Построение треугольника по трем сторонам
Треугольник по трём заданным сторонам строят с помощью циркуля и линейки: сначала откладывают одну сторону, затем проводят две окружности. Построение возможно не всегда — длины должны удовлетворять неравенству треугольника.
Условия существования треугольника
Пусть заданы три отрезка с длинами \(a\), \(b\) и \(c\). Они могут быть сторонами треугольника только тогда, когда сумма длин любых двух сторон больше длины третьей стороны. Достаточно проверить самое сильное из этих условий: сумма двух меньших сторон должна быть больше большей стороны.
Три положительных числа являются длинами сторон треугольника, если сумма любых двух из них больше третьего.
Если, например, \(a\le b\le c\), то достаточно проверить только формулу \(a+b>c\). Если \(a+b=c\), отрезки можно расположить на одной прямой, но треугольник получится вырожденным: его площадь равна нулю. Если \(a+b<c\), два коротких отрезка не смогут соединить концы длинного.
Треугольник с заданными сторонами существует и является невырожденным тогда и только тогда, когда сумма длин двух меньших сторон больше длины большей стороны.
| Условие | Результат |
|---|---|
| Сумма двух меньших сторон больше большей | Треугольник существует |
| Сумма двух меньших сторон равна большей | Вырожденная фигура, треугольника нет |
| Сумма двух меньших сторон меньше большей | Построение невозможно |
После проверки условия полезно определить вид треугольника по сторонам: если две стороны равны, он равнобедренный; если все три равны — равносторонний; если все стороны различны — разносторонний. Это не меняет алгоритм построения.
Алгоритм построения
Пусть нужно построить треугольник \(ABC\) со сторонами \(AB=c\), \(AC=b\) и \(BC=a\). Обозначения можно выбрать иначе, но важно заранее связать каждую длину с конкретной стороной.
- Проверьте условие существования: сумма двух меньших длин должна быть больше третьей.
- С помощью построения отрезка заданной длины постройте отрезок \(AB=c\).
- Разведите циркуль на длину \(b\) и проведите окружность с центром \(A\) и радиусом \(b\).
- Разведите циркуль на длину \(a\) и проведите окружность с центром \(B\) и радиусом \(a\).
- Обозначьте одну из точек пересечения окружностей буквой \(C\).
- Соедините \(C\) с \(A\) и \(C\) с \(B\) отрезками. Получится треугольник \(ABC\).
У двух окружностей обычно две точки пересечения: \(C\) над отрезком \(AB\) и симметричная ей точка под отрезком. Поэтому существуют два положения треугольника, но они равны и зеркально симметричны относительно прямой \(AB\). В задачах достаточно выбрать любое из них.
Центр окружности — это конец уже построенной стороны. Если \(AC=b\), окружность радиуса \(b\) проводят из точки \(A\); если \(BC=a\), окружность радиуса \(a\) проводят из точки \(B\).
Почему построение даёт нужный треугольник
Все точки окружности с центром \(A\) находятся на расстоянии \(b\) от \(A\). Поэтому точка \(C\), лежащая на первой окружности, удовлетворяет равенству \(AC=b\). Аналогично, принадлежность \(C\) второй окружности означает \(BC=a\). Отрезок \(AB\) был построен длиной \(c\).
Пересечение окружностей существует именно при выполнении условия треугольника. Расстояние между центрами окружностей равно \(AB=c\), а радиусы равны \(b\) и \(a\). Для пересечения в двух точках необходимо, чтобы расстояние между центрами было меньше суммы радиусов и больше их разности. Это равносильно системе неравенств треугольника.
Заданы стороны \(5\), \(7\) и \(13\). Можно ли построить невырожденный треугольник?
Разобранный пример
Пусть \(AB=6\) см, \(AC=5\) см, \(BC=4\) см. Сначала проверим возможность построения, затем выполним его циркулем и линейкой.
Проверка результата: по построению \(AB=6\) см, \(AC=5\) см и \(BC=4\) см. Значит, задача выполнена. Если выбрать вторую точку пересечения окружностей, получится такой же треугольник, отражённый относительно \(AB\).
Особые случаи и частые ошибки
Если две заданные стороны равны, окружности имеют одинаковые радиусы или радиусы, связанные с равными сторонами. Построение выполняется тем же способом. При трёх равных сторонах получится равносторонний треугольник.
1. Не проверяют неравенство треугольника и начинают построение сразу. 2. Проводят окружность не из того конца основания. 3. Берут неверный радиус: например, из \(A\) откладывают длину \(BC\), хотя нужно откладывать \(AC\). 4. Считают два зеркальных положения разными решениями. 5. При равенстве суммы двух сторон третьей называют получившуюся фигуру треугольником.
- Сначала упорядочены длины или найдена наибольшая сторона.
- Проверено, что сумма двух меньших сторон больше наибольшей.
- У каждой окружности правильно указаны центр и радиус.
- Точка C взята в пересечении окружностей.
- Все три стороны соединены и подписаны.
Основание — две окружности из его концов — точка их пересечения — соединить с концами основания.
Связь с другими построениями
Построение по трём сторонам — частный случай метода геометрических построений, где длины переносят циркулем. После получения треугольника можно выполнить дополнительные построения: провести перпендикуляр для высоты, биссектрису угла или медиану. Если известны не три стороны, а сторона и углы, используется построение по стороне и углам.
Быстрая проверка
Главное
- Три отрезка образуют невырожденный треугольник тогда и только тогда, когда сумма двух меньших длин больше большей.
- Для построения сначала откладывают основание, затем проводят две окружности с центрами в его концах.
- Радиусы окружностей равны двум оставшимся сторонам.
- Точка пересечения окружностей соединяется с концами основания.
- Два положения треугольника являются зеркальными и равными.