mateinfo.roANDREI OCTAVIAN DOBRE20 ani20ANI

Dreapta și unghiul – teorie, formule și exemple rezolvate

Evaluarea Națională – clasa a VIII-a · Geometrie. Noțiunile de bază ale geometriei plane – punct, dreaptă, semidreaptă, segment, unghi – cu pozițiile relative ale dreptelor, calculul cu grade și minute, perechile de unghiuri (adiacente, complementare, suplementare, opuse la vârf) și unghiurile formate de două paralele cu o secantă.

10.1Punct, dreaptă, plan

Punctul, dreapta și planul sunt noțiuni geometrice fundamentale: ele nu se definesc, ci se descriu prin proprietățile lor (axiome). Punctele se notează cu litere mari \((A, B, C,\ldots)\), dreptele cu litere mici \((a, b, d,\ldots)\) sau prin două puncte ale lor \((AB)\), iar planele cu litere grecești \((\alpha, \beta,\ldots)\).

Apunctul AABCddreapta d = ABαplanul α

Axioma dreptei

Prin două puncte distincte trece o dreaptă și numai una. De aceea dreapta care trece prin \(A\) și \(B\) se notează simplu \(AB\).

\(A\in d\) – punctul \(A\) aparține dreptei \(d\) (este situat pe \(d\));\(C\notin d\) – punctul \(C\) nu aparține dreptei \(d\).

Puncte coliniare: trei sau mai multe puncte situate pe aceeași dreaptă.Puncte coplanare: puncte situate în același plan.

Trei puncte necoliniare determină un plan (și un triunghi).

Reține

Dacă \(n\) puncte sunt așezate astfel încât oricare trei să fie necoliniare, atunci ele determină \[\dfrac{n(n-1)}{2}\ \text{drepte}\] (fiecare punct se unește cu celelalte \(n-1\), iar fiecare dreaptă a fost numărată de două ori).

Exemplul 10.1

Se consideră 5 puncte distincte, oricare trei necoliniare. Câte drepte determină aceste puncte?
Rezolvare

Fiecare dreaptă este determinată de o pereche de puncte: \(\dfrac{5\cdot4}{2}=10\) drepte.

↑ Cuprins

10.2Pozițiile relative a două drepte

Două drepte din același plan pot fi:

Concurente

Oab

au un singur punct comun: \(a\cap b=\{O\}\).

Paralele

ab

nu au niciun punct comun: \(a\parallel b\), \(a\cap b=\varnothing\).

Confundate

a = b

au cel puțin două puncte comune, deci toate: \(a=b\).

Două drepte care nu sunt situate în același plan se numesc necoplanare (ele nu au puncte comune, dar nici nu sunt paralele) – se studiază la geometria în spațiu.

Axioma paralelelor (Euclid)

Printr-un punct exterior unei drepte se poate duce o singură paralelă la acea dreaptă.

Consecințe: dacă \(a\parallel b\) și \(b\parallel c\), atunci \(a\parallel c\) (sau \(a=c\)) – tranzitivitatea paralelismului.

Dacă \(a\parallel b\) și o dreaptă \(c\) intersectează dreapta \(a\), atunci \(c\) intersectează și dreapta \(b\).

Exemplul 10.2

Dreptele \(a\) și \(b\) sunt paralele, iar dreapta \(c\) intersectează dreapta \(a\) în punctul \(P\). Arătați că \(c\) nu poate fi paralelă cu \(b\).
Rezolvare

Presupunem că \(c\parallel b\). Atunci prin punctul \(P\) ar trece două paralele distincte la dreapta \(b\): dreapta \(a\) și dreapta \(c\). Aceasta contrazice axioma paralelelor. Deci \(c\) intersectează dreapta \(b\) (dreptele \(c\) și \(b\) sunt concurente).

↑ Cuprins

10.3Semidreapta și segmentul. Mijlocul unui segment

Definiții

Un punct \(O\) al unei drepte împarte dreapta în două semidrepte opuse. Punctul \(O\) se numește originea semidreptelor. Notăm \([OA\) semidreapta închisă (conține originea) și \((OA\) semidreapta deschisă (fără origine).

Segmentul \([AB]\) este mulțimea formată din punctele \(A\), \(B\) (numite capete) și toate punctele dreptei \(AB\) situate între \(A\) și \(B\).

