Probleme rezolvate Calculul de distante si masuri de unghiuri

Prezentam probleme rezolvate cu distante si masuri de unghiuri, probleme care s-au dat la Evaluarea Nationala.

Paralelipipedul dreptunghic ACDA’B’C’D’ are AA'=3\sqrt{5}, AB=6 cm, BC=3 cm. Fie O mijlocul segmentului [BD], iar M mijlocul segmentului [AB].

a) Demonstrati ca OM\perp A'B

b) Calculati m\left(\widehat{(D'B,((ABC))}\right)

c) Calculati \tan(\widehat{(A'DM),(D'DM)})

Demonstratie:
cum aratam ca doua drepte sunt perpendiculare
Stim ca O este mijlocul lui [BD]
M este mijlocul lui [AB], atunci obtinem ca OM este linie mijlocie in triunghiul ABD, astfel obtinem OM||AD

Observam ca AB secanta, asadar \widehat{OMB}\equiv\widehat{DAB} (ca unghiuri corespondente), asadar obtinem m\left(\widehat{OMB}\right)=90^{0}, asadar obtinem ca OM\perp AB. Dar observam ca OM\perp AA', asadar OM\perp (A'AB). Daca OM\perp (A'AB), observam ca A'B\subset(A'AB) obtinem ca OM\perp A'B.

b) Pentru a afla masura unghiului unei drepte cu un plan calculam proiectia dreptei pe planul respectiv pr_{(ABC)}D'B

Ca sa aflam mai usor proiectia dreptei, calculam mai intai proiectia fiecarui punct pe planul respectiv, asadar:
pr_{(ABC)}D'=D
Si pr_{(ABC)}B=B

Asadar pr_{(ABC)}D'B=DB
asadar obtinem unghiul m\left(\widehat{(D'B,((ABC))}\right)=m\left(\widehat{D'B, DB}\right)=m\left(\widehat{D'BD}\right)

Astfel avem ca triunghiul D’BD este dreptunghic in D, stim ca DD'=AA'=3\sqrt{5}

Iar cu Teorema lui Pitagora in triunghiul dreptunghic ABD, putem afla BD, astfel avem ca DB^{2}=AD^{2}+AB^{2}\Rightarrow DB^{2}=3^{2}+6^{2}\Rightarrow DB^{2}=9+36\Rightarrow DB=\sqrt{45}\Rightarrow DB=3\sqrt{5}

Asadar observam ca DB=DD'=3\sqrt{5}, adica triunghiul DD’B este isoscel, de mai sus stiind ca este si dreptunghic, obtinem ca DD’B este dreptunghic isoscel, asadar m\left(\widehat{D'BD}\right)=45^{0}.

c) \tan(\widehat{(A'DM),(D'DM)})
Pentru a afla tangenta unghiului celor doua plane mai intai aflam intersectia celor doua plane, astfel avem ca (A'DM)\cap (D'DM)=\left\{DM\right\}

Fie P mijlocul segmentului [A’B’], iar S mijlocul segmentului [DM].

Observam ca in triunghiul A’DM, A’D=AM, iar S fiind mijlocul lui DM, obtinem ca A'S\perp DM, deoarece triunghiul A’DM fiind isoscel, iar S mijlocul bazei, obtinem ca A’S este si inaltime.
unghiul a doua plane
Acum pentru a afla perpendiculara din D’ pe DM, am luat P- mijlocul lui A’B’, si observam ca D’PMD este dreptunghi, astfel, fie N mijlocul lui [D’P], obtinem ca NS\perp DM, si astfel avem unghiul

\tan(\widehat{(A'DM),(D'DM)})=\tan(\widehat{A'S, NS})=\tan\widehat{A'SN}

Stim ca SN=NP=AA'=3\sqrt{5}, iar triunghiul ANS este dreptunghic in N.

