Геометрия 8 класс • Глава VIII, §3, пункты 69–73 • Средняя линия, замечательные точки, пропорциональные отрезки в прямоугольном треугольнике
🧠 Блок 1. Изучение нового материала
🌍 Разминка: где работает подобие?
Когда геодезист измеряет высоту столба по тени — это подобие. Когда архитектор проверяет, пересекаются ли три медианы в одной точке — это тоже подобие. Когда ты строишь бумажный самолётик и хочешь, чтобы его крылья были симметричны — и тут подобие! Сегодня покажем, как эта «маленькая идея» доказывает большие теоремы и решает практические задачи. 📐
📏 Часть 1. Средняя линия треугольника (пункт 69)
📖 Определение
Средняя линия треугольника — отрезок, соединяющий середины двух его сторон.
🌟 Теорема о средней линии
Средняя линия треугольника параллельна третьей стороне и равна её половине
Доказательство: △BMN ~ △BAC по второму признаку (BM/BA = BN/BC = 1/2 и ∠B — общий). Значит MN ∥ AC и MN = AC/2.
Средняя линия треугольника
🌟 Следствие: медианы пересекаются в одной точке
Три медианы треугольника пересекаются в одной точке и делятся ею в отношении 2 : 1, считая от вершины. Эта точка называется центром масс (или центроидом) треугольника.
⭐ Часть 2. Четыре замечательные точки треугольника (пункт 70)
Точка
Что это?
Где пересекаются?
Центр вписанной окружности
Равноудалена от всех сторон
Биссектрисы углов
Центр описанной окружности
Равноудалена от всех вершин
Серединные перпендикуляры к сторонам
Центр масс (центроид)
Точка «балансировки» треугольника
Медианы (в отношении 2:1)
Ортоцентр
Пересечение высот
Высоты (или их продолжения)
🌟 Теорема о высотах
Высоты треугольника (или их продолжения) пересекаются в одной точке — ортоцентре.
Идея доказательства: через каждую вершину проводим прямую, параллельную противоположной стороне. Получаем большой треугольник, в котором исходный — средняя линия. Высоты исходного треугольника становятся серединными перпендикулярами большого → они пересекаются в одной точке.
📐 Часть 3. Пропорциональные отрезки в прямоугольном треугольнике (пункт 71)
🌟 Ключевой факт
Высота прямоугольного треугольника, проведённая из вершины прямого угла, делит его на два треугольника, подобных исходному (и подобных друг другу!).
Пропорциональные отрезки в прямоугольном треугольнике
△ABC ~ △ACD ~ △CBD — все три треугольника подобны по двум углам.
🌟 Среднее пропорциональное
Отрезок XY называется средним пропорциональным для отрезков AB и CD, если: XY = √(AB · CD).
Из подобия треугольников получаем два важных следствия:
1. h² = a · b (высота — среднее пропорциональное для отрезков гипотенузы)
2. b² = a · c (катет — среднее пропорциональное для гипотенузы и прилежащего отрезка)
📏 Часть 4. Метод подобия в задачах на построение (пункт 72)
Идея: сначала строим «вспомогательный» треугольник, подобный искомому (по части данных), а потом «растягиваем» его до нужного размера, используя оставшиеся данные.
🗺️ Часть 5. Подобие на местности (пункт 73)
🌟 Два классических применения
1. Измерение высоты предмета по тени: два прямоугольных треугольника (человек-тень и столб-тень) подобны по двум углам → высота столба = (рост человека) · (тень столба) / (тень человека).
2. Измерение расстояния до недоступной точки: строим на бумаге треугольник, подобный реальному (по двум углам и стороне), измеряем нужную сторону на чертеже и пересчитываем в масштаб.
🛠 Блок 2. Закрепление (задачи из учебника)
Сначала реши задачу в тетради, потом открой решение и проверь каждый шаг! ✍️
Базовый уровень
Задание 1 (№672)
Дан треугольник со сторонами 8 см, 5 см и 7 см. Найдите периметр треугольника, вершинами которого являются середины сторон данного треугольника.
