📐 Медианы, биссектрисы и высоты треугольника

Геометрия 7 класс • Глава II, §2 • Страницы 34–39

Привет! 👋 Сегодня ты познакомишься с тремя «замечательными» отрезками треугольника — медианой, биссектрисой и высотой. Узнаешь, что такое перпендикуляр к прямой, какие треугольники называются равнобедренными и равносторонними, и докажешь два важных свойства равнобедренного треугольника. Это ключ к многим задачам! 🔑

🌾 Блок 1. Изучение (15–20 мин)

🪝 Разминка: Где в жизни встречаются перпендикуляры?

Когда строитель проверяет, ровно ли стоит стена, он использует отвес — грузик на нитке. Нитка всегда перпендикулярна земле! А когда ты измеряешь рост, рулетка тоже должна быть перпендикулярна полу — иначе измерение будет неверным. В геометрии перпендикуляр — это кратчайший путь от точки до прямой. 📏

📖 Ключевые термины

Термин Что это? Как обозначаем
Перпендикуляр Отрезок, проведённый из точки к прямой под прямым углом. AH ⊥ a (H — основание перпендикуляра)
Медиана треугольника Отрезок, соединяющий вершину треугольника с серединой противоположной стороны. AM₁, где M₁ — середина BC
Биссектриса треугольника Отрезок биссектрисы угла треугольника, соединяющий вершину с точкой на противоположной стороне. CC₁, где C₁ на стороне AB
Высота треугольника Перпендикуляр, проведённый из вершины треугольника к прямой, содержащей противоположную сторону. AH₁, где H₁ на прямой BC
Равнобедренный треугольник Треугольник, у которого две стороны равны. Равные стороны — боковые, третья — основание. △ABC: AB = AC (BC — основание)
Равносторонний треугольник Треугольник, у которого все три стороны равны. AB = BC = CA

📐 Графические иллюстрации

Перпендикуляр из точки к прямой

A H a AH ⊥ a AH — перпендикуляр из точки A к прямой a; H — основание перпендикуляра

Рис. 1: Перпендикуляр AH проведён из точки A к прямой a под прямым углом; точка H — основание перпендикуляра

Три замечательных отрезка треугольника

A B C M₁ B₁ H медиана AM₁ биссектриса BB₁ высота CH

Рис. 2: Три замечательных отрезка △ABC: красная — медиана AM₁, синяя — биссектриса BB₁, зелёная — высота CH

Равнобедренный треугольник

A B C боковая боковая BC — основание AB = AC (двойные засечки)

Рис. 3: Равнобедренный △ABC: AB = AC — боковые стороны (отмечены двойными засечками), BC — основание

Свойство равнобедренного треугольника: углы при основании равны

A B C D ∠B ∠C В равнобедренном △ углы при основании равны: ∠B = ∠C

Рис. 4: В равнобедренном △ABC углы при основании BC равны: ∠B = ∠C (доказывается через равенство △ABD и △ACD по биссектрисе AD)

Равносторонний треугольник

A B C AB = BC = CA (все стороны равны)

Рис. 5: Равносторонний △ABC: все три стороны равны (отмечены тройными засечками); все углы тоже равны — по 60°

📐 Главные правила

🌟 Правило 1: Перпендикуляр к прямой
Из точки, не лежащей на прямой, можно провести перпендикуляр к этой прямой, и притом только один.
Что это значит? Кратчайший путь от точки до прямой — это перпендикуляр. Другого такого же короткого пути нет.
🌟 Правило 2: Три замечательных отрезка
В любом треугольнике можно провести:
• медиану — от вершины к середине противоположной стороны;
• биссектрису — от вершины к противоположной стороне, делящую угол пополам;
• высоту — перпендикуляр из вершины на противоположную сторону (или её продолжение).
Каждого такого отрезка в треугольнике ровно три (по одному из каждой вершины).
🌟 Правило 3: Равнобедренный треугольник
Треугольник называется равнобедренным, если две его стороны равны. Эти стороны — боковые, третья — основание.
Если все три стороны равны — треугольник равносторонний (это частный случай равнобедренного).
🌟 Правило 4: Свойство углов равнобедренного треугольника (ТЕОРЕМА)
В равнобедренном треугольнике углы при основании равны: ∠B = ∠C (рис. 4).
Доказательство: проведём биссектрису AD из вершины A к основанию BC. △ABD = △ACD по первому признаку (AB = AC, ∠1 = ∠2, AD общая) → ∠B = ∠C.
🌟 Правило 5: Биссектриса, медиана и высота равнобедренного треугольника (ТЕОРЕМА)
В равнобедренном треугольнике отрезок, проведённый из вершины к основанию (биссектриса), является одновременно медианой и высотой.
Что это значит? Все три «замечательных» отрезка из вершины к основанию совпадают в один! Отсюда же: основание делится пополам, и угол при вершине делится пополам, и этот отрезок перпендикулярен основанию.
⚠️ Важно запомнить:
• Медиана делит сторону пополам; биссектриса делит угол пополам; высота образует прямой угол с противоположной стороной
• Все три медианы, все три биссектрисы и все три высоты треугольника пересекаются в одной точке (докажем позже)
• В равнобедренном треугольнике углы при основании равны — но не любые два угла!
• Равносторонний треугольник — это равнобедренный, у которого все стороны равны; все его углы по 60°
• Если в треугольнике медиана совпадает с высотой — треугольник равнобедренный (признак!)

🛠 Блок 2. Закрепление (20–25 мин)

Задания из учебника (стр. 34–39). Решай в тетради с линейкой, угольником и транспортиром. После выполнения открой подсказку и проверь себя!

№112 Базовый уровень

Задание: В равнобедренном треугольнике основание в 2 раза меньше боковой стороны, а периметр равен 50 см. Найдите стороны треугольника.

💡 Проверить решение
Шаг 1: Пусть основание BC = x см, тогда боковая сторона AB = AC = 2x см (в 2 раза больше).
Шаг 2: Периметр: P = AB + AC + BC = 2x + 2x + x = 5x.
Шаг 3: По условию P = 50 см, значит 5x = 50 → x = 10.
Шаг 4: Стороны: BC = 10 см, AB = AC = 2·10 = 20 см.

Ответ: 10 см, 20 см, 20 см.

Проверка: 10 + 20 + 20 = 50 ✓; основание 10 — в 2 раза меньше боковой 20 ✓

№113 Базовый уровень

Задание: Периметр равнобедренного треугольника ABC с основанием BC равен 40 см, а периметр равностороннего треугольника BCD равен 45 см. Найдите стороны AB и BC.

💡 Проверить решение
Шаг 1: △BCD — равносторонний, значит BC = CD = BD. Периметр = 3·BC = 45 → BC = 15 см.
Шаг 2: △ABC — равнобедренный с основанием BC, значит AB = AC (боковые стороны).
Шаг 3: Периметр △ABC: AB + AC + BC = 2·AB + 15 = 40 → 2·AB = 25 → AB = 12,5 см.

Ответ: AB = 12,5 см, BC = 15 см (и AC = 12,5 см).

Проверка: 12,5 + 12,5 + 15 = 40 ✓; 15·3 = 45 ✓

№117 Базовый уровень

Задание: На рисунке 73 (а) AB = BC, ∠1 = 130°. Найдите ∠2.

💡 Проверить решение
Шаг 1: △ABC равнобедренный с AB = BC, значит основание — AC, углы при основании: ∠A = ∠C.
Шаг 2: ∠1 — внешний угол при вершине B (смежный с внутренним ∠B). Значит ∠B = 180° − 130° = 50°.
Шаг 3: Сумма углов △ABC: ∠A + ∠B + ∠C = 180°. Так как ∠A = ∠C, то 2∠A + 50° = 180° → 2∠A = 130° → ∠A = 65°.
Шаг 4: ∠2 — угол при основании, значит ∠2 = ∠A = 65°.

Ответ: ∠2 = 65°.

Проверка: 65° + 65° + 50° = 180° ✓; 130° + 50° = 180° (смежные) ✓

№114 Средний уровень

Задание: В равнобедренном треугольнике ABC с основанием BC проведена медиана AM. Найдите медиану AM, если периметр треугольника ABC равен 32 см, а периметр треугольника ABM равен 24 см.

💡 Проверить решение
Шаг 1: △ABC равнобедренный с основанием BC: AB = AC. Обозначим AB = AC = a, BC = b.
Шаг 2: P(ABC) = 2a + b = 32.
Шаг 3: AM — медиана к основанию BC, значит M — середина BC: BM = MC = b/2.
Шаг 4: В равнобедренном треугольнике медиана к основанию — она же высота (правило 5), но для решения это не нужно. P(ABM) = AB + BM + AM = a + b/2 + AM = 24.
Шаг 5: Выразим a + b/2 из P(ABC): 2a + b = 32 → a + b/2 = 16.
Шаг 6: Подставим: 16 + AM = 24 → AM = 8 см.

Ответ: AM = 8 см.

Проверка: a + b/2 = 16, AM = 8 → P(ABM) = 16 + 8 = 24 ✓; 2a + b = 32 ✓

№116 Средний уровень

Задание: На рисунке 72 CD = BD, ∠1 = ∠2. Докажите, что треугольник ABC равнобедренный.