Pentru a afla AN, observam ca triunghiul A’D’P este dreptunghic in A’, stim ca AD’=A’P=3 astfel cu teorema lui Pitagora obtinem D'P^{2}=3^{2}+3^{2}\rightarrow D'P^{2}=18\Rightarrow D'P=\sqrt{18}=3\sqrt{2}, aplicand teorema medianei, obtinem A'N=\frac{D'P}{2}=\frac{3\sqrt{2}}{2}

Astfel avem ca \tan\widehat{A'SN}=\frac{A'N}{SN}=\frac{\frac{3\sqrt{2}}{2}}{3\sqrt{5}}=\frac{3\sqrt{2}}{2}:\frac{3\sqrt{5}}{1}=\frac{3\sqrt{2}}{2}\cdot\frac{1}{3\sqrt{5}}=\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{5}}=\frac{\sqrt{10}}{2\cdot 5}=\frac{\sqrt{10}}{10}

Problema rezolvata cu Triunghiul dreptunghic

Prezentam o problema in care folosim Teorema 30^{0}-60^{0}-90^{0}

Intr-un triunghi dreptunghic cateta care se opune unghiului de 30^{0} masoara jumatate din ipotenuza.

Este important sa stim : catetele intr-un triunghi dreptunghic sunt dreptele care formeaza unghiul de 90^{0}, iar ipotenuza este dreapta care se opune unghiului de 90^{0}.

Daca nu am invatat inca functiile trigonometrice, putem amplica Teorema 30^{0}-60^{0}-90^{0} mai sus enuntata dar si Teorema lui Pitagora, iar in cazul in care stim functiile trigonometrice le aplicam.

Foarte important este sa stim si ca functiile trigonometrice le aplicam doar in triunghiurile dreptunghice.

PROBLEMA !

ABC- triunghi dreptunghic m(A) =90° BC=a m(B) =30°

Calculati: AB=? AC=? sin 30° cos 30° tg 30° ctg 30°

Apoi : m(C) =60° sin 60° cos 60° tg 60° ctg 60°

Solutie:

 

triunghiul dreptunghic

Cum stim ca triunghiul este dreptunghic si avem un unghi de 30^{0} putem aplica Teorema 30^{0}-60^{0}-90^{0}, adica AC=\frac{BC}{2}\Rightarrow AC=\frac{a}{2}.

Pentru a afla AB, aplicam Teorema lui Pitagora:

BC^{2}=AB^{2}+AC^{2}\Rightarrow a^{2}=AB^{2}+\left(\frac{a}{2}\right)^{2}\Rightarrow AB^{2}=a^{2}-\frac{a^{2}}{4}\Rightarrow AB^{2}=\frac{4a^{2}-a^{2}}{4}\Rightarrow AB^{2}=\frac{3a^{2}}{4}\Rightarrow AB=\sqrt{\frac{3a^{2}}{4}}\Rightarrow AB=\frac{a\sqrt{3}}{2}

Sau in triunghiul ABC dreptunghic in A aplicam functiile trigonometrice: \sin B=\frac{cateta\;\; opusa}{ipotenuza}\Rightarrow \sin 30^{0}=\frac{AC}{BC}\Rightarrow \frac{1}{2}=\frac{AC}{a}\Rightarrow AC=\frac{a}{2}

Pentru a afla AB, aplicam \cos B=\frac{cateta\;\; alaturata}{ipotenuza}\Rightarrow \cos 30^{0}=\frac{AB}{BC}\Rightarrow \frac{\sqrt{3}}{2}=\frac{AB}{a}\Rightarrow AB=\frac{a\sqrt{3}}{2}

\sin 30^{0}=\frac{1}{2}; \cos 30^{0}=\frac{\sqrt{3}}{2}; \tan 30^{0}=\frac{\sqrt{3}}{3}

sin 60°=\frac{\sqrt{3}}{2};  cos 60°=\frac{1}{2}; tg 60°=\sqrt{3}; ctg 60°=\frac{\sqrt{3}}{3}.

Asadar, cu ajutorul functiilor trigonometrice, putem rezolva mai usor triunghiul dreptunghic, dar nu trebuie sa uitam de Teorema lui Pitagora,  Teorema inaltimii si teorema Catetei, fiecare avand un rol destul e important.

Unghiul a doua drepte in spatiu. Problema rezolvata.

Despre unghiul a doua drepte in spatiu am scris aici. Astazi vom incerca sa aprofundam printr-o problema rezolvata si explicata.

