Геометрические задачи на доказательство (Задание 24)
Задание 24 — из второй части ОГЭ, той самой, за которую ставят баллы «руками», проверяя твоё решение целиком. Здесь тебя не просят найти число: тебя просят доказать утверждение. Например, что два угла равны, что два треугольника подобны или что четырёхугольник вписан в окружность. Ответом служит не число, а связная цепочка рассуждений, где каждый шаг опирается на известную теорему или свойство.
Звучит страшно, но у задания 24 есть добрая новость: почти все доказательства собираются из очень небольшого набора приёмов. Ты выучиваешь 4-5 ключевых теорем, учишься их узнавать по чертежу — и большинство задач начинают решаться по одному и тому же сценарию. В этом конспекте мы разберём этот сценарий и три типовых сюжета.
Инструменты доказательства
Почти все доказательства в задании 24 держатся на нескольких теоремах. Разбери их — это твой рабочий набор.
Как подступиться к доказательству
Разбор задач
Три примера идут от простого к составному: подобие через параллельность, вписанный четырёхугольник и приём «окружность на диаметре».
Пример 1. Подобие треугольников в трапеции
Основания BC и AD трапеции ABCD равны соответственно 2 и 32, BD=8. Докажите, что треугольники CBD и BDA подобны.
Находим равный угол
Так как BC и AD — основания трапеции, то BC∥AD. Диагональ BD — секущая для этих параллельных прямых, поэтому накрест лежащие углы равны:
∠CBD=∠BDA.
Проверяем пропорциональность сторон
Угол CBD заключён между сторонами BC и BD, а равный ему угол BDA — между сторонами DB и DA. Сравним отношения:
BDBC=82=41,DABD=328=41.
Значит, BDBC=DABD.
Делаем вывод
Треугольники CBD и BDA имеют равный угол, заключённый между пропорциональными сторонами. По второму признаку подобия (по двум сторонам и углу между ними):
△CBD∼△BDA.
Что и требовалось доказать.
Ответ: треугольники CBD и BDA подобны по двум пропорциональным сторонам и углу между ними (коэффициент подобия 1:4).
Пример 2. Вписанный четырёхугольник
В выпуклом четырёхугольнике ABCD углы CDB и CAB равны. Докажите, что углы BCA и BDA также равны.
Замечаем равные углы на один отрезок
Рассмотрим отрезок CB. Из вершины A он виден под углом ∠CAB, а из вершины D — под углом ∠CDB. По условию эти углы равны. Поскольку ABCD выпуклый, точки A и D лежат по одну сторону от прямой BC.
Доказываем, что четыре точки лежат на окружности
Если две точки лежат по одну сторону от отрезка и видят его под равными углами, то они лежат на одной окружности, проходящей через концы отрезка (обратная теорема о вписанном угле). Значит, точки A и D лежат на окружности, проходящей через B и C, то есть все четыре точки A,B,C,D лежат на одной окружности — ABCD вписанный.
Переходим к другой хорде
Рассмотрим теперь хорду AB. Углы ∠BCA (вершина C) и ∠BDA (вершина D) — вписанные, опирающиеся на одну и ту же дугу AB (C и D лежат по одну сторону от прямой AB, так как AB — сторона выпуклого четырёхугольника). Вписанные углы на одну дугу равны:
∠BCA=∠BDA.
Что и требовалось доказать.
Ответ: равенство углов BCA и BDA доказано.
Пример 3. Приём «окружность на диаметре»
В остроугольном треугольнике ABC проведены высоты AA1 и CC1. Докажите, что углы CC1A1 и CAA1 равны.
Отмечаем прямые углы
Так как AA1 и CC1 — высоты, то
∠AA1C=90∘,∠AC1C=90∘.
Строим окружность на диаметре AC
Точка лежит на окружности с диаметром AC тогда и только тогда, когда отрезок AC виден из неё под прямым углом. Отрезок AC виден под углом 90∘ и из точки A1, и из точки C1. Значит, точки A1 и C1 лежат на окружности с диаметром AC, то есть все четыре точки A,C1,A1,C лежат на одной окружности.
Приравниваем вписанные углы
Треугольник остроугольный, поэтому основания высот лежат на самих сторонах, и точки A и C1 лежат по одну сторону от хорды CA1. Углы ∠CC1A1 (вершина C1) и ∠CAA1 (вершина A) — вписанные, опирающиеся на одну и ту же дугу CA1. Вписанные углы на одну дугу равны:
∠CC1A1=∠CAA1.
Что и требовалось доказать.
Ответ: равенство углов CC1A1 и CAA1 доказано.
Частые ошибки
Что запомнить
Равные углы на один отрезок → окружность. Обратная теорема о вписанном угле собирает четыре точки на одной окружности — самый частый приём задания 24.
Прямые углы → окружность на диаметре. Основания высот, точки касания — ищи диаметр.