Linii remarcabile n geometria plan a [611157]
Linii remarcabile ^ n geometria plan a
Cristiana Ganciu
0
Cuprins
1 Linii remarcabile ^ n geometria plan a 2
1.1 Ceviene de rang n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 Mediana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.2 Bisectoarea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.3 Simediana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 ^In alt imea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 Dreapta lui Euler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.1 Dreapta lui Euler privit a ca loc geometric . . . . . . . . . 9
1.4 Mediatoarea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 Dreapta lui Simson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.6 Drepte izogonale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.7 Drepte antiparalele ^ n triunghi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.8 Alte cazuri de congruent a a triunghiurilor . . . . . . . . . . . . . 16
1
1 Linii remarcabile ^ n geometria plan a
1.1 Ceviene de rang n
O cevian a ^ ntr-un triunghi este o dreapt a care trece printr-unul dintre
v^ arfurile sale.
Punctul ^ n care aceasta intersecteaz a latura opus a se nume ste piciorul ce-
vienei.
Teorema lui Ceva, precum si reciproca ei caracterizeaz a concurent a a trei
drepte cu ajutorul rapoartelor determinate de picioarele acestora pe laturile
triunghiului. Diversitatea pozit iilor acestor trei drepte raportate la triunghiul
dat face posibile generaliz ari ale teoremei lui Ceva.
Teorema 1. Teorema lui Ceva
CA
B
A'B'C'
Figura 1: Ceviene concurente.
Fie M un punct ^ n planul triunghiului ABC. Notnd cu A';B';C' insert iile
dreptelor AM, BM, CM cu laturile opuse exist a relat ia:
A0B
A0CB0C
B0AC0A
C0B= 1; (1)
Demonstrat ie: Fie: triunghiul B'BC. Aplic^ and teorema lui Menelaus pen-
tru punctele coliniare A, M, A' si triunghiul ABB', aplic^ and teorema lui Mene-
laus pentru punctele coliniare C, M,C'
=)A0B
A0CB0C
B0AC0A
C0B= 1;siB0M
M0BBA0
A0CCA
B0A= 1; (2)
Prin ^ nmult irea celor dou a egalit at i se obt ine relat ia cerut a.
Dreptele AM, BM, CM se numesc cevienele punctului M.
2
Reciproca teoremei lui Ceva: Dac a punctele A', B', C' sunt situate pe
laturile triunghiului ABC si satisfac relat ia:
A0B
A0CB0C
B0AC0A
C0B= 1; (3)
atunci dreptele sunt concurente.
Demonstrat ie:
Fie BB0\CC0=fMg;AM\BC=fA00g (4)
Conform teoremei directe
=)A00B
A00CB0C
B0AC0A
C0B= 1; =)A0=A00(5)
Denitia 1.
^In triunghiul ABC, AD se nume ste cevian a de rang n , dac a are loc relat ia
BD
DC=hc
bin
(6)
unde a,b,c sunt laturile triunghiului, iar k este un num ar real. Analog, se
consider a dreptele BE si CF, E si F ind puncte pe laturile AC si AB. Acestea
sunt ceviene de rang n, adic a:
CE
EA=ha
cin
;AF
FB=b
an
(7)
Cazuri particulare de existent a a lui n:
1.medianele sunt ceviene de rangul zero (k = 0):
BD
DC=hc
bi0
=)BD=DC; (8)
2.bisectoarele sunt ceviene de rangul unu (k = 1):
BD
DC=c
b; (9)
3.simedienele sunt ceviene de rangul doi (k = 2):
BD
DC=hc
bi2
(10)
3
1.1.1 Mediana
Denitia 2. Segmentul care une ste un v^ arf al triunghiului cu mijlocul laturii
opuse acestuia, se nume ste median a .
Cele trei mediane ale unui triunghi sunt concurente ^ ntr-un punct numit
centrul de greutate al triunghiului.
Acesta se noteaz a de obicei cu litera G.
A
BC
DEF
G
Observat ia 1. Punctul G de intersect ie al medianelor AD si CE se a
a pe
ecare dintre cele dou a mediane, la dou a treimi de v^ arf si o treime de mijlocul
laturii opuse.
