Обложка

81. Ортоцентър на триъгълник

Избери решение на задача:

Задача 1 (безплатна)

Кратко решение

Дадено: Равностранен \(\triangle ABC\) Радиус на вписана окръжност \(r = 3 \text{ cm}\) Търсим: Разстоянието от ортоцентъра \(H\) до върховете \(A, B, C\). Решение: За равностранен триъгълник е известно, че забележителните точки съвпадат: ортоцентър (\(H\)), медицентър (\(M\)), център на вписаната окръжност (\(L\)) и център на описаната окръжност (\(O\)). \[ H \equiv M \equiv L \equiv O \] Разстоянието от ортоцентъра до върховете е равно на радиуса на описаната окръжност \(R\). Разстоянието от ортоцентъра до страните е равно на радиуса на вписаната окръжност \(r\). Медицентърът \(M\) дели всяка медиана (която е и височина) в отношение 2:1, считано от върха. От това свойство следва, че връзката между двата радиуса е: \[ R = 2r \] Заместваме с дадената стойност \(r = 3 \text{ cm}\): \[ R = 2 \cdot 3 = 6 \text{ cm} \] Разстоянието от ортоцентъра до върховете на триъгълника е 6 cm.

Подробно решение

Стъпка 1: Анализ на свойствата на равностранен триъгълник

В равностранния триъгълник всички страни и ъгли са равни. Поради тази симетрия, четирите забележителни точки в триъгълника съвпадат. Това са:
  • Ортоцентър (H) - пресечната точка на височините.
  • Медицентър (M) - пресечната точка на медианите.
  • Център на вписаната окръжност (L) - пресечната точка на ъглополовящите.
  • Център на описаната окръжност (O) - пресечната точка на симетралите.
Всички тези точки лежат в една обща точка. \[ H \equiv M \equiv L \equiv O \]

Стъпка 2: Определяне на търсеното и даденото разстояние

Задачата изисква да намерим разстоянието от ортоцентъра (H) до върховете на триъгълника. Тъй като ортоцентърът съвпада с центъра на описаната окръжност (O), това разстояние е равно на радиуса на описаната окръжност, който се бележи с \(R\). Дадено ни е, че радиусът на вписаната окръжност е \(r = 3 \text{ cm}\). Радиусът на вписаната окръжност е разстоянието от центъра на вписаната окръжност (L) до страните на триъгълника. Тъй като \(L \equiv H\), това е и разстоянието от ортоцентъра до страните.

Стъпка 3: Намиране на връзката между R и r

Тъй като ортоцентърът (H) съвпада и с медицентъра (M), можем да използваме свойството на медицентъра. Медицентърът дели всяка медиана в отношение 2:1, считано от върха. В равностранния триъгълник височините са също и медиани.
Разстоянието от върха до медицентъра е по-голямата част от медианата (височината), а разстоянието от медицентъра до средата на срещуположната страна е по-малката част.
Следователно, разстоянието от общия център до върха (\(R\)) е два пъти по-голямо от разстоянието от центъра до страната (\(r\)). \[ R = 2r \]

Стъпка 4: Изчисляване на резултата

Сега заместваме дадената стойност за \(r\) във формулата от предишната стъпка: \[ r = 3 \text{ cm} \] \[ R = 2 \cdot 3 = 6 \text{ cm} \] Следователно, разстоянието от ортоцентъра до върховете на триъгълника е 6 cm.

Кратък запис на решението:

В равностранен \(\triangle\), ортоцентърът \(H\) съвпада с центъра на описаната окръжност \(O\). Търсеното разстояние е радиусът на описаната окръжност \(R\). За равностранен триъгълник е в сила зависимостта \(R = 2r\). Дадено е, че радиусът на вписаната окръжност е \(r = 3 \text{ cm}\). \[ R = 2 \cdot 3 = 6 \text{ cm} \] Разстоянието от ортоцентъра до върховете е 6 cm.