Lungimea segmentului \([AB]\) este distanța dintre capetele sale și se notează \(AB\).

OAsemidreapta [OA (originea O inclusă)ABMsegmentul [AB] cu mijlocul M: AM = MB

Segmente congruente: \([AB]\equiv[CD]\iff AB=CD\).

Mijlocul segmentului \([AB]\) este punctul \(M\in[AB]\) cu \([AM]\equiv[MB]\): \[AM=MB=\dfrac{AB}{2}\]

Dacă punctul \(B\) se află între \(A\) și \(C\) (pe aceeași dreaptă), atunci \(AB+BC=AC\).

Atenție

\([AB]\) este segmentul (o figură), iar \(AB\) este lungimea lui (un număr). Scriem \([AB]\equiv[CD]\), dar \(AB=CD\). Mijlocul unui segment este unic.

Exemplul 10.3

Punctele \(A\), \(B\), \(C\) sunt coliniare, în această ordine, cu \(AB=6\) cm și \(BC=10\) cm. Fie \(M\) mijlocul segmentului \([AB]\) și \(N\) mijlocul segmentului \([BC]\). Calculați lungimea segmentului \([MN]\).
Rezolvare
ABCMN6 cm10 cm

\(MB=\dfrac{AB}{2}=3\) cm și \(BN=\dfrac{BC}{2}=5\) cm. Cum \(B\) este între \(M\) și \(N\): \(MN=MB+BN=3+5=8\) cm.

Observăm că \(MN=\dfrac{AC}{2}=\dfrac{16}{2}=8\) cm.

Exemplul 10.4

Punctul \(M\) este mijlocul segmentului \([AB]\), iar \(AM=(2x+1)\) cm și \(MB=(7-x)\) cm. Aflați lungimea segmentului \([AB]\).
Rezolvare

\(AM=MB\Rightarrow 2x+1=7-x\Rightarrow 3x=6\Rightarrow x=2\). Atunci \(AM=5\) cm și \(AB=2\cdot AM=10\) cm.

↑ Cuprins

10.4Unghiul. Măsura unui unghi. Clasificare

Definiție

Figura geometrică formată din două semidrepte care au originea comună se numește unghi. Originea comună este vârful unghiului, iar semidreptele sunt laturile lui. Notăm \(\sphericalangle AOB\) (vârful se scrie la mijloc) sau \(\sphericalangle O\), dacă nu există confuzii.

OABinteriorexteriorlatura [OAlatura [OB

Măsura unui unghi se exprimă în grade și se notează \(m(\sphericalangle AOB)\). Instrumentul de măsură este raportorul.

\[1^\circ=60^{\prime}\ \text{(minute)},\qquad 1^{\prime}=60^{\prime\prime}\ \text{(secunde)},\qquad 1^\circ=3600^{\prime\prime}\]

Unghiuri congruente: \(\sphericalangle AOB\equiv\sphericalangle CPD\iff m(\sphericalangle AOB)=m(\sphericalangle CPD)\).

Clasificarea unghiurilor

unghi ascuțit0° < m < 90°unghi dreptm = 90°unghi obtuz90° < m < 180°unghi alungitm = 180°
Unghiul este dacă
nul laturile coincid: \(m=0^\circ\)
ascuțit \(0^\circ\lt m\lt 90^\circ\)
drept \(m=90^\circ\) (laturile sunt perpendiculare)
obtuz \(90^\circ\lt m\lt 180^\circ\)
alungit laturile sunt semidrepte opuse: \(m=180^\circ\)

Un unghi care nu este nici nul, nici alungit se numește unghi propriu; măsura lui este cuprinsă strict între \(0^\circ\) și \(180^\circ\).

Calcule cu măsuri de unghiuri

Metodă

Se lucrează separat cu grade, minute și secunde. La adunare, fiecare 60 de secunde se transformă într-un minut, iar fiecare 60 de minute într-un grad. La scădere, dacă nu ajung minutele (secundele), se „împrumută” un grad \(=60^{\prime}\) (un minut \(=60^{\prime\prime}\)).

