывают кальку (прозрачную бумагу) и копируют (срисовывают) на нее форму фигуры. Копию на кальке пытаются наложить на вторую фигуру так, чтобы фигуры совпали. Если это удастся, то заданные фигуры равные. Если нет, то фигуры не равные. При наложении кальку можно поворачивать как угодно, а также переворачивать.

Если можно вырезать сами фигуры (или они представляют собой отдельные плоские объекты, а не нарисованы) то калька не нужна.

При изучении геометрических фигур можно заметить множество их особенностей, связанных с равенством их частей. Так, если сложить круг вдоль диаметра, то две его половинки окажутся равными (они совпадут наложением). Если разрезать прямоугольник по диагонали, то получится два прямоугольных треугольника. Если один из них повернуть на 180 градусов по часовой или против часовой стрелки, то он совпадет со вторым. То есть диагональ разбивает прямоугольник на две равные части.

Какие фигуры называются равными?

Равными называют фигуры , которые совпадают при наложении.

Частой ошибкой на этот вопрос является ответ, в котором упоминаются равные стороны и углы геометрической фигуры. Однако при этом не принимается в учет, что стороны геометрической фигуры не обязательно бывают прямыми. Поэтому только совпадение геометрических фигур при наложении может быть признаком их равенства.

На практике это легко проверить с помощью наложения, они должны совпасть.

Все очень просто и доступно, обычно равные фигуры видно сразу.

Равными называются те фигуры, у которых совпадают параметры геометрии. Эти параметры: длина сторон, величина углов, толщина.

Проще всего понять что фигуры равны можно с помощью наложения. Если величины фигур одинаковы - их называют равными.

Равными называют только те геометрические фигуры, которые имеют абсолютно одинаковые параметры:

1) периметр;

2) площадь;

4) размеры.

То есть, если одну фигуру наложить на другую, то они совпадут.

Ошибочно полагать, что если фигуры имеют одинаковые периметр или площадь, то они равны. На самом деле, геометрические фигуры, у которых равна площадь называются равновеликими.

Фигуры называются равными, если они совпадают при наложении друг на друга.Равные фигуры имеют одинаковые размеры, форму, площадь и периметр. А вот равные по площади фигуры могут быть и не равными между собой.

В геометрии, по правилам, равные фигуры должны иметь одинаковую площадь и периметр, то есть у них должны быть абсолютно одиноковые формы и размеры. И они должны полностью совпадать при их наложении друг на друга. Если же есть какие-то расхождения, то эти фигуры уже нельзя будет назвать равными.

Фигуры можно назвать равными при условии, если они полностью совпадают при наложении друг на друга, т.е. они имеют одинаковые размеры, форму и следовательно площадь и периметр, а также другие характеристики. В противном случае говорить о равности фигур нельзя.

В самом слове равные заложена суть.

Это фигуры которые полностью идентичные друг другу. То есть полностью совпадают. Если фигуру положить одну на одну тогда фигуры будут перекрывать себя со всех сторон.

Они одинаковые то есть равные.

В отличие от равных треугольников (для определения которых достаточно выполнения одного из условий - признаков равенства), равными фигурами называют такие, которые имеют одинаковую не только форму, но и размеры.

Определить, равна ли одна фигура другой, можно методом наложения. При этом фигуры должны совпасть и сторонами и углами. Это и будут равные фигуры.

Равными могут быть только такие фигуры, которые при их наложении полностью совпадут сторонами и углами. На самом деле для всех простейших многоугольников равенство их площади свидетельствует и о равенстве самих фигур. Пример: квадрат со стороной а всегда будет равен другому квадрату с той же стороной а. Тоже касается и прямоугольников и ромбов - если их стороны равны сторонам другого прямоугольника, они равны. Более сложный пример: треугольники будут равными, если у них равны стороны и соответствующие углы. Но это только частные случаи. В более общих случаях, равенство фигур доказывается все-таки наложением, а это наложение в планиметрии высокопарно именуют движением.

Одним из основных понятий в геометрии является фигура. Под этим термином подразумевается множество точек на плоскости, ограниченное конечным числом линий. Некоторые фигуры могут рассматриваться как равные, что тесно связано с понятием движения. Геометрические фигуры могут рассматриваться не изолированно, а в том или ином соотношении друг с другом – их взаимное расположение, соприкосновение и прилегание, положение «между», «внутри», соотношение, выраженное в понятиях «больше», «меньше», «равно».Геометрия изучает инвариантные свойства фигур, т.е. те, которые остаются неизменными при тех или иных геометрических преобразованиях. Такое преобразование пространства, при котором остается неизменным расстояние между точками, составляющими ту или иную фигуру, называется движением.Движение может выступать в разных вариантах: параллельный перенос, тождественное преобразование, поворот вокруг оси, симметрия относительно прямой или плоскости, центральная, поворотная, переносная симметрия.

Движение и равные фигуры

Равновеликие и равносоставленные фигуры