Показать подробное решение
Шаг 1: Каждая сторона нового треугольника — средняя линия исходного, значит равна половине соответствующей стороны.
Шаг 2: Стороны нового треугольника: 8/2 = 4 см; 5/2 = 2,5 см; 7/2 = 3,5 см.
Шаг 3: Периметр: 4 + 2,5 + 3,5 = 10 см.
Альтернатива: периметр нового треугольника = половина периметра исходного = (8 + 5 + 7) / 2 = 20 / 2 = 10 см ✅
Базовый уровень
Задание 2 (№674)
Точки P, Q и R — середины сторон AB, BC и AC треугольника ABC. Найдите периметр треугольника ABC, если периметр треугольника PQR равен 21 см.
Показать подробное решение
Шаг 1: △PQR — треугольник из середин сторон, его стороны — средние линии △ABC.
Шаг 2: Каждая сторона △PQR в 2 раза меньше соответствующей стороны △ABC, значит периметр △PQR в 2 раза меньше периметра △ABC.
Шаг 3: P(ABC) = 2 · P(PQR) = 2 · 21 = 42 см.
Базовый уровень
Задание 3 (№673)
Расстояние от точки пересечения диагоналей прямоугольника до прямой, содержащей его большую сторону, равно 22,5 см. Найдите меньшую сторону прямоугольника.
Показать подробное решение
Шаг 1: Точка O пересечения диагоналей прямоугольника — середина каждой диагонали, значит она равноудалена от обеих параллельных сторон.
Шаг 2: Расстояние от O до большей стороны AB = 22,5 см. Значит расстояние от O до меньшей стороны CD тоже 22,5 см (по свойству центра прямоугольника).
Шаг 3: Меньшая сторона BC = 2 · 22,5 = 45 см.
Средний уровень
Задание 4 (№676)
Диагональ AC параллелограмма ABCD равна 18 см. Середина стороны AB соединена с вершиной D. Найдите отрезки, на которые делит эту диагональ отрезок DM.
Показать подробное решение
Шаг 1: M — середина AB. Пусть P и Q — точки пересечения DM с диагоналями AC и BD.
Шаг 2: O — точка пересечения диагоналей — середина каждой. Рассмотрим △ABO: M — середина AB, MP ∥ BO (так как P на AC, а BO — часть BD, а DM пересекает их) → P — середина AO.
Шаг 3: AO = AC/2 = 9 см, значит AP = AO/2 = 4,5 см. Тогда PQ = AO/2 = 4,5 см и QO = AO/2 = 4,5 см.
Шаг 4: Аналогично △ABD: M — середина AB, MQ ∥ AD → Q — середина OD. Значит QC = 3/4 · AC = 13,5 см.
Ответ: отрезки равны 6 см и 12 см (точка делит диагональ в отношении 1:2).
Средний уровень
Задание 5 (№677)
В треугольнике ABC медианы AA₁ и BB₁ пересекаются в точке O. Найдите площадь треугольника ABC, если площадь треугольника ABO равна S.
Показать подробное решение
Шаг 1: Точка O — центроид, делит каждую медиану в отношении 2:1 от вершины. Значит AO : OA₁ = 2 : 1.
Шаг 2: Треугольники ABO и A₁BO имеют общую высоту из B, их основания относятся как AO : OA₁ = 2 : 1. Значит S(A₁BO) = S/2.
Шаг 3: S(ABB₁) = S + S/2 = 3S/2. Медиана BB₁ делит △ABC пополам, но △ABB₁ — это 1/3 площади △ABC (так как все три «маленьких» треугольника от центроида равны).
Шаг 4: S(ABC) = 3 · S(ABB₁) = 3 · 3S/2 = 9S/2... Проверим: △ABO — это 1/6 площади △ABC (так как три медианы разбивают △ABC на 6 равных треугольников).
Ответ: S(ABC) = 6S.
Средний уровень
Задание 6 (№675)
Докажите, что отрезок, соединяющий середины диагоналей трапеции, параллелен её основаниям и равен их полуразности.
Показать доказательство
Шаг 1: M — середина AC, N — середина BD. Рассмотрим △ACD: M — середина AC, проведём через M прямую, параллельную AD. Она пересечёт CD в её середине K (по свойству средней линии).
Шаг 2: В △BCD: N — середина BD, K — середина CD → NK — средняя линия → NK ∥ BC и NK = BC/2.
Шаг 3: Но MK ∥ AD и MK = AD/2. Значит M, N, K лежат на одной прямой, параллельной основаниям, и MN = MK − NK = AD/2 − BC/2 = (AD − BC)/2.
Вывод: MN ∥ AD ∥ BC и MN = (AD − BC) / 2. ✅
Продвинутый уровень
Задание 7 (№681)
Катеты прямоугольного треугольника относятся как 3 : 4, а гипотенуза равна 50 мм. Найдите отрезки, на которые гипотенуза делится высотой, проведённой из вершины прямого угла.
Шаг 3: Пусть высота делит гипотенузу на отрезки a и b (a — прилежащий к катету 30, b — к катету 40). По свойству: 30² = a · 50 → a = 900/50 = 18 мм.
Шаг 4: Аналогично: 40² = b · 50 → b = 1600/50 = 32 мм.
Ответ:18 мм и 32 мм. Проверка: 18 + 32 = 50 ✅
Продвинутый уровень
Задание 8 (№682)
Высота прямоугольного треугольника, проведённая из вершины прямого угла, делит гипотенузу на отрезки, один из которых на 11 см больше другого. Найдите гипотенузу, если катеты треугольника относятся как 6 : 5.
Показать подробное решение
Шаг 1: Пусть катеты 6x и 5x, а отрезки гипотенузы — a и a + 11. Тогда гипотенуза c = 2a + 11.
Шаг 2: По свойству: (6x)² = a · c и (5x)² = (a + 11) · c. Делим: 36/25 = a/(a + 11).
Шаг 3: 36(a + 11) = 25a → 36a + 396 = 25a → 11a = −396? Перепроверим: пусть a — бо́льший отрезок (прилежащий к бо́льшему катету 6x). Тогда 36x² = a · c и 25x² = b · c, где a + b = c и a − b = 11.
Шаг 4: Делим: 36/25 = a/b. Пусть a = 36t, b = 25t. Тогда a − b = 11t = 11 → t = 1. Значит a = 36, b = 25.
Шаг 5: Гипотенуза c = a + b = 36 + 25 = 61 см.
Проверка: 36 − 25 = 11 ✅
Продвинутый уровень
Задание 9 (№683)
В треугольнике со сторонами 5 см, 12 см и 13 см проведена высота к большей стороне. Найдите отрезки, на которые высота делит эту сторону.
Показать подробное решение
Шаг 1: Проверим: 5² + 12² = 25 + 144 = 169 = 13². Значит треугольник прямоугольный, гипотенуза = 13 см — это и есть «большая сторона».
Шаг 2: Высота, проведённая из вершины прямого угла к гипотенузе, делит её на отрезки a и b, где a + b = 13.
Шаг 3: По свойству: 5² = a · 13 → a = 25/13 см. 12² = b · 13 → b = 144/13 см.
Ответ:25/13 см и 144/13 см (≈ 1,92 см и ≈ 11,08 см). Проверка: 25/13 + 144/13 = 169/13 = 13 ✅
Дополнительная задача
Задание 10 (№684)
Пользуясь утверждением пункта 71, докажите теорему Пифагора: в прямоугольном треугольнике ABC с прямым углом C выполняется равенство AC² + BC² = AB².
Показать доказательство
Шаг 1: Пусть CD — высота, проведённая из вершины C к гипотенузе AB. Обозначим AD = b₁, BD = a₁, тогда AB = b₁ + a₁ = c.
Шаг 2: По утверждению п. 71: AC² = AD · AB → AC² = b₁ · c. Аналогично: BC² = BD · AB → BC² = a₁ · c.
Для определения высоты столба использован метод с вращающейся планкой. Чему равна высота столба, если BC = 6,3 м, B₁C = 3,4 м, AC = 1,7 м?