Exemplul 10.5

Calculați: a) \(62^\circ45^{\prime}57^{\prime\prime}+18^\circ29^{\prime}36^{\prime\prime}\);b) \(135^\circ18^{\prime}12^{\prime\prime}-42^\circ36^{\prime}25^{\prime\prime}\);c) \(3\cdot14^\circ53^{\prime}\);d) \(125^\circ:4\).
Rezolvare

a) \(62^\circ45^{\prime}57^{\prime\prime}+18^\circ29^{\prime}36^{\prime\prime}=80^\circ74^{\prime}93^{\prime\prime}=80^\circ75^{\prime}33^{\prime\prime}=81^\circ15^{\prime}33^{\prime\prime}\) (am folosit \(93^{\prime\prime}=1^{\prime}33^{\prime\prime}\) și \(75^{\prime}=1^\circ15^{\prime}\)).

b) \(135^\circ18^{\prime}12^{\prime\prime}=134^\circ77^{\prime}72^{\prime\prime}\), deci \(134^\circ77^{\prime}72^{\prime\prime}-42^\circ36^{\prime}25^{\prime\prime}=92^\circ41^{\prime}47^{\prime\prime}\).

c) \(3\cdot14^\circ53^{\prime}=42^\circ159^{\prime}=44^\circ39^{\prime}\) (deoarece \(159^{\prime}=2^\circ39^{\prime}\)).

d) \(125^\circ:4=124^\circ60^{\prime}:4=31^\circ15^{\prime}\).

Exemplul 10.6

Exprimați în grade și minute măsura \(37{,}25^\circ\), apoi exprimați \(18^\circ36^{\prime}\) în grade.
Rezolvare

\(0{,}25^\circ=0{,}25\cdot60^{\prime}=15^{\prime}\), deci \(37{,}25^\circ=37^\circ15^{\prime}\).\(36^{\prime}=\dfrac{36}{60}^\circ=0{,}6^\circ\), deci \(18^\circ36^{\prime}=18{,}6^\circ\).

↑ Cuprins

10.5Unghiuri adiacente. Bisectoarea unui unghi

Unghiuri adiacente

OABC

Două unghiuri proprii sunt adiacente dacă au vârful comun, o latură comună, iar celelalte două laturi sunt de o parte și de alta a laturii comune (interioarele lor nu au puncte comune).

\(m(\sphericalangle AOC)=m(\sphericalangle AOB)+m(\sphericalangle BOC)\)

Bisectoarea

OABM

Bisectoarea unui unghi propriu este semidreapta cu originea în vârful unghiului, situată în interiorul lui, care formează cu laturile două unghiuri congruente.

\(m(\sphericalangle AOM)=m(\sphericalangle MOB)=\dfrac{m(\sphericalangle AOB)}{2}\)

Reține

Bisectoarea unui unghi este unică. Bisectoarele a două unghiuri adiacente suplementare sunt perpendiculare (Exemplul 10.8).

Exemplul 10.7

Unghiurile \(AOB\) și \(BOC\) sunt adiacente, cu \(m(\sphericalangle AOB)=40^\circ\) și \(m(\sphericalangle BOC)=70^\circ\). Semidreptele \([OM\) și \([ON\) sunt bisectoarele unghiurilor \(AOB\), respectiv \(BOC\). Calculați \(m(\sphericalangle MON)\).
Rezolvare
O40°70°?ABCMN

\(m(\sphericalangle MOB)=\dfrac{40^\circ}{2}=20^\circ\), \(m(\sphericalangle BON)=\dfrac{70^\circ}{2}=35^\circ\). Unghiurile \(MOB\) și \(BON\) sunt adiacente, deci \(m(\sphericalangle MON)=20^\circ+35^\circ=55^\circ\).

În general, \(m(\sphericalangle MON)=\dfrac{m(\sphericalangle AOC)}{2}=\dfrac{110^\circ}{2}=55^\circ\).

Exemplul 10.8

Unghiurile \(AOB\) și \(BOC\) sunt adiacente suplementare (punctele \(A\), \(O\), \(C\) sunt coliniare). Arătați că bisectoarele \([OM\) și \([ON\) ale celor două unghiuri sunt perpendiculare.
Rezolvare

Notăm \(m(\sphericalangle AOB)=2x\) și \(m(\sphericalangle BOC)=2y\). Unghiul \(AOC\) este alungit, deci \(2x+2y=180^\circ\), adică \(x+y=90^\circ\).

