189. Построение треугольников.

Три доказанные в п. 188 теоремы о равенстве треугольников показывают, что треугольник вполне определен, если даны три его стороны, две стороны и угол, заключенный между ними, сторона и два прилегающих к ней угла (или вообще два каких-нибудь угла).

Существование треугольника, определенного заданием тех или иных конкретных величин сторон или углов, обнаруживается при решении задачи на построение треугольника по данным элементам: однозначность решения задачи на построение еще раз доказывает признаки равенства из п. 188. Сообразно трем признакам равенства возникают и три основные задачи на построение треугольников.

Рис. 226.

Задача 1. Даны три отрезка а, b, с. Построить треугольник, имеющий эти отрезки своими сторонами.

Решение. Пусть с — наибольший из трех отрезков: для того чтобы задача могла иметь решение, необходимо, чтобы выполнялось условие Будем считать, что это условие выполнено. На произвольной прямой (рис. 226) отложим в произвольном месте отрезок . Концы его примем за две вершины искомого треугольника. Третья вершина должна лежать на расстоянии b от точки А (или от точки В) и на расстоянии а от В (или А). Для построения недостающей вершины проводим окружность радиуса b с центром А и окружность радиуса а с центром В.

Эти две окружности пересекутся, так как по условию расстояние между их центрами меньше суммы радиусов и больше их разности, поскольку с - наибольший отрезок среди данных. Получаются две точки пересечения С и С, т. е. два возможных положения вершины С; соответственные два треугольника, однако, равны, как симметрично расположенные относительно АВ. На рис. 226 также показано, как получить еще два положения третьей вершины, если поменять местами радиусы окружностей.

Задача 2. Построить треугольник по двум сторонам и углу, заключенному между ними.

Задача 3. Построить треугольник по стороне и прилежащим к ней углам, сумма которых меньше .

Решение обеих задач рекомендуется выполнить читателю.

При анализе признаков равенства треугольников обращают на себя внимание два обстоятельства:

1) Нет признаков, в которых равенство треугольников обеспечивалось бы только равенством трех углов. Это объясняется тем, что два треугольника, имеющие равные углы, еще не обязательно равны (подобные треугольники, см. подробнее гл. XVI).

Рис. 227.

2) Признак равенства треугольников по двум сторонам требует равенства не произвольных углов, но непременно заключенных между равными сторонами. Чтобы выяснить причину этого, поставим следующую задачу.

Задача 4. Построить треугольник по двум сторонам и углу, лежащему против одной из них.

Решение. Пусть, например, даны стороны а и b и угол а, лежащий против а (рис. 227). Для построения треугольника отложим отрезок b на произвольной прямой АС и из одной его вершины, например А, проведем луч AM под углом а к отрезку АС. Неизвестная третья сторона треугольника должна лежать на этом луче; ее конец и есть недостающая вершина треугольника. Известно, однако, что эта третья вершина лежит на расстоянии а от С и, значит, помещается на окружности с центром С радиуса а. Проведем такую окружность. Точки ее пересечения с лучом AM дадут возможные положения третьей вершины. Так как окружность и луч могут не иметь общих точек, иметь одну или две общие точки, то задача может не иметь решений, иметь одно или два решения.

На рис. 227 представлен случай, когда угол а острый, и четыре варианта для стороны для которых задача, соответственно, не имеет решений, имеет одно решение, два решения и снова одно решение. Показаны оба решения для Полный анализ этой задачи дается в п. 223 в связи с задачами на решение треугольников.

Можно ставить и другие разнообразные задачи на построение треугольников по тем или иным данным. Во всех случаях для возможности построения треугольника должны быть заданы либо три какие-нибудь его линейных элемента (т. е. три отрезка: стороны, медианы, высоты и т. п.), либо два отрезка и один угол, либо один отрезок и два угла.

Задача 5. Даны две стороны а, с треугольника и медиана . Построить треугольник.

Решение. Начнем решение задачи с анализа. Так называется этап решения, когда мы условно допускаем, что задача уже решена, и выясняем такие ее особенности, которые и в самом деле помогут нам ее решить. Итак, допустим, что треугольник ABC (рис. 228, а) — искомый. Тогда в нем

Рис. 228.

Заметим, что отрезок ВМ по определению медианы составляет половину с, т. е. может считаться известным. Но теперь в треугольнике ВМС известны все три стороны! Здесь ключ к решению задачи, остальное уже просто. Мы строим (рис. 228, б) треугольник ВМС по трем сторонам и продолжаем затем сторону ВМ на расстояние, равное , получая тем самым третью вершину А треугольника. Правильность выполненного построения ясна.

Условие разрешимости задачи состоит в возможности построить «частичный» треугольник по стороне а, медиане и половине другой стороны.