Observat ia 2. Mediana AD, respectiv CE sau BF ^ mpart triunghiul ^ n dou a
triunghiuri de arii egale.
Observat ia 3. Punctele D, E, F determinate de mediane pe laturile triun-
ghiului ABC sunt v^ arfurile unui triunghi numit triunghi median . Triunghiul
DEF este un triunghi asemenea cu triunghiul init ial, ABC.
Celelalte trei triunghiuri formate din laturile DEF si v^ arfurile ABC
sunt asemenea cu triunghiul ABC si congruente cu triunghiul median DEF.
A
B C D1E1F1
E F
DA:
B:C:E:
D:F:
Figura 2: Triunghiul median
4
Medianele unui triunghi pot forma un alt triunghi
^In triunghiul ABC se consider a medianele AD, BF, CE. Se poate ar ata
c a se poate construi un vector cu vectorii ~AD,~BF si~CE.
Demonstrat ie: D, E, F ind mijloacele laturilor BC, AB, AC ale triun-
ghiului, atunci:
~AD+~BF+~CE=1
2
~AB+~AC
+1
2
~BA+~BC
+1
2
~CA+~CB
= (11)
=1
2
~AB+~BC+~CA
+1
2
~BA+~CB+~AC
= (12)
=1
2
~AB ~AB+~BC ~BC+~CA ~CA
=~0 (13)
Deci vectorii ~AD,~BF,~CEpot forma un triunghi.
O inegalitate cu mediane si ^ nalt imi
Teorema 2. ^In orice triunghi are loc inegalitatea:
R
2rrmambmc
hahbhc(14)
unde R este raza cercului circumscris triunghiului si r este raza cercului ^ nscris.
Inegalitatea devine egalitate dac a si numai dac a triunghiul este echilateral.
Demonstrat ie: Conform RMCS2016 exist a:
minmamb
hahb;mbmc
hbhc;mcma
hcha
R
2rmaxmamb
hahb;mbmc
hbhc;mcma
hcha
() (15)
Presupunem abc, f ar a s a e afectat a generalitatea. Astfel, minimul din
ecuat ia () este egal cumcma
hcha.
Deci prima inegalitate se poate rescrie sub forma:
R
2rmcma
hcha; (16)
cu egalitate doar ^ n cazul triunghiurilor echilaterale.
Pe de alt a parte, are loc inegalitatea
R
2rmb
hc; (17)
inecuat ie datorat a lui L.Panaitpol (RMCS2001 p.146), cu egalitate doar ^ n
cazul triunghiurilor echilaterale.
Folosind inegalitatea mediilor, rezult a
R
2r1
2mcma
hcha+mb
hc
rmambmc
hahbhc; (18)
de unde se deduce:
R
2rrmambmc
hahbhc; (19)
5
1.1.2 Bisectoarea
Denitia 3. Semidreapta, care pornete din v^ arful unui triunghi si ^ mparte
unghiul ^ n dou a unghiuri egale, se numete bisectoare .
^Intr-un triunghi exist a trei bisectoare.
Acestea ind ceviene de rangul unu, sunt concurente ^ ntr-un punct, notat
de obicei cu litera I, numit centrul cercului ^ nscris ^ n triunghi .
Triunghiul DEF ale c arui v^ arfuri sunt punctele de tangent a dintre laturile
triunghiului si cercul ^ nscris se nume ste triunghiul de contact al ABC.
A
BCE F
DI
Figura 3: Triunghiul de contact
1.1.3 Simediana
Denitia 4. Simetrica dreptei suport a uneia dintre medianele a unui tri-
unghi fat a de dreapta suport a bisectoarei interioare din acela si v^ arf se nume ste
simedian a a triunghiului.
A
B CMLD
Figura 4: Simediana
Dac a se consider a triunghiul ABC, ^ n care punctul M este mijlocul laturii
(AC) si punctul L este piciorul bisectoarei unghiului ABC.
6
Dac a BD este simedian a, rezult a imediat c a LBD LBM si ABD
CBM.