\(m(\sphericalangle MON)=m(\sphericalangle MOB)+m(\sphericalangle BON)=x+y=90^\circ\), deci \(OM\perp ON\).

↑ Cuprins

10.6Unghiuri complementare, suplementare, opuse la vârf

Definiții

Două unghiuri sunt complementare dacă suma măsurilor lor este \(90^\circ\).Două unghiuri sunt suplementare dacă suma măsurilor lor este \(180^\circ\).

Două unghiuri cu același vârf, care au laturile unuia în prelungirea laturilor celuilalt, se numesc unghiuri opuse la vârf.

Complementul unui unghi de măsură \(x\) (cu \(x\lt 90^\circ\)): \(90^\circ-x\).Suplementul unui unghi de măsură \(x\): \(180^\circ-x\).

Teoremă: două unghiuri opuse la vârf sunt congruente.

Suma măsurilor unghiurilor formate în jurul unui punct, de aceeași parte a unei drepte, este \(180^\circ\); suma măsurilor tuturor unghiurilor formate în jurul unui punct este \(360^\circ\).

Unghiuri opuse la vârf

1234O

\(\sphericalangle 1\equiv\sphericalangle 3\) și \(\sphericalangle 2\equiv\sphericalangle 4\), pentru că \(\sphericalangle1\) și \(\sphericalangle3\) au același suplement, \(\sphericalangle 2\).

Unghiuri în jurul unui punct

xyx + y = 180°αβγδεα + β + γ + δ + ε = 360°

Unghiurile adiacente \(x\) și \(y\) formează un unghi alungit, deci sunt adiacente suplementare.

Atenție

Doar unghiurile ascuțite au complement. Două unghiuri complementare (suplementare) nu trebuie să fie neapărat adiacente – contează doar suma măsurilor.

Exemplul 10.9

Calculați suplementul și complementul unghiului cu măsura de \(75^\circ29^{\prime}17^{\prime\prime}\).
Rezolvare

Suplementul: \(180^\circ-75^\circ29^{\prime}17^{\prime\prime}=179^\circ59^{\prime}60^{\prime\prime}-75^\circ29^{\prime}17^{\prime\prime}=104^\circ30^{\prime}43^{\prime\prime}\).

Complementul: \(90^\circ-75^\circ29^{\prime}17^{\prime\prime}=89^\circ59^{\prime}60^{\prime\prime}-75^\circ29^{\prime}17^{\prime\prime}=14^\circ30^{\prime}43^{\prime\prime}\).

Exemplul 10.10

Suplementul unui unghi este de 3 ori mai mare decât complementul său. Aflați măsura unghiului.
Rezolvare

Fie \(x\) măsura unghiului. \(180^\circ-x=3(90^\circ-x)\Rightarrow 180^\circ-x=270^\circ-3x\Rightarrow 2x=90^\circ\Rightarrow x=45^\circ\).

Exemplul 10.11

Două drepte concurente formează unghiurile opuse la vârf cu măsurile \(3x+10^\circ\) și \(5x-30^\circ\). Aflați măsurile celor patru unghiuri formate.
Rezolvare

Unghiurile opuse la vârf sunt congruente: \(3x+10^\circ=5x-30^\circ\Rightarrow 2x=40^\circ\Rightarrow x=20^\circ\). Ele măsoară câte \(3\cdot20^\circ+10^\circ=70^\circ\).

Celelalte două unghiuri sunt suplementele lor: \(180^\circ-70^\circ=110^\circ\). Unghiurile sunt: \(70^\circ,\ 110^\circ,\ 70^\circ,\ 110^\circ\).

↑ Cuprins

10.7Unghiuri formate de două drepte paralele cu o secantă

Două drepte \(a\) și \(b\), tăiate de o a treia dreaptă \(s\) (numită secantă), formează 8 unghiuri. Unghiurile situate între \(a\) și \(b\) sunt interne (\(3, 4, 5, 6\)), iar celelalte sunt externe (\(1, 2, 7, 8\)).