💡 Проверить решение
Шаг 1: Рассмотрим △ADC и △ADB: AD — общая сторона, CD = BD (по условию), ∠1 = ∠2 (по условию).
Шаг 2: По двум сторонам и углу между ними (первый признак): △ADC = △ADB.
Шаг 3: Из равенства треугольников следует: AC = AB (соответственные стороны).
Шаг 4: В △ABC две стороны равны: AB = AC → △ABC равнобедренный с основанием BC.

Ответ: △ABC равнобедренный (доказано).

Проверка: все три шага используют только первый признак равенства и определение равнобедренного треугольника ✓

№123 Средний уровень

Задание: В равнобедренном треугольнике ABC с основанием BC отмечены точки M и N так, что BM = CN. Докажите, что:
а) △ABM = △ACN;
б) △AMN равнобедренный.

💡 Проверить решение

а) Равенство △ABM и △ACN:

△ABC равнобедренный с основанием BC: AB = AC и ∠B = ∠C (углы при основании равны — свойство 4).
В △ABM и △ACN: AB = AC, ∠B = ∠C, BM = CN (по условию).
По двум сторонам и углу между ними: △ABM = △ACN.

б) △AMN равнобедренный:

Из равенства △ABM = △ACN следует: AM = AN (соответственные стороны).
В △AMN две стороны равны: AM = AN → △AMN равнобедренный с основанием MN.

Ответ: △ABM = △ACN и △AMN равнобедренный (доказано).

Проверка: ключевая цепочка: свойство равнобедренного △ → первый признак → равенство боковых → новый равнобедренный △ ✓

№115 Продвинутый уровень

Задание: Докажите, что если медиана треугольника является его высотой, то треугольник равнобедренный.

💡 Проверить решение
Шаг 1: Пусть в △ABC медиана AM является высотой. Тогда M — середина BC (BM = MC) и AM ⊥ BC (∠AMB = ∠AMC = 90°).
Шаг 2: Рассмотрим △ABM и △ACM: AM — общая сторона, BM = MC, ∠AMB = ∠AMC = 90°.
Шаг 3: По двум сторонам и углу между ними: △ABM = △ACM.
Шаг 4: Из равенства треугольников: AB = AC → △ABC равнобедренный с основанием BC.

Ответ: △ABC равнобедренный (доказано).

Вывод: это признак равнобедренного треугольника — обратный к свойству из правила 5.

№120 Продвинутый уровень

Задание: Медиана AM треугольника ABC равна отрезку BM. Докажите, что один из углов треугольника ABC равен сумме двух других углов.

💡 Проверить решение
Шаг 1: M — середина BC, значит BM = MC. По условию AM = BM, следовательно AM = MC тоже.
Шаг 2: △ABM: AM = BM → равнобедренный с основанием AB → ∠BAM = ∠ABM (углы при основании).
Шаг 3: △AMC: AM = MC → равнобедренный с основанием AC → ∠MAC = ∠MCA (углы при основании).
Шаг 4: ∠BAC = ∠BAM + ∠MAC = ∠ABM + ∠MCA = ∠B + ∠C.
Шаг 5: По свойству суммы углов треугольника: ∠A + ∠B + ∠C = 180°. Подставим ∠A = ∠B + ∠C: 2∠A = 180° → ∠A = 90°.

Ответ: угол A равен сумме углов B и C, причём ∠A = 90° (доказано).

Проверка: 90° = ∠B + ∠C; 90° + ∠B + ∠C = 180° ✓

№124 Продвинутый уровень

Задание: В равнобедренном треугольнике DEK с основанием DK = 16 см отрезок EF — биссектриса, ∠DEF = 43°. Найдите KF, ∠DEK, ∠EFD.

💡 Проверить решение
Шаг 1: △DEK равнобедренный с основанием DK. EF — биссектриса из вершины E к основанию.
Шаг 2: По правилу 5, в равнобедренном треугольнике биссектриса к основанию — одновременно медиана и высота.
Шаг 3: Как медиана: F — середина DK, значит KF = DK/2 = 16/2 = 8 см.
Шаг 4: Как биссектриса: ∠DEK = 2·∠DEF = 2·43° = 86°.
Шаг 5: Как высота: EF ⊥ DK, значит ∠EFD = 90°.

Ответ: KF = 8 см, ∠DEK = 86°, ∠EFD = 90°.

Проверка: 8·2 = 16 = DK ✓; 43°·2 = 86° ✓; прямой угол — высота ✓

💡 Методическая подсказка