Корице уџбеника

V.3. Ротација

Изабери решење задатка:

Задатак 8

Кратко решење

Темена квадрата леже на описаном кругу \( k(O,\ R) \), \( R = OA \), и суседна темена виде се из \( O \) под углом од \( 90^\circ \).Пошто је \( 45^\circ \) половина од \( 90^\circ \), слике темена су средишта лукова: \( A_1 \) је средиште лука \( AB \), \( B_1 \) лука \( BC \), \( C_1 \) лука \( CD \), \( D_1 \) лука \( DA \). Конструишу се као пресеци круга \( k \) са полуправама из \( O \) кроз средишта страница квадрата.\( A_1B_1C_1D_1 \) је квадрат подударан полазном, са истим центром и истим описаним кругом, заокренут за \( 45^\circ \); осам тачака \( A, A_1, B, B_1, \ldots \) чине правилан осмоугао.

Детаљно решење

Шта је дато

Квадрат \( ABCD \) ротирамо око његовог центра \( O \) (пресека дијагонала) за \( 45^\circ \) у смеру супротном кретању казаљке на сату.

Кључна запажања

Сва четири темена квадрата леже на једном кругу са центром \( O \) — то је описани круг квадрата, полупречника\[ R = OA = OB = OC = OD. \]Дијагонале квадрата секу се под правим углом, па је\[ \angle AOB = \angle BOC = \angle COD = \angle DOA = 90^\circ. \]Ротација чува растојање од центра, па слике темена остају на истом кругу \( k(O,\ R) \). Угао ротације је \( 45^\circ \), а то је тачно половина од \( 90^\circ \), па су слике темена баш средишта лукова \( AB \), \( BC \), \( CD \) и \( DA \).

Кораци конструкције

1) Нацртамо квадрат \( ABCD \) и његове дијагонале \( AC \) и \( BD \); њихов пресек је центар \( O \).2) Нацртамо описани круг \( k(O,\ R) \), где је \( R = OA \).3) Повучемо праве кроз \( O \) и кроз средишта страница квадрата. Те праве су симетрале правих углова \( \angle AOB \), \( \angle BOC \), \( \angle COD \) и \( \angle DOA \), па свака од њих са суседном полуправом центра гради угао од \( 45^\circ \).4) Означимо: \( A_1 \) је пресек круга \( k \) са полуправом \( O \)-средиште странице \( AB \); слично \( B_1 \) одговара страници \( BC \), \( C_1 \) страници \( CD \), а \( D_1 \) страници \( DA \). (Ово важи када низ \( A \), \( B \), \( C \), \( D \) иде у смеру супротном кретању казаљке на сату, тј. у смеру ротације.)5) Спојимо \( A_1B_1C_1D_1 \) — то је тражена слика.

Особине резултата

Четвороугао \( A_1B_1C_1D_1 \) је квадрат подударан квадрату \( ABCD \), са истим центром \( O \) и истим описаним кругом, само заокренут за \( 45^\circ \).Важно: квадрат се ротацијом око свог центра слика у самог себе тек за угао од \( 90^\circ \) и његове умношке (\( 180^\circ \), \( 270^\circ \), \( 360^\circ \)). За угао од \( 45^\circ \) то није случај — добијамо нови квадрат.

Провера

Тачке \( A \), \( A_1 \), \( B \), \( B_1 \), \( C \), \( C_1 \), \( D \), \( D_1 \) деле круг \( k \) на осам лукова, а сваком од њих одговара централни угао од \( 45^\circ \):\[ 8 \cdot 45^\circ = 360^\circ. \]То значи да је реч о теменима правилног осмоугла, што потврђује да је конструкција тачна. Унија два квадрата даје познату осмокраку звезду, а њихов пресек је правилан осмоугао.

Кратак запис решења:

Слике темена су средишта лукова \( AB \), \( BC \), \( CD \), \( DA \) описаног круга квадрата; \( A_1B_1C_1D_1 \) је квадрат подударан квадрату \( ABCD \), заокренут за \( 45^\circ \) око истог центра.

Најважније из лекције

Кључни појмови о ротацији:
\( \rightarrow \) Смер: Позитиван (супротно од казаљке на сату) и негативан (смер казаљке на сату).
\( \rightarrow \) Пресликавање: Тачка се слика у нову тачку под условом да је растојање од центра исто (\( OA = OA_1 \)) и да гради задати угао (\( \angle AOA_1 = \alpha \)). Центар се слика у самог себе.
\( \rightarrow \) Изометрија: Ротацијом се не мењају дужине и облици фигура (дужи се сликају у једнаке дужи, троуглови у подударне троуглове).
\( \rightarrow \) Специјалан случај: Ротација за \( 180^\circ \) је исто што и централна симетрија.
Оријентација угла зависи од редоследа навођења његових кракова приликом обележавања тог угла.
Позитиван смер: Смер супротан од кретања казаљке на часовнику. Ако се краци угла наводе у овом смеру, угао је позитивно оријентисан.
Негативан смер: Смер кретања казаљке на часовнику. Ако се краци угла наводе у овом смеру, угао је негативно оријентисан.
Илустрација два смера: Кружница на којој плава стрелица показује смер супротан од казаљке на сату (означено као 'позитиван смер'), а црвена стрелица показује смер казаљке на сату (означено као 'негативан смер').
Ако окрећемо волан аутомобила удесно, у ком смеру вршимо ротацију?
Вршимо ротацију у негативном смеру, јер је то смер кретања казаљке на часовнику.
Ротација с центром \( O \) за угао \( \alpha \) у задатом смеру (позитивном или негативном) је пресликавање којим се свака тачка \( A \) (\( A \neq O \)) пресликава у тачку \( A_1 \) тако да важе следећа два услова:
Растојање од центра остаје исто: \( OA = OA_1 \).
Угао \( \angle AOA_1 \) је оријентисан у задатом смеру и има меру \( \alpha \).
Тачка \( O \) се назива центар ротације и она се при ротацији пресликава сама у себе.
Ротација с центром \( O \) за угао од \( 180^\circ \) (било у позитивном или негативном смеру) јесте централна симетрија са центром \( O \).
Да би се конструисала слика неке фигуре при ротацији, довољно је пресликати њене карактеристичне тачке:
  • За дуж пресликавамо њене крајње тачке.
  • За угао пресликавамо теме и по једну тачку на сваком краку.
  • За многоугао (нпр. троугао) пресликавамо његова темена.
  • За кружницу пресликавамо њен центар и једну тачку са кружнице.
Ротација чува растојање између тачака, што значи да је ротација изометрија.
Ако се дуж \( AB \) ротацијом пресликава у дуж \( A_1B_1 \), тада је \( AB = A_1B_1 \).
Ако се троугао \( ABC \) ротацијом пресликава у троугао \( A_1B_1C_1 \), тада су они подударни: \( \triangle ABC \cong \triangle A_1B_1C_1 \).

Задаци за вежбање

Лаки: Дат је троугао \( ABC \). Приликом ротације овог троугла око тачке \( O \) за угао од \( 45^\circ \) добијен је троугао \( A_1B_1C_1 \). Ако је дужина странице \( AB = 5\text{ cm} \), колика је дужина странице \( A_1B_1 \)?
Пошто је ротација изометрија, она чува дужине дужи. Због тога је \( A_1B_1 = AB \).
Одговор: Дужина странице \( A_1B_1 \) је \( 5\text{ cm} \).
Средњи: Тачка \( P \) се ротира око тачке \( S \) за угао од \( 180^\circ \) и добија се тачка \( P_1 \). Какав је међусобни положај тачака \( P \), \( S \) и \( P_1 \) и какав је однос дужи \( PS \) и \( SP_1 \)?
Ротација за \( 180^\circ \) представља централну симетрију. То значи да су тачке \( P \), \( S \) и \( P_1 \) колинеарне (припадају истој правој), а тачка \( S \) је средиште дужи \( PP_1 \).
Одговор: Тачке су колинеарне, а дужи су једнаке (\( PS = SP_1 \)).
Тешки: Тачка \( M \) (\( M \neq O \)) ротира се око тачке \( O \) за угао од \( 60^\circ \) у позитивном смеру и тако се пресликава у тачку \( M_1 \). Какав је троугао \( \triangle MOM_1 \) према дужинама страница?
По дефиницији ротације, растојање од центра се не мења, па је \( OM = OM_1 \). То значи да је троугао \( \triangle MOM_1 \) једнакокрак.
Угао између тих кракова је угао ротације, дакле \( \angle MOM_1 = 60^\circ \). Пошто су углови на основици једнакокраког троугла једнаки, они износе \( (180^\circ - 60^\circ) : 2 = 60^\circ \).
Сви углови су по \( 60^\circ \).
Одговор: Троугао \( \triangle MOM_1 \) је једнакостраничан.

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: