Корице уџбеника

13. Увод У Геометријске Конструкције

Изабери решење задатка:

Задатак 11

Кратко решење

Угао од \( 15^\circ \) конструишемо као половину угла од \( 30^\circ \), односно четвртину угла од \( 60^\circ \): \[ 15^\circ = \frac{30^\circ}{2} = \frac{60^\circ}{4} \] Конструкција: 1. На правој \( p \) одредимо тачку \( O \) и из ње опишемо лук произвољног полупречника \( r \) који сече \( p \) у тачки \( A \). 2. Из тачке \( A \) истим отвором шестара \( r \) пресецамо лук у тачки \( B \). Угао \( \angle AOB = 60^\circ \). 3. Конструишемо симетралу \( s_1 \) угла \( \angle AOB \). Пресек \( s_1 \) и лука је тачка \( C \). Угао \( \angle AOC = 30^\circ \). 4. Конструишемо симетралу \( s_2 \) угла \( \angle AOC \). Угао који \( s_2 \) гради са краком \( OA \) је тражени угао од \( 15^\circ \). Цртеж приказује тачку O и хоризонталну полуправу OA. Из O је описан кружни лук који пролази кроз A. На том луку се види тачка B (пресек првог и другог лука истог полупречника) тако да је угао AOB 60 степени. Између кракова OA и OB налази се полуправа OS1 која дели угао на пола (30 степени). Између кракова OA и OS1 налази се подебљана полуправа OS2 која дели тај угао на још две половине. Угао између OA и OS2 је обележен са 15 степени.

Детаљно решење

Анализа задатка

Да бисмо конструисали угао од \( 15^\circ \), потребно је да га добијемо узастопним дељењем основног угла који умемо да конструишемо. Пошто је основна мера угла коју добијамо помоћу једнакостраничног троугла \( 60^\circ \), користићемо следећу везу: \[ 15^\circ = \frac{30^\circ}{2} = \frac{\frac{60^\circ}{2}}{2} \] Дакле, план конструкције је: 1. Конструисати угао од \( 60^\circ \). 2. Конструисати симетралу тог угла да бисмо добили \( 30^\circ \). 3. Конструисати симетралу угла од \( 30^\circ \) да бисмо добили тражених \( 15^\circ \).

Корак 1: Конструкција угла од \( 60^\circ \)

1. Нацртај праву \( p \) и на њој означи тачку \( O \) која ће бити теме угла. 2. Шестаром опиши кружни лук произвољног полупречника из тачке \( O \). Тачку у којој лук сече праву \( p \) означи са \( A \). 3. Из тачке \( A \), истим отвором шестара, пресеци претходно нацртани лук. Ову тачку означи са \( B \). 4. Полуправа \( OB \) са десним делом праве \( p \) (полуправом \( OA \)) заклапа угао од \( 60^\circ \).

Корак 2: Конструкција угла од \( 30^\circ \)

Сада ћемо конструисати симетралу угла \( \angle AOB \): 1. Из тачака \( A \) и \( B \) опиши два кружна лука истог (произвољног, али довољно великог) полупречника тако да се секу унутар угла \( \angle AOB \). Пресечну тачку означи са \( S_1 \). 2. Повуци полуправу \( OS_1 \). Угао \( \angle AOS_1 \) износи \( 30^\circ \).

Корак 3: Конструкција угла од \( 15^\circ \)

На крају, делимо угао од \( 30^\circ \) на два једнака дела: 1. Означи тачку \( C \) у којој полуправа \( OS_1 \) сече почетни кружни лук. 2. Из тачака \( A \) и \( C \) опиши два кружна лука истог полупречника тако да се секу унутар угла \( \angle AOS_1 \). Пресечну тачку означи са \( S_2 \). 3. Повуци полуправу \( OS_2 \). Угао \( \angle AOS_2 \) износи тачно \( 15^\circ \).

Корак 4: Завршна обрада

Подебљај краке \( OA \) и \( OS_2 \) који образују тражени угао. Уцртај лук и означи га са \( 15^\circ \).
Цртеж приказује тачку O и хоризонталну полуправу OA. Из O је описан кружни лук који пролази кроз A. На том луку се види тачка B (пресек првог и другог лука истог полупречника) тако да је угао AOB 60 степени. Између кракова OA и OB налази се полуправа OS1 која дели угао на пола (30 степени). Између кракова OA и OS1 налази се подебљана полуправа OS2 која дели тај угао на још две половине. Угао између OA и OS2 је обележен са 15 степени.

Кратак запис решења:

\[ 15^\circ = 60^\circ : 2 : 2 = 30^\circ : 2 \] 1. Конструишемо \( \angle AOB = 60^\circ \). 2. Симетрала \( s_1 \) за \( \angle AOB \Rightarrow 30^\circ \). 3. Симетрала \( s_2 \) за \( 30^\circ \Rightarrow 15^\circ \).

Најважније из лекције

Кључни поступци геометријских конструкција:
  • Алати: Искључиво лењир (без мера) и шестар.
  • Симетрала дужи: Права која полови дуж под правим углом. Добија се пресеком два лука истог полупречника из крајева дужи.
  • Висина троугла: Дуж која спаја теме и подножје нормале на наспрамну страницу (код тупоуглог троугла пада на продужетак странице).
  • Симетрала угла: Дели угао на два једнака дела.
  • Базни углови: Угао од \( 60^\circ \) се конструише пресеком два лука истог полупречника. Остали углови (\( 30^\circ, 15^\circ, 75^\circ, 90^\circ \)) добијају се сабирањем или половљењем (симетралом).
Геометријске конструкције се изводе коришћењем искључиво обичног лењира и шестара. Употреба угломера и троугаоног лењира није дозвољена.
Симетрала дужи је права која садржи средиште те дужи и нормална је на њу. Конструкцијом симетрале, уједно налазимо и средиште дужи.
Из темена \( A \) и \( B \) дате дужи \( AB \) описујемо кружнице (или кружне лукове) истог полупречника \( r \).
Полупречник \( r \) мора бити већи од половине дужи \( AB \) како би се лукови пресекли.
Кроз две пресечне тачке ових кружница провлачимо праву која представља симетралу \( s_{AB} \).
Илустрација дужи AB са њеном симетралом s. Приказани су кружни лукови истог полупречника из тачака A и B који се секу у две тачке (једна изнад, једна испод дужи). Права s пролази кроз те две пресечне тачке и сече дуж AB у њеном средишту S под правим углом.
Објасни како би конструисао/ла тачку која дели дуж \( MN \) тачно на пола.
Одговор: Тачку која полови дуж \( MN \) добијамо конструисањем симетрале дужи \( MN \). Пресек симетрале и саме дужи \( MN \) јесте њено средиште.
Конструкција нормале на праву \( p \) из тачке \( P \) (било да је тачка на правој или ван ње) своди се на одређивање две тачке на правој \( p \) које су једнако удаљене од \( P \), а затим конструисање тачке једнако удаљене од њих (као код симетрале дужи).
Висина троугла је дуж чија је једна крајња тачка теме тог троугла, а друга је подножје нормале из тог темена на праву на којој се налази наспрамна страница.
Висине се обележавају са \( h_a \) (из темена \( A \)), \( h_b \) (из темена \( B \)) и \( h_c \) (из темена \( C \)).
Код тупоуглог троугла, подножје висине из темена оштрог угла не пада на саму страницу, већ на њен продужетак.
Приказати тупоугли троугао ABC. Угао код темена B је туп (већи од 90 степени). Темена А, B и C треба да буду распоређена тако да А буде у доњем левом делу, B десно од А, а C постављено тако да угао ABC буде туп. Линија која садржи страницу BC треба да буде продужена испрекиданом линијом улево од тачке B. Из темена А спуштена је висина \(h_a\), која пада нормално на тај продужетак странице BC. Подножје висине, које се налази на продужетку странице BC ван троугла и лево од B, означити као \(H_a\). Висина \(AH_a\) треба да буде приказана пуном линијом. На месту подножја \(H_a\) приказати симбол правог угла. Означити сва темена A, B, C, подножје \(H_a\) и висину \(h_a\).
Колико висина има сваки троугао?
Одговор: Сваки троугао има тачно три висине, по једну из сваког темена.
Симетрала угла је полуправа која полази из темена угла и дели тај угао на два једнака дела.
Из темена угла \( O \) опишемо кружни лук који сече краке угла у тачкама \( P \) и \( Q \). На овај начин је \( OP = OQ \).
Из тачака \( P \) и \( Q \) опишемо лукове истим полупречником тако да се секу у тачки \( S \).
Полуправа \( OS \) представља симетралу датог угла.
Конструкција симетрале угла: Приказан је угао са теменом O. Почетни лук сече краке у тачкама P и Q. Из тих тачака нацртани су нови лукови који се секу у тачки S унутар угла. Полуправа OS полови почетни угао.
Ако желимо да конструишемо угао од \( 45^\circ \), како ћемо то урадити користећи симетралу угла?
Одговор: Прво конструишемо прав угао (\( 90^\circ \)) помоћу нормале на праву, а затим конструишемо његову симетралу која ће га поделити на два угла од по \( 45^\circ \).
Сви углови једнакостраничног троугла износе \( 60^\circ \), па се конструкција овог угла заснива на конструкцији једнакостраничног троугла.
Из темена \( O \) нацртамо кружни лук произвољног полупречника који сече почетни крак у једној тачки.
Без промене отвора шестара, забодемо иглу у пресечну тачку на краку и пресечемо први лук.
Права кроз теме \( O \) и нову пресечну тачку гради угао од \( 60^\circ \).
Конструкција угла од 60 степени:
Приказана је хоризонтална полуправа \( OA \) са почетком у тачки \( O \) која се простире удесно, и тачком \( A \) на њој.
Са центром у тачки \( O \), нацртан је кружни лук произвољног полупречника \( r \) који пролази кроз тачку \( A \).
Затим, са центром у тачки \( A \) и истим полупречником \( r \), нацртан је други кружни лук који сече први лук у тачки \( C \).
Полуправа \( OC \) је повучена из тачке \( O \) кроз тачку \( C \).
Угао \(\angle AOC\) између полуправа \( OA \) и \( OC \) износи \( 60^\circ \).
Конструкција се заснива на формирању једнакостраничног троугла \( OAC \), где су дужине страница \( OA, AC, CO \) једнаке полупречнику \( r \).
Изведене углове конструишемо надовезивањем и дељењем постојећих углова на пола (помоћу симетрале).
  • \( 30^\circ \) = половина од \( 60^\circ \) (једна симетрала)
  • \( 15^\circ \) = половина од \( 30^\circ \) (две симетрале)
  • \( 75^\circ = 60^\circ + 15^\circ \) или \( 75^\circ = 45^\circ + 30^\circ \)
Проблем трисекције угла: Старогрчки математичари су утврдили да није могуће сваки угао поделити на три једнака дела коришћењем само лењира и шестара (на пример, немогуће је конструисати угао од \( 20^\circ \) дељењем угла од \( 60^\circ \)).