Deoarece dreptele BD si BM trec prin v^ arful B al triunghiului si formeaz a
unghiuri congruente cu bisectoarea BL, acestea se numesc izogonale .
Un triunghi are trei simediane, ecare trec^ and prin c^ ate un v^ arf. Acestea
sunt concurente, iar punctul lor de intersect ie se nume ste punctul simedian al
triunghiului si se noteaz a, de regul a, cu litera K. El mai poart a numele de
punctul lui Lemoine.
De asemenea, trebuie spus c a punctul lui Lemoine si centrul de greutate sunt
puncte izogonale, deoarece ele se g asesc la intersect ia simedianelor, respectiv la
intersect ia izogonalelor acestora din urm a.
Observat ia 4. Simediana dus a printr-un v^ arf al unui triunghi trece prin punc-
tul de intersect ie a tangentelor ^ n celelalte dou a v^ arfuri, la cercul circumscris
triunghiului.
C
B ADM
L
Figura 5: Simediana ABC
Dac a se consider a triunghiul ABC si C, cercul s au circumscris. Dac a
tangentele ^ n punctele B si C la cercul C se intersecteaz a ^ n punctul D, atunci
AD este simedian a a triunghiului ABC.
1.2 ^In alt imea
Denitia 5.
Perpendiculara trasat a din v^ arful unui triunghi pe latura opus a, se nume ste
^ n alt ime .
^In alt imile sunt concurente ^ ntr-un punct notat H si denumit ortocentrul
triunghiului. Pentru un triunghi ascut itunghic, ortocentrul este ^ n interiorul
lui.^In cazul unui triunghi dreptunghic, ortocentrul coincide cu v^ arful unghiului
drept al triunghiului.
7
Observat ia 5. Fie M, N, P picioarele ^ n alt imilor duse din v^ arfurile triunghiu-
lui pe laturile acestuia.
Triunghiul MNP se nume ste triunghiul ortic al triunghiului ABC.
A
BC
PN
M
Figura 6: Triunghi ortic
Teorema 3. ^Intr-un triunghi, centrul cercului circumscris, ortocentrul si cen-
trul de greutate sunt coliniare si:
HG= 2GO (20)
=)Numim dreapta Euler, dreapta punctelor O, G, H.
1.3 Dreapta lui Euler
Teorema 4. ^In orice triunghi ortocentrul H, centrul de greutate G si centrul
cercului circumscris triunghiului sunt coliniare.
Dreapta determinat a de cele trei puncte se nume ste dreapta lui Euler .
Demonstrat ie:
Dac a triunghiul ABC este isoscel sau dreptunghic, atunci cele trei puncte
se a
a pe o median a.
^In cazul triunghiului oarecare ABC, not am cu A 1, B1picioarele^ n alt imilor
din v^ arfurile A si B, iar picioarele medianelor din aceste v^ arfuri sunt A' si
B'. Triunghiurile HAB si OA'B' sunt asemenea pentru c a au laturile
paralele. Folosind teorema fundamental a a asem an arii se obt ine:
HA
OA0=HB
OB0=AB
A0B0= 2: (21)
Dar punctul G ^ mparte mediana ^ n raportulAG
GA0=2. Atunci triunghiurile
OGA' si HGA sunt asemenea conform cazului de asem anare LUL si rezult a
dOGA0=dAGH; (22)
ceea ce implic a coliniaritatea punctelor O, G, H.
8
1.3.1 Dreapta lui Euler privit a ca loc geometric
Dreapta lui Euler a unui triunghi poate g^ andit a ca locul geometric al punctelor
de concurent a a trei ceviene variabile asociate triunghiului.
A
B
CM
A1O
HGB1C1
NP
SA
Fie O, G, H punctele remarcabile ale triunghiului ABC, A 1, B1, C1punc-
tele de pe cercul circumscris diametral opuse v^ arfurilor notate corespunz ator,
iar SA, SB, SCpuncte pe dreptele A 1M, B 1N, respectiv C 1P (unde M, N, P sunt
mijloacele laturilor) care ^ mpart segmentele orientate A1M,B1N,C1P^ ntr-un
acela si raport k2<