Най-важното от урока

Ортоцентър (\(H\)): Пресечната точка на височините в триъгълник.
Местоположение:
  • Вътре в остроъгълен \(\Delta\).
  • При върха на правия ъгъл в правоъгълен \(\Delta\).
  • Извън тъпоъгълен \(\Delta\).
Ключова формула: Връзката между ортоцентър \(H\), център на описана окръжност \(O\) и върховете \(A,B,C\) е \(\vec{OH} = \vec{OA} + \vec{OB} + \vec{OC}\).
Пресечната точка на трите прави, върху които лежат височините на един триъгълник, се нарича ортоцентър. Стандартно се означава с буквата \(H\).
{Чертеж на остроъгълен триъгълник ABC. Височините AA1, BB1 и CC1 се пресичат в една точка H, която е ортоцентърът на триъгълника.} В \(\Delta ABC\), ако \(AA_1\), \(BB_1\) и \(CC_1\) са височините му, то правите, съдържащи тези височини, се пресичат в точка \(H\). Тази точка \(H\) е ортоцентърът.
Даден е \(\Delta ABC\) с височини \(h_a\), \(h_b\) и \(h_c\). Какво представлява тяхната пресечна точка?
Отговор: Пресечната точка на височините е ортоцентърът на триъгълника.
Местоположението на ортоцентъра \(H\) зависи от вида на триъгълника.
  • В остроъгълен триъгълник ортоцентърът е вътрешна точка.
  • В правоъгълен триъгълник ортоцентърът съвпада с върха на правия ъгъл.
  • В тъпоъгълен триъгълник ортоцентърът е външна точка.
В правоъгълен \(\Delta ABC\) с прав ъгъл при върха \(C\), катетите \(AC\) и \(BC\) са и височини съответно към страните \(BC\) и \(AC\). Тъй като те се пресичат в точка \(C\), ортоцентърът \(H\) съвпада с върха \(C\).
Къде се намира ортоцентърът на триъгълник с ъгли \(110^\circ, 40^\circ, 30^\circ\)?
Отговор: Тъй като триъгълникът има ъгъл \(110^\circ > 90^\circ\), той е тъпоъгълен. Следователно ортоцентърът е външна точка за триъгълника.
Съществува важна връзка между ортоцентъра \(H\), центъра на описаната окръжност \(O\) и върховете \(A, B, C\) на триъгълника, която се изразява с векторно равенство.
{Диаграма на триъгълник ABC с ортоцентър H, център на описаната окръжност O, върхове A, B, C и векторите OA, OB, OC, OH.} \[ \vec{OH} = \vec{OA} + \vec{OB} + \vec{OC} \] Това равенство е известно като формула на Ойлер за ортоцентъра.
Ако центърът на описаната окръжност \(O\) е в началото на координатната система, тоест \(O(0, 0)\), тогава векторът \(\vec{OH}\) има същите координати като точка \(H\). В този случай координатите на ортоцентъра \(H(x_H, y_H)\) са сбор от координатите на върховете: \[ x_H = x_A + x_B + x_C \] \[ y_H = y_A + y_B + y_C \]
В \(\Delta ABC\), центърът на описаната окръжност \(O\) е в началото на координатната система. Върховете имат координати \(A(4, 2)\), \(B(-1, 5)\) и \(C(-3, -4)\). Намерете координатите на ортоцентъра \(H\).
Прилагаме формулата \(\vec{OH} = \vec{OA} + \vec{OB} + \vec{OC}\).
Координатите на \(H\) са \((x_A + x_B + x_C, y_A + y_B + y_C)\).
\(x_H = 4 + (-1) + (-3) = 4 - 1 - 3 = 0\)
\(y_H = 2 + 5 + (-4) = 7 - 4 = 3\)
Отговор: \(H(0, 3)\).

Задачи за упражнение

Лесна: В правоъгълен \(\Delta ABC\) с хипотенуза \(AB\), къде се намира ортоцентърът \(H\)?
Отговор: Ортоцентърът на правоъгълен триъгълник съвпада с върха на правия ъгъл. В този случай това е връх \(C\).
Средна: Ортоцентърът \(H\) на \(\Delta ABC\) съвпада с върха \(B\). Какъв е видът на триъгълника и кой е правият му ъгъл?
Отговор: Щом ортоцентърът съвпада с връх, триъгълникът е правоъгълен. Правият ъгъл е при върха, с който съвпада ортоцентърът, т.е. \(\angle ABC = 90^\circ\).
Трудна: Даден е \(\Delta ABC\) с център на описаната окръжност \(O\) и ортоцентър \(H\). Ако \(H\) съвпада с \(O\), докажете, че триъгълникът е равностранен.
Ако \(H\) съвпада с \(O\), то векторът \(\vec{OH}\) е нулевият вектор.
От формулата \(\vec{OH} = \vec{OA} + \vec{OB} + \vec{OC}\) следва, че \(\vec{OA} + \vec{OB} + \vec{OC} = \vec{0}\).
Нека вземем скаларен квадрат на двете страни: \((\vec{OA} + \vec{OB} + \vec{OC})^2 = 0\).
\(|\vec{OA}|^2 + |\vec{OB}|^2 + |\vec{OC}|^2 + 2(\vec{OA}\cdot\vec{OB} + \vec{OB}\cdot\vec{OC} + \vec{OC}\cdot\vec{OA}) = 0\).
Тъй като \(O\) е център на описаната окръжност, \(|\vec{OA}| = |\vec{OB}| = |\vec{OC}| = R\) (радиусът).
\(3R^2 + 2(R^2\cos(\angle AOB) + R^2\cos(\angle BOC) + R^2\cos(\angle COA)) = 0\).
Централните ъгли са \(\angle AOB = 2\gamma\), \(\angle BOC = 2\alpha\), \(\angle COA = 2\beta\).
Равенството се свежда до \(\cos(2\alpha) + \cos(2\beta) + \cos(2\gamma) = -3/2\), което е възможно само ако \(\cos(2\alpha) = \cos(2\beta) = \cos(2\gamma) = -1/2\). Това означава \(2\alpha = 2\beta = 2\gamma = 120^\circ\), откъдето \(\alpha = \beta = \gamma = 60^\circ\).
Отговор: Триъгълникът е равностранен.

Надвий
домашното
с хиляди решения, уроци и тестове:

Математика

97240 решения

2132 уроци и тестове

Иконка Математика
4 клас
5 клас
6 клас
7 клас
8 клас
9 клас
10 клас
11 клас
12 клас

Литература

773 материали

Иконка Литература
5 клас
6 клас
7 клас
8 клас
9 клас
10 клас
11 клас
12 клас