Exemplu:

Fie cubul ABCDA’B’C’D’, cu AB= 2 cm. Calculati cosinusul unghiului dintre dreptele A'B si DO, unde \left\{O\right\}=BC^{'}\cap B^{'}C.
cum aflam unghiul a doua drepte in spatiu

Pentra a afla unghiul celor doua drepte notam cu P intersectia diagonalelor bazei A’B’C’D’, adica fie A'C'\cap B'D'=\left\{P\right\}unghiul a doua drepte in spatiu
Observam ca O este mijlocul segmentului BC’, dar si P mijlocul segmentului A’C’, deci PO e linie mijlocie in triunghiul A’BC’. Conform Teoremei de la linia mijlocie stim ca PO||A’B si PO=\frac{A'B}{2}

Astfel obtinem ca cosinusul unghiului dintre cele doua drepte este:
\cos\left(\widehat{DO,A'B}\right)=
\cos\left(\widehat{DO, PO}\right)=
\cos\left(\widehat{DOP}\right)

Pentru a afla cosinusul unghiului stim ca trebuie sa avem triunghi dreptunghic.
Dar mai intai sa vedem ce fel de triunghi avem. Stim ca PO=\frac{A'B}{2}
Cum A’B este diagonala in patratul A’B’AB, obtinem ca A'B=l\sqrt{2}=2\sqrt{2}
Astfel obtinem PO=\frac{2\sqrt{2}}{2}=\sqrt{2}

Pentru a afla DO, observam ca DC'=BC'=DB=2\sqrt{2}( diagonale in patratele DD’CC’; BB’CC’; ABCD), astfel obtinem ca triunghiul DBC’ este echilateral si cum O este mijlocul lui BC’, obtinm ca DO este mediana si cu proprietatea de la triunghiul echilateral obtinem ca DO este si inaltime in triunghiul echilateral DBC’.

Stim ca inaltimea intr-un triunghi echilateral este \frac{l\sqrt{3}}{2}, adica DO=\frac{DC'\sqrt{3}}{2}=\frac{2\sqrt{2}\cdot\sqrt{3}}{2}=\sqrt{6}\;\; cm
Acum pentru a afla DP, in triunghiul DD’P, dreptunghi in D’ aplicam Teorema lui Pitagora si obtinem DP^{2}=DD'^{2}+D'P^{2}\Rightarrow DP^{2}=2^{2}+\left(\sqrt{2}\right)^{2}\Rightarrow DP^{2}=4+2\Rightarrow DP=\sqrt{6}

Observam ca DP=DO=\sqrt{6}, adica triunghiul DOP este isoscel de baza PO.

Acum, pentru a afla cosinusul unghiului, fie aplicam Teorema cosinusului, fie aplicam defintia care am invatat-o in claas a vii-a dar cu conditia sa avem triunghi dreptunghic.

Astfel cu Teorema cosinusului
DP^{2}=DO^{2}+PO^{2}-2\cdot DO\cdot PO\cdot\cos\left(\widehat{DOP}\right)\Rightarrow \left(\sqrt{6}\right)^{2}=\left(\sqrt{6}\right)^{2}+\left(\sqrt{2}\right)^{2}-2\cdot \sqrt{2}\cdot\sqrt{6}\cdot\cos\left(\widehat{DOP}\right)
Adica 6-6-2= -2\cdot\sqrt{6}\cdot\sqrt{2}\cdot\cos\left(\widehat{DOP}\right)\Rightarrow \cos\left(\widehat{DOP}\right)=\frac{-2}{-2\sqrt{2}\cdot\sqrt{6}}=\frac{1}{\sqrt{12}}=\frac{\sqrt{12}}{12}=\frac{2\sqrt{3}}{12}^{(2}=\frac{\sqrt{3}}{6}

unghiul a doua drepte in spatiu
Acum pentru a afla cu notiunile din clasa a VII-a construim inaltimea din D pe PO, fie DM\perp PO, cum Triunghiul DMO dreptunghic in M si cum triunghiul DOP isoscel de baza PO, obtinem ca DM este si mediana, astfel obtinem MO=MP=\frac{PO}{2}\frac{\sqrt{2}}{2}, deci in triunghiul dreptunghic DOM in M \cos\left(\widehat{DOP}\right)=\frac{cateta.\;\; alaturata}{ipotenuza}=\frac{OM}{DO}=\frac{\frac{\sqrt{2}}{2}}{\sqrt{6}}=\frac{\sqrt{2}}{2}:\frac{\sqrt{6}}{1}=\frac{\sqrt{2}}{2}\cdot\frac{1}{\sqrt{6}}=\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{6}}=\frac{\sqrt{2}\cdot\sqrt{6}}{2\cdot 6}=\frac{2\sqrt{3}}{12}=\frac{\sqrt{3}}{6}
unghiul a doua drepte in spatiu

Probleme rezolvate cu patrulaterul convex

Prezentam o problema care o rezolvam folosind cazurile de congruenta de la triunghiurile oarecare, problema cu ajutorul careia obtinem si o proprietate foarte importanta si anume:

Daca intr-un patrulater convex diagonalele se injumatatesc, atunci patrulaterul este paralelogram.

