Задание 18: Планиметрия
Содержание
О задании
Задание 18 профильного ЕГЭ по математике - это классическая планиметрия. Задание состоит из двух пунктов: в пункте «а» нужно доказать геометрический факт, в пункте «б» - вычислить длину отрезка, угол или площадь фигуры.
Это одна из самых сложных и комплексных задач на экзамене, требующая не только знания формул, но и умения видеть скрытые геометрические конструкции.
- Формат ответа: Полное развёрнутое решение с обоснованием каждого шага.
- Уровень сложности: Повышенный.
- Максимальный балл: 3 первичных балла.
Какие темы встречаются
На ЕГЭ окружности - абсолютный лидер этого задания. Большинство задач так или иначе связаны с ними:
- Окружности и треугольники (вписанные, описанные, вневписанные) - самая частая тема.
- Окружности и четырёхугольники - свойства вписанных и описанных многоугольников.
- Касательные, секущие и пересекающиеся хорды.
- Треугольники общего вида (подобие, площади, теоремы синусов и косинусов) без явных окружностей встречаются гораздо реже.
Ключевые теоремы
Чтобы успешно справляться с заданием 18, базовой школьной программы бывает недостаточно. Нужно держать в голове несколько мощных теорем.
Основные формулы треугольника
В задании 18 постоянно приходится работать с треугольниками. Эти формулы нужно знать наизусть.
Общий алгоритм решения
Примеры решения
Разберём три типовые задачи, иллюстрирующие разные подходы.
В остроугольном треугольнике проведены высоты и , которые пересекаются в точке . а) Докажите, что точки лежат на одной окружности. б) Найдите длину отрезка , если , а угол равен .
Пункт а: доказываем, что точки лежат на одной окружности
Рассмотрим треугольники и . Оба они являются прямоугольными, так как и - высоты (). Оба прямоугольных треугольника имеют общую гипотенузу . Известно, что центр окружности, описанной около прямоугольного треугольника, лежит на середине гипотенузы. Значит, середина отрезка равноудалена от точек и . Следовательно, точки лежат на одной окружности с диаметром . Утверждение доказано.
Пункт б: доказываем подобие треугольников
Рассмотрим и . Из доказанного в пункте «а» следует, что четырёхугольник вписан в окружность. По свойству вписанного четырёхугольника . При этом углы и - смежные, их сумма также равна . Следовательно, . Угол у треугольников и - общий. Значит, по двум углам.
Находим коэффициент подобия и ED
Коэффициент подобия этих треугольников равен отношению прилежащих к общему углу сторон. В прямоугольном :
Значит, коэффициент подобия .
Отношение соответствующих сторон подобных треугольников равно коэффициенту подобия:
Подставим известное значение :
Ответ: б) .
Четырёхугольник вписан в окружность. Прямые и пересекаются в точке . а) Докажите, что треугольники и подобны. б) Найдите площадь треугольника , если известно, что , а площадь четырёхугольника равна .
Пункт а: доказываем подобие треугольников
Так как четырёхугольник вписан в окружность, сумма его противоположных углов равна . Значит, . Углы и являются смежными, поэтому . Отсюда получаем, что (то есть ).
Рассмотрим треугольники и :
- - общий.
- (доказано выше). Следовательно, по двум углам. Утверждение доказано.
Пункт б: находим коэффициент подобия
Из подобия треугольников и следует, что отношение их соответствующих сторон равно коэффициенту подобия . Сторона лежит напротив общего угла в малом треугольнике, а сторона - напротив того же угла в большом.
По условию , значит:
Известно, что отношение площадей подобных треугольников равно квадрату коэффициента подобия:
Составляем уравнение на площади
Площадь большого треугольника складывается из площади малого треугольника и площади четырёхугольника :
Пусть . Тогда . Подставим в отношение площадей:
Площадь треугольника равна .
Ответ: б) .
Из точки , расположенной вне окружности, проведены касательная ( - точка касания) и секущая, пересекающая окружность в точках и (точка лежит между и ). а) Докажите, что . б) Найдите длину хорды , если и .
Пункт а: доказываем подобие треугольников
Рассмотрим треугольники и :
- - общий для обоих треугольников.
- - это угол между касательной и хордой . По теореме об угле между касательной и хордой он равен вписанному углу , опирающемуся на дугу . Но (это один и тот же угол).
Значит, .
Следовательно, по двум углам. Утверждение доказано.
Пункт б: применяем теорему о касательной и секущей
Из подобия треугольников, доказанного в пункте «а», следует равенство отношений соответствующих сторон:
Из этой пропорции получается теорема о касательной и секущей:
Подставим известные значения:
Находим длину хорды
Поскольку точка лежит между и , длина хорды равна:
Ответ: б) .
Частые ошибки
Стратегия на экзамене
За что дают баллы
Максимальный балл за задание 18 - 3 балла. Критерии оценивания очень лояльны к частичному продвижению:
- 3 балла: Идеальное решение. Пункт «а» доказан без пробелов, в пункте «б» получен правильный ответ с полным обоснованием шагов.
- 2 балла: Есть вычислительная ошибка. Либо доказан пункт «а», а в пункте «б» допущена банальная ошибка в арифметике (но ход решения абсолютно верный). Либо пункт «а» не доказан вообще, но пункт «б» решён безупречно (с доказательством всех дополнительных фактов).
- 1 балл: Выполнена только одна часть работы. Либо верно доказан только пункт «а». Либо решён только пункт «б», но в решении использовано утверждение из пункта «а», которое ты не смог доказать.
- 0 баллов: Решение не содержит ни верного доказательства, ни правильного хода вычислений.
- Вписанный угол опирается на диаметр окружности. Чему он равен?
- Четырёхугольник вписан в окружность и . Чему равен ?
- Из точки вне окружности проведены касательная и секущая, пересекающая окружность в точках и . Какое равенство верно?
- Треугольники подобны с коэффициентом . Как относятся их площади?