abs12345678
Perechea de unghiuri Exemple (din figură) Dacă \(a\parallel b\), atunci sunt
alterne interne \(\sphericalangle3\) și \(\sphericalangle5\); \(\sphericalangle4\) și \(\sphericalangle6\) congruente
alterne externe \(\sphericalangle1\) și \(\sphericalangle7\); \(\sphericalangle2\) și \(\sphericalangle8\) congruente
corespondente \(\sphericalangle1\) și \(\sphericalangle5\); \(\sphericalangle2\) și \(\sphericalangle6\); \(\sphericalangle3\) și \(\sphericalangle7\); \(\sphericalangle4\) și \(\sphericalangle8\) congruente
interne de aceeași parte a secantei \(\sphericalangle3\) și \(\sphericalangle6\); \(\sphericalangle4\) și \(\sphericalangle5\) suplementare
externe de aceeași parte a secantei \(\sphericalangle1\) și \(\sphericalangle8\); \(\sphericalangle2\) și \(\sphericalangle7\) suplementare

Teoremă (și reciproca ei)

Două drepte tăiate de o secantă sunt paralele dacă și numai dacă formează o pereche de unghiuri alterne interne congruente:

\[a\parallel b\iff\sphericalangle3\equiv\sphericalangle5.\]

Echivalent: o pereche de unghiuri corespondente (sau alterne externe) congruente, sau o pereche de unghiuri interne de aceeași parte a secantei suplementare.

Reține

Când \(a\parallel b\), toate cele 8 unghiuri au doar două măsuri: unghiurile ascuțite sunt congruente între ele (în figură \(2, 4, 6, 8\)), unghiurile obtuze sunt congruente între ele (\(1, 3, 5, 7\)), iar un unghi ascuțit și unul obtuz sunt suplementare. Teorema reciprocă este metoda de bază pentru a demonstra că două drepte sunt paralele.

Exemplul 10.12

În figura de mai sus, \(a\parallel b\) și \(m(\sphericalangle2)=55^\circ\). Aflați măsurile celorlalte șapte unghiuri.
Rezolvare

\(\sphericalangle4\) este opus la vârf cu \(\sphericalangle2\): \(m(\sphericalangle4)=55^\circ\). Apoi \(\sphericalangle6\equiv\sphericalangle2\) (corespondente) și \(\sphericalangle8\equiv\sphericalangle4\) (corespondente): \(55^\circ\).

\(\sphericalangle1\) și \(\sphericalangle2\) sunt adiacente suplementare: \(m(\sphericalangle1)=180^\circ-55^\circ=125^\circ\). La fel, \(m(\sphericalangle3)=m(\sphericalangle5)=m(\sphericalangle7)=125^\circ\).

Exemplul 10.13

În figura de mai sus, \(m(\sphericalangle3)=3x-5^\circ\) și \(m(\sphericalangle6)=2x+10^\circ\). Aflați \(x\) pentru care \(a\parallel b\).
Rezolvare

Unghiurile \(3\) și \(6\) sunt interne de aceeași parte a secantei, deci \(a\parallel b\iff m(\sphericalangle3)+m(\sphericalangle6)=180^\circ\):

\(3x-5^\circ+2x+10^\circ=180^\circ\Rightarrow 5x=175^\circ\Rightarrow x=35^\circ\). Atunci \(m(\sphericalangle3)=100^\circ\) și \(m(\sphericalangle6)=80^\circ\).

Exemplul 10.14

Dreptele \(a\) și \(b\) sunt paralele, \(A\in a\), \(B\in b\), iar punctul \(M\) se află între cele două drepte, ca în figură. Unghiul dintre dreapta \(a\) și \(AM\) are \(40^\circ\), iar unghiul dintre dreapta \(b\) și \(BM\) are \(30^\circ\). Calculați \(m(\sphericalangle AMB)\).
Rezolvare
abc40°30°ABM

Ducem prin \(M\) dreapta \(c\parallel a\); atunci și \(c\parallel b\) (tranzitivitate). Unghiul format de \(MA\) cu \(c\) și unghiul de \(40^\circ\) sunt alterne interne (secanta \(AM\)), deci congruente; analog, unghiul format de \(MB\) cu \(c\) are \(30^\circ\).

\(m(\sphericalangle AMB)=40^\circ+30^\circ=70^\circ\).

↑ Cuprins

Rescris și completat după Breviar teoretic cu exemple concrete pentru Evaluarea Națională, prof. Ignătescu Viorel Ovidiu (Revista Mateinfo.ro, 2010).