Показать подробное решение
Шаг 1: △ACB ~ △A₁CB₁ (два прямых угла и общий угол при C).
Шаг 2: A₁B₁ / AB = CB₁ / CB. Но CB₁ = CB + B₁B... Уточним: по условию BC = 6,3 м — расстояние от планки до столба; B₁C = 3,4 м — расстояние от планки до наблюдателя; AC = 1,7 м — рост наблюдателя.
Шаг 3: Из подобия: A₁B₁ / AC = BC / B₁C → A₁B₁ = AC · BC / B₁C = 1,7 · 6,3 / 3,4 = 10,71 / 3,4 ≈ 3,15 м.
Шаг 4: Полная высота столба = A₁B₁ + AC = 3,15 + 1,7 = 4,85 м... Перепроверим: A₁B₁ / AC = BC / B₁C → A₁B₁ = 1,7 · 6,3 / 3,4 = 3,15. Высота столба = 3,15 + 1,7 = 4,85 м.
Ответ:4,85 м (по решебнику — 3,15 м, если считать только надставку над уровнем глаз).
Дополнительная задача
Задание 12 (№686)
Длина тени дерева равна 10,2 м, а длина тени человека ростом 1,7 м равна 2,5 м. Найдите высоту дерева.
Показать подробное решение
Шаг 1: Солнечные лучи параллельны → два прямоугольных треугольника (человек-тень и дерево-тень) подобны по двум углам.
Шаг 3: Высота дерева = рост человека · k = 1,7 · 4,08 = 6,936 м ≈ 6,94 м.
Проверка: 6,936 / 10,2 = 1,7 / 2,5 = 0,68 ✅
Дополнительная задача
Задание 13 (№688)
Для определения расстояния от точки A до недоступной точки B на местности выбрали точку C, измерили отрезок AC, углы при A и C. Затем построили на бумаге треугольник ABC, подобный треугольнику ABC. Найдите AB, если AC = 42 м, A₁C₁ = 6,3 см, A₁B₁ = 7,2 см.
Показать подробное решение
Шаг 1: △ABC ~ △A₁B₁C₁ по двум углам (∠A = ∠A₁, ∠C = ∠C₁).
Шаг 2: Коэффициент подобия: k = AC / A₁C₁ = 42 м / 6,3 см = 4200 см / 6,3 см = 666,67... Но удобнее: AB / A₁B₁ = AC / A₁C₁.
Шаг 3: AB = A₁B₁ · (AC / A₁C₁) = 7,2 см · (42 м / 6,3 см) = 7,2 · 42 / 6,3 = 302,4 / 6,3 = 48 м... Перепроверим: 7,2 / 6,3 = 8/7. AB = 42 · 8/7 = 48 м.
Ответ: AB = 48 м.
Дополнительная задача
Задание 14 (№689)
На рисунке показано, как можно определить ширину реки: рассматривают два подобных треугольника ABC и AB₁C₁. Определите BB₁, если AC = 100 м, AC₁ = 32 м, AB = 34 м.
Показать подробное решение
Шаг 1: △ABC ~ △AB₁C₁ (два прямых угла и общий угол при A).
Шаг 2: AB₁ / AC₁ = AB / AC → AB₁ = AB · AC₁ / AC = 34 · 32 / 100 = 1088 / 100 = 10,88 м.
Шаг 3: BB₁ = AB − AB₁ = 34 − 10,88 = 23,12 м.
Ответ: BB₁ = 23,12 м.
⚖️ Задачи на доказательство (идеи)
№678 — выразите a и b через a, b и c
Идея: в прямоугольном треугольнике с высотой h, проведённой к гипотенузе c: a² = a₁ · c и b² = b₁ · c, где a₁ и b₁ — отрезки гипотенузы. Значит a = √(a₁ · c) и b = √(b₁ · c).
№679 — докажите, что h² = a · b
Идея: △ACD ~ △CBD (по двум углам). Значит AD/CD = CD/BD → CD² = AD · BD → h² = a · b.
№680 — докажите, что h = ab/c
Идея: площадь треугольника можно выразить двумя способами: S = ½ab = ½ch. Приравнивая: ab = ch → h = ab/c.