Задаци за вежбање

Лак: Која два инструмента једино смеш користити приликом извођења геометријских конструкција?
Одговор: Дозвољено је коришћење само обичног лењира и шестара.
Средњи: Опиши поступак конструкције угла од \( 105^\circ \).
Одговор: Како је \( 105^\circ = 90^\circ + 15^\circ \) (или \( 105^\circ = 60^\circ + 45^\circ \)), један начин је:
1. Конструишемо прав угао (\( 90^\circ \)).
2. Са спољне стране нормале остаје нам још \( 90^\circ \). Њега прво поделимо симетралом на два угла од \( 45^\circ \).
3. Угао од \( 45^\circ \) који је уз почетни прав угао поново поделимо симетралом да бисмо добили \( 22.5^\circ \), што нам не одговара...
Бољи приступ: \( 105^\circ = 60^\circ + 45^\circ \).
1. Конструишемо угао од \( 60^\circ \).
2. Из истог темена конструишемо нормалу (\( 90^\circ \)).
3. Угао између крака од \( 60^\circ \) и нормале (\( 90^\circ \)) је \( 30^\circ \). Конструисањем симетрале овог угла од \( 30^\circ \), делимо га на два угла од \( 15^\circ \).
4. Када на \( 90^\circ \) додамо тих \( 15^\circ \), добијамо \( 105^\circ \).
Тежак: Дата је дуж \( AB \). Опиши како би је, користећи само лењир и шестар, поделио/ла на тачно 4 једнака дела.
Одговор:
1. Прво конструишемо симетралу \( s_1 \) дужи \( AB \). Пресек симетрале \( s_1 \) и дужи \( AB \) је тачка \( S \), која полови дуж \( AB \) на два једнака дела (\( AS \) и \( SB \)).
2. Затим конструишемо симетралу \( s_2 \) за дуж \( AS \). Њен пресек ће дати тачку \( P \) која полови дуж \( AS \).
3. На крају, конструишемо симетралу \( s_3 \) за дуж \( SB \). Њен пресек ће дати тачку \( Q \) која полови дуж \( SB \).
Тачке \( P \), \( S \) и \( Q \) сада деле почетну дуж \( AB \) на 4 једнака дела: \( AP = PS = SQ = QB \).

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: