Корице уџбеника

13. Увод У Геометријске Конструкције

Изабери решење задатка:

Задатак 4

Кратко решење

Дато: Права \( t \), тачка \( O \notin t \). Задатак: Конструисати \( k(O, r) \) тако да је \( t \) тангента кружнице. Анализа: Из \( t \perp OT \), где је \( T \) тачка додира, следи да је \( r = d(O, t) \). Конструкција: 1. Цртамо праву \( t \) и тачку \( O \). 2. Конструишемо нормалу \( n \) из тачке \( O \) на праву \( t \): - \( k_1(O, r_1) \cap t = \{M, N\} \) - \( k_2(M, r_2) \cap k_3(N, r_2) = \{S\} \), где је \( r_2 > \frac{1}{2}MN \) - Права \( n = p(O, S) \) 3. Одређујемо тачку додира: \( n \cap t = \{T\} \). 4. Подешавамо шестар на полупречник \( r = OT \). 5. Цртамо тражену кружницу \( k(O, OT) \). Нацртај хоризонталну праву t и тачку O изнад ње. Постави шестар у тачку O и нацртај лук који сече праву t у тачкама M и N. Из тачака M и N опиши лукове испод праве t који се секу у тачки S. Повуци праву кроз O и S и означи тачку T где та права сече праву t. На крају, шестаром нацртај кружницу са центром у O која пролази кроз тачку T.

Детаљно решење

Анализа задатка

Да би права \( t \) била тангента кружнице са центром у тачки \( O \), она мора имати тачно једну заједничку тачку са том кружницом. Та тачка се назива тачка додира (\( T \)). Према основном својству тангенте, она је увек нормална на полупречник који садржи тачку додира. То значи да је полупречник кружнице \( r \) једнак најкраћем растојању од центра \( O \) до праве \( t \). Стога, задатак се своди на конструкцију нормале из тачке \( O \) на праву \( t \). Подножје те нормале биће тачка додира \( T \), а дуж \( OT \) ће бити полупречник тражене кружнице.

Кораци конструкције

Конструкцију изводимо искључиво лењиром и шестаром: 1. **Цртање почетних елемената:** Нацртаћемо произвољну праву \( t \) и тачку \( O \) која не припада тој правој. 2. **Конструкција нормале из тачке \( O \) на праву \( t \):** - Иглу шестара поставимо у тачку \( O \). Отворимо шестар тако да прелази преко праве \( t \) и опишемо кружни лук који сече праву \( t \) у двема тачкама. Означимо те тачке са \( M \) и \( N \). - Из тачака \( M \) и \( N \), луковима истог полупречника (већег од половине дужи \( MN \)), одредићемо пресечну тачку \( S \) са супротне стране праве \( t \). - Лењиром повучемо праву кроз тачке \( O \) и \( S \). Ова права је нормална на праву \( t \). 3. **Одређивање тачке додира \( T \):** Пресечну тачку нормале \( OS \) и дате праиве \( t \) означимо са \( T \). Растојање \( OT \) је тражени полупречник \( r \). 4. **Конструкција кружнице:** Поставимо иглу шестара у тачку \( O \), отворимо га до тачке \( T \) и опишемо кружницу \( k(O, OT) \).
Нацртај хоризонталну праву t и тачку O изнад ње. Постави шестар у тачку O и нацртај лук који сече праву t у тачкама M и N. Из тачака M и N опиши лукове испод праве t који се секу у тачки S. Повуци праву кроз O и S и означи тачку T где та права сече праву t. На крају, шестаром нацртај кружницу са центром у O која пролази кроз тачку T.

Закључак

Конструисана кружница \( k \) додирује праву \( t \) у тачки \( T \), што значи да је права \( t \) њена тангента.

Кратак запис решења:

1. Нацртај праву \( t \) и тачку \( O \notin t \). 2. Конструиши нормалу из \( O \) на \( t \) користећи шестар (пресеци \( M, N \) на \( t \) и пресек лукова \( S \) из \( M, N \)). 3. Означи подножје нормале \( T = n \cap t \). 4. Нацртај кружницу \( k(O, OT) \). Права \( t \) је тангента јер је \( OT \perp t \).

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: