Подібність трикутників
Подібність — це інструмент, який дозволяє вимірювати недосяжне: висоту дерева за довжиною його тіні, ширину річки з одного берега, відстань до недоступної точки. Ідея всюди та сама: побудувати маленький трикутник, подібний до великого, виміряти доступні сторони й перенести пропорцію. На НМТ ця тема з'являється і як окрема задача, і як прихований крок — щоразу, коли в умові є паралельні прямі або спільний кут.
Що таке подібні трикутники
Два трикутники подібні, якщо їхні відповідні кути рівні, а відповідні сторони пропорційні. Коефіцієнт пропорційності — це коефіцієнт подібності:
Подібні трикутники мають однакову форму, але різний розмір.
Ключове слово тут — відповідні. Сторони зіставляють не за порядком запису, а за положенням: проти рівних кутів. Тому перед складанням пропорції варто виписати відповідність вершин, наприклад , , , і лише потім записувати відношення.
Ознаки подібності
Трикутники подібні, якщо виконується будь-яка з умов:
- За двома кутами — два кути одного трикутника дорівнюють двом кутам іншого.
- За двома сторонами й кутом між ними — дві сторони пропорційні, а кути між ними рівні.
- За трьома сторонами — усі три пари сторін пропорційні.
На практиці майже завжди працює перша ознака — вона найдешевша: досить знайти дві пари рівних кутів. А рівні кути найчастіше беруться з двох джерел: спільний кут двох трикутників і рівні кути при паралельних прямих. Саме тому пряма, паралельна стороні трикутника, автоматично відтинає трикутник, подібний до вихідного.
У трикутнику пряма перетинає сторони і . Відомо, що , , . Знайдемо .
- Трикутники і подібні: кут спільний, а кути і рівні як відповідні при паралельних прямих;
- коефіцієнт подібності беремо з відомої пари сторін: ;
- та сама пропорція для другої пари: , тобто ;
- звідси , отже .
Відповідь: .
Відношення периметрів і площ
Це ключова властивість для задач:
Периметри відносяться як (лінійна величина), а площі — як (квадрат коефіцієнта).
Причина видна з формули площі: площа — це добуток двох лінійних розмірів (скажімо, основи на висоту). Якщо кожен із них зросте в разів, добуток зросте в разів. Тому будь-яка величина, що вимірюється в одиницях довжини (сторона, периметр, медіана, радіус вписаного кола), масштабується як , а будь-яка площа — як .
Якщо сторони збільшити у рази, то периметр зросте у рази, а площа — у разів. Це часта пастка: площі відносяться не як , а як .
Приклад
Трикутники подібні з . Якщо площа меншого дорівнює , то площа більшого — (а не ).
Площі подібних трикутників дорівнюють і . Сторона меншого трикутника — . Знайдемо відповідну сторону більшого.
- Відношення площ дає квадрат коефіцієнта: ;
- добуваємо корінь: ;
- відповідна сторона: .
Відповідь: . Зверни увагу на порядок дій — спершу корінь із відношення площ, і аж потім множення сторони. Якби ми помножили одразу на , дістали б хибні .
Типові помилки
- Множать сторони на відношення площ. Щоб перейти від площ до довжин, з відношення площ треба спершу добути корінь.
- Складають пропорцію не для відповідних сторін. Порядок вершин у записі подібності не випадковий: означає, що відповідає , — , — .
- Плутають подібність із рівністю. Рівні трикутники — це окремий випадок подібних із . Подібність не дає рівності сторін.
- Беруть коефіцієнт «навпаки». Якщо , то більший трикутник дістають множенням на , а менший — діленням. Корисна перевірка здоровим глуздом: відповідь для більшого трикутника має бути більшою.
- Вважають подібними трикутники з двома пропорційними сторонами без рівності кута між ними. Друга ознака вимагає саме кута між цими сторонами.