Корице уџбеника

13. Увод У Геометријске Конструкције

Изабери решење задатка:

Задатак 8

Кратко решење

Нацртај једну хоризонталну праву \( p \) на средини листа. Изнад праве изабери произвољну тачку и обележи је са \( O \). Постави иглу шестара у тачку \( O \) и нацртај лук који сече праву \( p \) у двема тачкама (означимо их са \( M \) и \( N \)). Затим из тачака \( M \) и \( N \) истим отвором шестара нацртај лукове испод праве \( p \) који се секу у тачки \( S \). Лењиром повежи \( O \) и \( S \). Пресек те праве са правом \( p \) је тачка \( P \). Нацртај полуправу која почиње у \( P \) и пролази кроз \( O \). Измери шестаром растојање \( PO \), па пренеси ту дужину са друге стране тачке \( O \) на исту праву. Тако добијаш тачку \( Q \). Кроз тачку \( Q \) конструиши праву \( q \) нормалну на праву \( PQ \). То се ради тако што се из \( Q \) нацртају два симетрична лука на правој \( PQ \), а затим се конструише њихова симетрала која пролази кроз \( Q \). Анализа: \[ P \in p, n \perp p \] \[ Z_O(P) = Q \] \[ n = PQ \implies PQ \perp p \] По конструкцији: \[ q \parallel p \land Q \in q \] \[ PQ \perp q \] Својство централне симетрије: \[ Z_O(p) = q' \land p \parallel q' \] Пошто \( P \in p \) и \( Z_O(P) = Q \), тада \( Q \) мора припадати слици праве \( p \). Једина права која садржи \( Q \) и паралелна је са \( p \) јесте права \( q \). \[ Z_O(p) = q \] Да, праве \( p \) и \( q \) су централносиметричне у односу на \( O \).

Детаљно решење

Корак 1: Постављање почетних елемената


Нацртај једну хоризонталну праву \( p \) на средини листа. Изнад праве изабери произвољну тачку и обележи је са \( O \).
За почетак задатка цртамо праву \( p \) и тачку \( O \) која не припада тој правој. Ови елементи су основа за све даље конструкције.

Корак 2: Конструкција нормале из тачке \( O \) на праву \( p \)


Постави иглу шестара у тачку \( O \) и нацртај лук који сече праву \( p \) у двема тачкама (означимо их са \( M \) и \( N \)). Затим из тачака \( M \) и \( N \) истим отвором шестара нацртај лукове испод праве \( p \) који се секу у тачки \( S \). Лењиром повежи \( O \) и \( S \). Пресек те праве са правом \( p \) је тачка \( P \).
Подножје нормале \( P \) је тачка на правој \( p \) таква да је \( OP \perp p \). Користимо стандардну конструкцију нормале из тачке ван праве помоћу шестара и лењира.

Корак 3: Конструкција централносиметричне тачке \( Q \)


Нацртај полуправу која почиње у \( P \) и пролази кроз \( O \). Измери шестаром растојање \( PO \), па пренеси ту дужину са друге стране тачке \( O \) на исту праву. Тако добијаш тачку \( Q \).
Тачка \( Q \) је централносиметрична тачки \( P \) у односу на центар \( O \) ако је \( O \) средиште дужи \( PQ \). То значи да важи \( PO = OQ \) и да су тачке \( P \), \( O \) и \( Q \) колонеарне.

Корак 4: Конструкција паралелне праве \( q \)


Кроз тачку \( Q \) конструиши праву \( q \) нормалну на праву \( PQ \). То се ради тако што се из \( Q \) нацртају два симетрична лука на правој \( PQ \), а затим се конструише њихова симетрала која пролази кроз \( Q \).
Пошто је \( OP \perp p \) и \( PQ \) је иста права, права \( p \) је нормална на \( PQ \). Да би права \( q \) била паралелна са \( p \), она такође мора бити нормална на исту ту праву \( PQ \). Записујемо: \[ p \perp PQ \land q \perp PQ \implies q \parallel p \]

Корак 5: Анализа централне симетрије правих

Код централне симетрије \( Z_O \), тачка \( P \) се пресликава у \( Q \). Пошто је права \( p \) нормална на правац симетрије \( PQ \) у тачки \( P \), њена слика мора бити права \( q \) која је нормална на исти правац у слици тачке \( P \), односно у тачки \( Q \). Како су обе праве нормалне на \( PQ \) и \( O \) је средиште дужи \( PQ \), свака тачка праве \( p \) ће имати своју симетричну пару на правој \( q \). Одговор: Да, праве \( p \) и \( q \) су централносиметричне у односу на тачку \( O \).

Кратак запис решења:

1) Нацртани \( p \) и \( O \notin p \). 2) \( OP \perp p \implies P \) је подножје нормале. 3) \( Z_O(P) = Q \implies PO = OQ \). 4) \( q \parallel p, Q \in q \). Доказ: Централна симетрија \( Z_O \) пресликава праву у њој паралелну праву. \( Z_O(P) = Q \in q \) и \( q \parallel p \). Дакле, \( Z_O(p) = q \). Да, праве \( p \) и \( q \) су централносиметричне у односу на \( O \).

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: