Это самая частая начинка задания 24: тебе дают треугольник с проведёнными высотами (реже — медианами или биссектрисами) и просят доказать либо подобие двух треугольников, либо равенство двух углов. Общий сценарий доказательства ты уже знаешь из конспекта задания 24 — здесь разберём то, что специфично именно для треугольников: как ведут себя основания высот и почему почти каждая такая задача сводится к одному из двух приёмов.
Хорошая новость: разброс сюжетов узкий. Освой две заготовки — «подобие через равный угол между пропорциональными сторонами» и «окружность на диаметре через основания двух высот» — и закроешь подавляющее большинство задач банка по этой теме.
Элементы треугольника, которые нужны для доказательств
Высота — перпендикуляр из вершины к прямой, содержащей противоположную сторону. Её основание (точка на стороне или её продолжении) — главный герой этой темы.
Медиана — отрезок из вершины к середине противоположной стороны.
Биссектриса — луч, делящий угол вершины пополам.
Обрати внимание на слово «прямая» в определении высоты: в остроугольном треугольнике основание высоты попадает на саму сторону, а в тупоугольном — на её продолжение за вершину. Этот нюанс полностью меняет чертёж, поэтому первым делом всегда определяй тип треугольника.
Инструменты именно этой темы
Алгоритм под этот подвид
Разбор задач
Пример 1. Подобие в тупоугольном треугольнике
В треугольнике ABC с тупым углом ABC проведены высоты AA1 и CC1. Докажите, что треугольники A1BC1 и ABC подобны.
Где основания высот
Угол ABC тупой, поэтому основания высот из A и C падают на продолжения сторон за вершину B: точка A1 — на продолжении CB, точка C1 — на продолжении AB.
Рассмотрим прямоугольные треугольники ABA1 (∠A1=90∘) и CBC1 (∠C1=90∘). Углы ∠ABA1 и ∠CBC1 — оба смежные с ∠ABC, поэтому равны:
∠ABA1=∠CBC1=180∘−∠ABC.
Значит, △ABA1∼△CBC1 (по двум углам), откуда
BC1BA1=BCBA⇒BABA1=BCBC1.
Равный угол между этими сторонами
Луч BA1 дополнителен к лучу BC, а BC1 — к лучу BA, поэтому углы A1BC1 и ABC вертикальные:
∠A1BC1=∠ABC.
Вывод
В треугольниках A1BC1 и ABC стороны при вершине B пропорциональны, а углы между ними равны. По второму признаку подобия
△A1BC1∼△ABC.
Что и требовалось доказать.
Ответ: доказано; треугольники подобны по двум пропорциональным сторонам и равному углу между ними.
Пример 2. Равные углы через окружность на диаметре
В остроугольном треугольнике ABC проведены высоты AA1 и BB1. Докажите, что углы AA1B1 и ABB1 равны.
Прямые углы на отрезок AB
Высоты дают ∠AA1B=90∘ (из A1) и ∠AB1B=90∘ (из B1). Отрезок AB виден из точек A1 и B1 под прямым углом.
Четыре точки на одной окружности
Значит, A1 и B1 лежат на окружности с диаметром AB. Вместе с A и B получаем четыре точки A,B,A1,B1 на одной окружности.
Равные вписанные углы
Треугольник остроугольный, поэтому основания A1 и B1 лежат на сторонах, и точки A и B1 — по одну сторону от хорды BA1. Углы ∠AA1B1 (вершина A1) и ∠ABB1 (вершина B) — вписанные, опирающиеся на одну дугу BA1. Вписанные углы на одну дугу равны:
∠AA1B1=∠ABB1.
Что и требовалось доказать.
Ответ: равенство углов AA1B1 и ABB1 доказано.
Пример 3. Тот же приём, другая пара высот
В остроугольном треугольнике ABC проведены высоты BB1 и CC1. Докажите, что углы CC1B1 и CBB1 равны.
Выбираем диаметр
Высоты проведены из вершин B и C, поэтому диаметром станет соединяющая их сторона BC. Высоты дают ∠BB1C=90∘ и ∠BC1C=90∘ — отрезок BC виден из B1 и C1 под прямым углом.
Окружность на диаметре BC
Точки B1 и C1 лежат на окружности с диаметром BC, значит четыре точки B,C,B1,C1 на одной окружности.
Равные вписанные углы
Треугольник остроугольный: основания высот на сторонах, точки B и C1 — по одну сторону от хорды CB1. Углы ∠CC1B1 и ∠CBB1 — вписанные, опирающиеся на одну дугу CB1, поэтому
∠CC1B1=∠CBB1.
Что и требовалось доказать.
Ответ: равенство углов CC1B1 и CBB1 доказано.
Частые ошибки
Что запомнить
Сначала определи тип треугольника — от этого зависит, где основания высот.