Задачи на построение (№690–696) — идеи
№690: разделить отрезок в данном отношении — по теореме Фалеса (откладываем на вспомогательном луче равные отрезки).
№692: строим произвольный треугольник с данными двумя углами, затем биссектрису третьего угла нужной длины, и «растягиваем» до нужного размера.
№693: аналогично, но вместо биссектрисы — высота.
№694: строим треугольник с данным углом и медианой, затем «растягиваем» до нужного отношения сторон.
№695: строим треугольник с данным углом и стороной, затем «растягиваем» до нужного отношения сторон.
№696: строим прямоугольный треугольник по гипотенузе и отношению катетов — используем средний пропорциональный отрезок.
🏗 Блок 3. Практическое применение
🗺️ Продукт урока: «Геодезист: измерение ширины реки»
Ты стоишь на берегу реки и хочешь узнать её ширину, не переплывая. На противоположном берегу видно дерево A. Ты выбираешь на своём берегу точку C, отмеряешь AC = 50 м. Затем идёшь вдоль берега ещё 30 м до точки B. Из точки B смотришь на дерево A через планку и отмечаешь на своём берегу точку B₁ так, что A, C и B₁ лежат на одной прямой. Измеряешь BB₁ = 20 м.
Задача: найди ширину реки (расстояние от A до прямой BC).
Показать решение геодезиста
Шаг 1: △ACB и высота из A — это наш прямоугольный треугольник с высотой h (ширина реки).
Шаг 2: По теореме Пифагора для △AC(высота): h² + x² = 50², где x — расстояние от проекции A до C.
Шаг 4: Но у нас нет AB! Используем подобие: △AC(проекция) ~ △AB(проекция) — нет, это не то. На самом деле: △ACA₁ ~ △BCB₁ (где A₁ — проекция A на берег). Значит h / 20 = 50 / 30 → h = 100/3 ≈ 33,3 м.
Итог: ширина реки ≈ 33 м. 🌊
📝 Главное, что нужно запомнить
Средняя линия треугольника параллельна третьей стороне и равна её половине.
Медианы пересекаются в одной точке (центроиде) и делятся в отношении 2:1 от вершины.
Четыре замечательные точки: центроид (медианы), ортоцентр (высоты), центр вписанной окружности (биссектрисы), центр описанной окружности (серединные перпендикуляры).
Высота прямоугольного треугольника из вершины прямого угла делит его на два подобных треугольника.
Среднее пропорциональное: h² = a · b (высота) и b² = a · c (катет).
Метод подобия в построениях: сначала строим «вспомогательную» подобную фигуру, потом растягиваем.
Подобие на местности: два прямоугольных треугольника (тени) подобны → можно измерять недоступные расстояния и высоты.
💡 Методическая подсказка (для учителя или родителя)
Средняя линия vs медиана: ученики часто путают. Средняя линия соединяет середины двух сторон (их три в треугольнике), медиана идёт из вершины к середине противоположной стороны (их тоже три).
Центроид (точка пересечения медиан): дайте ученикам вырезать треугольник из картона и найти точку баланса на кончике карандаша — это и есть центроид! Нагляднее любой формулы.
Пропорциональные отрезки (№681–684): главное — запомнить «правило катета»: квадрат катета = гипотенуза × прилежащий отрезок. Это работает всегда в прямоугольном треугольнике с высотой.
Задача №684 (доказательство теоремы Пифагора): это красивейшее доказательство через подобие — гораздо элегантнее, чем через площади! Предложите сильным ученикам оформить его как мини-проект.
Практика на местности (№685–689): если есть возможность — выйдите с классом на школьный двор и измерьте высоту дерева/флагштока по тени. Это запоминается на всю жизнь!
Слабым ученикам: начните с №672 и №674 — они прямые применения средней линии. Потом переходите к №681 (конкретные числа) и только потом к доказательствам.
Сильным ученикам: задачи №675, №676, №684 и построения №692–696 — отличная подготовка к олимпиадам и ОГЭ/ЕГЭ.