4.1 Perimetru și aria triunghiuluia. Perimetrul triunghiului
Perimetrul unui triunghi este suma lungimilor celor trei laturi.
Pentru un △ABC cu laturile AB=c,BC=a,AC=b, atunci perimetrul se calculează cu formula:
P=a+b+cObservație:
Toate laturile trebuie să fie exprimate în aceeași unitate de măsură înainte de a face calculul.
Important:
Perimetrul reprezintă lungimea totală a conturului triunghiului, adică distanța parcursă dacă mergem pe toate laturile triunghiului.
Aplicație practică:
Perimetrul este folosit în situații reale, de exemplu pentru a calcula lungimea gardului necesar pentru a împrejmui un teren de formă triunghiulară.
b. Aria triunghiului oarecare
Aria unui triunghi reprezintă suprafața ocupată de triunghi în plan.
Important:
Înălțimea unui triunghi este perpendiculară pe latura pe care cade și formează un unghi de 90∘ cu aceasta.
Relație generală:
Aria se calculează ca jumătate din produsul unei laturi și al înălțimii corespunzătoare:
A=2a⋅ha=2b⋅hb=2c⋅hcAplicație practică:
Aria triunghiului este folosită pentru a determina suprafețe în construcții, arhitectură sau pentru a calcula dimensiunea unor terenuri de formă triunghiulară.
Pentru un △ABC cu laturile AB=c,BC=a,AC=b, și înălțimea AD=h, aria se poate calcula cu următoarele formule:
• formula de bază:
A=2b⋅h
• formula lui Heron:
A=p(p−a)(p−b)(p−c)
• aria cu laturile și raza cercului circumscris:
A=4Ra⋅b⋅c
• aria în funcție de semiperimetru și raza cercului înscris:
A=p⋅rp=2a+b+c
• aria cu două laturi și unghiul cuprins între cele două laturi:
A=2a⋅b⋅sinα
• formulă utilă (raport de asemănare):
A2A1=k2
• egalitatea ariilor (baze diferite):
2a⋅ha=2b⋅hb=2c⋅hc⇒a⋅ha=b⋅hb=c⋅hc
în orice triunghi produsul dintre bază și înălțimea corespunzătoare rămâne constant
c. Aria triunghiului dreptunghic
• se poate aplica oricare din formulele generale de mai sus
• formula specifică:
A=2C1⋅C2 unde C1 , C2 sunt catetele triunghiului
• a nu se confunda formula ariei cu cea a înălțimii. Înălțimea în triunghiului dreptunghic este:
h=IPC1⋅C2 unde C1 , C2 sunt catetele triunghiului, iar IP este ipotenuza triunghiului
d. Aria triunghiului echilateral
• se poate aplica oricare din formulele generale de mai sus
• formula specifică:
A=4ℓ2⋅3
• a nu se confunda formula ariei cu cea a înălțimii. Înălțimea în triunghiului echilateral este:
h=2ℓ⋅3
4.2 Noţiuni de trigonometriea. Sinus, cosinus, tangenta, cotangentaTrigonometria se studiază în triunghiul dreptunghic și ne ajută să calculăm:
• lungimi de laturi
• măsuri de unghiuri
Triunghiul dreptunghic – reamintire
• Are un unghi drept (90°)
• Latura opusă unghiului drept se numește ipotenuză
• Celelalte două laturi se numesc catete
Unghiurile ascuțite într-un triunghi dreptunghic:
• unghiurile ascuțite sunt mai mici de 90°
• suma lor este 90°Funcții trigonometrice:
Pentru un unghi ascuțit α:
• sinusul:sinusα=ipotenuzacateta opusa
• cosinusul:cosinus α=ipotenuzacateta alaturata
• tangenta:tangenta α=cateta alaturatacateta opusatangenta α=cosinus αsinus αtangenta α=cotangenta α1
• cotangenta:cotangenta α=cateta opusacateta alaturatacotangenta α=sinus αcosinus αcotangenta α=tangenta α1
Valori importante:
Pentru unghiurile speciale de 30∘, 45∘ și 60∘, funcțiile trigonometrice au valori care trebuie cunoscute și memorate.
De fapt:sinα=cos(90°−α)
Valorile funcțiilor trigonometrice depind doar de mărimea unghiului, nu de dimensiunea triunghiului.
Dacă unghiul crește, sinusul crește, iar cosinusul scade.
Relația fundamentală a trigonometriei
Pentru orice unghi ascuțit α are loc relația:
sin2α+cos2α=1
Această relație arată legătura dintre sinus și cosinus pentru același unghi.
Dacă se cunoaște valoarea unei funcții trigonometrice, se poate determina cealaltă folosind această relație.