Ipoteza: ABCD-patrulater convex
[AC] intersectat [BD]={O}
[AO]=[OC]
[BO]=[OD]

Concluzie: ABCD-paralelogram

diagonelele intr-un paraleogram

Consideram triunghiurile AOB si COD. Stim din ipoteza ca [AO]\equiv [OC]
Si [BO]=[OD]
Dar mai observam si ca \widehat{AOB}\equiv\widehat{COD} ( unghiuri opuse la varf)
Deci obtinem ca triunghiul \Delta AOB\equiv\Delta COD (caz L.U.L)
De unde obtinem si ca [AB]\equiv[CD] (1)
Dar mai avem si triunghiurile AOD si COB. La fel din ipoteza stim ca
[AO]\equiv [OC]
Si [BO]=[OD]
Dar mai stim si ca  \widehat{AOD}\equiv\widehat{COB} (ca unghiuri opuse la varf)
Deci la fel cu cazul de congruenta L.U.L obtinem ca
\Delta AOD\equiv\Delta COB, adica obtinem ca AD=CB  (2)
Din (1) si (2), obtinem ca patrulaterul convex ABCD este paralelogram, conform Teoremei referitoare la laturi pentru paralelogram.
 
2. In paralelogramul ABCD se duc DN⊥AC,MB⊥AC, unde M,N∈(AC). Demonstrati ca MBDN este paralelogram.

cum aratam ca un patrulater convex este paralelogram

Stim ca MBND patrulater convex, dar mai stim si ca DM\perp AC si BN\perp AC si cu notiunile din clasa a VI a, stim ca DM||BN.
Dar mai avem si triunghiurile ADM si CBN, unde avem ca [AD]\equiv[BC]
Din ipoteza stim ca AB|| CD si AC secanta, astfel obtinem ca
\widehat{BCN}\equiv\widehat{DAM}( ca unghiuri alterne interne)
Astfel cu cazul de congruenta I.U obtinem ca \Delta ADM\equiv \Delta CBN, de unde obtinem si ca
[DM]\equiv[BN]
Iar cu reciproca a doua referitoare la laturi obtinem ca MBND paralelogram.

Cum rezolvam problemele cu ajutorul ecuatiilor

Propun spre rezolvare mai multe probleme care se rezolva cu ajutorul ecuatiilor, probleme in care folosim Teorema impartirii cu rest, dar si o problema de geometrie in care o sa ne reamintim notiunile invatate in clasa a vi a.
1. Diferenta a 2 numere este 100 catul lor este 6 iar restul 5 . Aflati numerele.
Notam cu a, b numerele
Si avem ecuatia a-b=100 dar si a:b= catul 6 si restul 5, adica cu Teorema impartirii cu rest avem:
a=6\cdot b+5
Inlocuind in prima ecuatie obtinem 6b+5-b=100\Rightarrow 5b+5=100\Rightarrow 5b=100-5\Rightarrow 5b=95\Rightarrow b=95:5\Rightarrow b=19
Si a-19=100\Rightarrow a=100+19\Rightarrow a=119
2. Suma a 3 numere este 2298. Daca din fiecare numar se scade acelasi numar, se obtin respectiv numerele: 380, 725, 1058. Aflati cele 3 numere.
Solutie
Notam cu x, y, z numerele
Stim ca x+y+z=2298
Fie n numarul care se scade, astfel avem ecuatia:
x-n=380
Dar si y-n=725
Si z-n=1058
Acum adunand cele trei relatii obtinem:
x+y+z-3n=380+725+1058\Rightarrow 2298-3n=2163\Rightarrow 3n=2298-2163\Rightarrow 3n=135\Rightarrow n=135:3\Rightarrow n=45

Deci numarul care se scade este 45.

Probleme rezolvate cu functiile trigonometrice

Prezentam o problema pe care o rezolvam cu ajutorul functiilor trigonometrice, dar si probleme rezolvate cu ajutorul ecuatiilor

Rombul ABCD are latura AB=10 cm .Daca tg unghiului \tan\widehat{BAC}=\frac{3}{4} ,determinati lungimile diagonalelor .

Demonstratie:

Stim ca diagonalele intr-un romb sunt perpendiculare astfel avem ca: AC\cap BD=\left\{O\right\}

Dar si AC\perp BD

Deci avem ca: \Delta BAO este dreptunghic in O, adica putem aplica  functiile trigonometrice 

\tan\widehat{BAC}=\tan\widehat{BAO}=\frac{BO}{AO}\Rightarrow \frac{3}{4}=\frac{BO}{AO}\Rightarrow BO=\frac{3}{4}\cdot AO

Dar cu Teorema lui Pitagora avem ca:

AB^{2}=AO^{2}+BO^{2}\Rightarrow 10^{2}=AO^{2}+\left(\frac{3}{4}\cdot AO\right)^{2}\Rightarrow AO^{2}+\frac{9}{16}AO^{2}=100\Rightarrow \frac{16}{16}AO^{2}+\frac{9}{16}AO^{2}=100\Rightarrow \frac{25}{16}AO^{2}=100\Rightarrow AO^{2}=100:\frac{25}{16}\Rightarrow AO^{2}=100\cdot\frac{16}{25}\Rightarrow AO^{2}=4\cdot 16\Rightarrow AO=\sqrt{4\cdot 16}=2\cdot 4\Rightarrow AO=8\;\; cm

Iar AC=2\cdot AO=2\cdot 8=16

cum  aplicam functiile trigonometriceIar BO=\frac{3}{4}\cdot 8=\frac{3\cdot 8}{4}=\frac{24}{4}=6\;\; cm

Iar BD=2\cdot BO=2\cdot 6=12\;\; cm

2. Petre citeste o carte in 3 zile.In prima zi  el citeste de 2 ori mai mult decat in a doua zi , iar in a treia zi citeste jumatate din numarul de pagini citite in a doua zi . Cartea are 56 de pagini. Afla cate pagini a citit elevul in fiecare zi.

Solutie:

Notam cu x numarul de pagini citite in a doua zi:

In prima zi  citeste: 2x

In a trei zi citeste \frac{x}{2}

Astfel avem: 2x+x+\frac{x}{2}=56\Rightarrow \frac{4x}{2}+\frac{2x}{2}+\frac{x}{2}=56\Rightarrow

\frac{7x}{2}=56\Rightarrow x=56:\frac{7}{2}\Rightarrow

x=56\cdot\frac{2}{7}\Rightarrow x=8\cdot 2=16

Deci in a doua zi 16 pagini.

Iar in prima zi 2\cdot x=2\cdot 16=32

Iar in a treia zi \frac{x}{2}=\frac{16}{2}=8

3. Suma a 5 nr consecutive este egala cu 5 sa sa afle nr

Solutie:

Fie n, n+1, n+2, n+3, n+4 numerele consecutive

n+n+1+n+2+n+3+n+4=5

De unde obtinem: 5n+10=5
Adica obtinem  5n=5-10
Adica
5n=-5
Iar n=-1
Adica primul numar este -1
Al doilea numar este: n+1=-1+1=0
Al treilea numar este n+2=-1+2=1
Al patrulea n+3=-1+3=2
Iar la V lea n+4=-1+4=3
Deci numerele sunt: -1; 0; 1; 2; 3;

Cum aflam inaltimea intr-un trapez

Sa ne reamintim cum se afla inaltimea intr-un trapez, printr-o problema rezolvata pentru un vizitator al MatePedia.ro.

Aflati inaltimea unui trapez ABCD (AB//CD€ cand se cunosc:

a) AB=13cm, BC=5cm, AC=12cm

Demonstratie:

a) Observam ca am obtinut triunghiul ABC si daca aplicam reciporoca lui Pitagora obtinem ca AB^{2}=AC^{2}+BC^{2}\Rightarrow 13^{2}=12^{2}+5^{2}

Astfel obtinem ca triunghiul ABC e dreptunghic in C.

reciproca lui Pitagora
Astfel daca construim inaltimea trapezului din varfulul unghiului C care coincide cu inaltimea in triunghiul dreptunghic ABC si obtinem:
fie CE\perp AB. Astfel cu Teorema inaltimii obtinem CE=\frac{AC\cdot BC}{AB}=\frac{12\cdot 5}{13}=\frac{60}{13}\;\; cm
cum aflam inaltimea intr-un trapez