Exemplu:
Dacă sinα=21⇒sin2α=41sin2α+cos2α=1cos2α=1−41=43cos2α=23Aplicație:
Relația este folosită frecvent în probleme pentru a calcula valori necunoscute și pentru a simplifica expresii trigonometrice.
b. Teorema 30°- 60°- 90°
Într-un triunghi dreptunghic, latura care se opune unghiului de 30° este egală cu jumătatea ipotenuzei.Ce înseamnă concret:
dacă:
• cateta opusă unghiului de 30∘=a
atunci:
• ipotenuza =2a
iar:
• cateta opusă unghiului de 60∘=a3
Valorile de mai sus rezultă din valorile funcțiilor trigonometrice:sin30°=2aa=21cos30°=2aa3=23sin60°=2aa3=23cos60°=2aa=21
Valorile funcțiilor trigonometrice pentru aceste unghiuri se deduc direct din raportul laturilor.
Această teoremă permite calculul rapid al laturilor și al valorilor trigonometrice în probleme.
4.3 Relaţii metrice în triunghiul dreptunghic
Se consideră triunghiul dreptunghic ABC din figura de mai jos, unde:
• A=90∘
• BC – ipotenuza
• AB,AC – catetele
Din vârful unghiului drept se coboară înălțimea AD pe ipotenuză BC.
Așadar:
• BD este proiecția catetei AB pe ipotenuză
• DC este proiecția catetei AC pe ipotenuză
• AD este înălțimea triunghiului dreptunghic
În triunghiul dreptunghic, înălțimea coborâtă din unghiul drept împarte ipotenuza în două segmente. Această împărțire permite stabilirea unor relații utile între laturi, cum ar fi calculul lungimii unei catete sau al ipotenuzei.
Importanță practică:
Relațiile metrice din triunghiul dreptunghic sunt folosite pentru a determina lungimi necunoscute atunci când sunt cunoscute doar unele laturi sau unghiuri. Aceste relații sunt fundamentale în trigonometrie și în rezolvarea problemelor geometrice.
Exemplu intuitiv:
Dacă cunoaștem lungimea înălțimii AD și a unei proiecții (BD sau DC), putem determina ușor lungimea catetei corespunzătoare sau a ipotenuzei folosind teoremele lui Pitagora și proprietățile triunghiului dreptunghic.
a. Teorema lui Pitagora
Suma pătratelor lungimilor catetelor este egală cu pătratul lungimii ipotenuzei:
catetă²+catetă²=ipotenuză²
⇒AB2+AC2=BC2Exemplul 1
În triunghiul dreptunghic ABC cu AD⊥BC, se dau: AB=6cm și AC=8cm. Calculați ipotenuza BC.AB2+AC2=BC262+82=BC2⇒36+64=BC2100=BC2⇒BC=10cmExemplul 2
În triunghiul dreptunghic ABC cu AD⊥BC, se dau: BC=13cm și AB=5cm. Calculați cateta AC.
Aplicăm teorema lui Pitagora:
AB2+AC2=BC252+AC2=132⇒25+AC2=169AC2=144⇒AC=12cm
b. Teorema catetei
Cateta este media geometrică dintre ipotenuză și proiecția sa pe ipotenuză:
catetă² = ipotenuză × proiecție
⇒AB2AC2=BC⋅BD=BC⋅DCExemplul 1
În triunghiul dreptunghic ABC cu AD⊥BC, se dau: BC=25cm și BD=9cm. Calculați cateta AB.
Aplicăm teorema catetei:
AB2=BC⋅BDAB2=25⋅9AB2=225⇒AB=15cmExemplul 2
În triunghiul dreptunghic ABC cu AD⊥BC, se dau: BC=20cm și DC=16cm. Calculați cateta AC.AC2=BC⋅DCAC2=20⋅16AC2=320⇒AC=85cm
c. Teorema înălțimii
Înălțimea pe ipotenuză este media geometrică a proiecțiilor catetelor:
înălțime2 = proiecție × proiecție
⇒AD2=BD⋅DC
Înălțimea se mai poate calcula în funcție de catete și ipotenuză:
înălțime2 = IPC1×C2⇒AD=BCAB⋅ACExemplul 1
În triunghiul dreptunghic ABC cu AD⊥BC, se dau: BD=4cm și DC=9cm. Calculați AD.AD2=BD⋅DCAD2=4⋅9AD2=36⇒AD=6cmExemplul 2
În triunghiul dreptunghic ABC cu AD⊥BC, se dau: AB=15cm,AC=20cm și BC=25cm. Calculați AD.AD=BCAB⋅ACAD=2515⋅20AD=25300AD=12cm