المثلث القائم الزاوية

المثلث القائم الزاوية أو المثلث القائم الزاوية ، والذي يسمى أحيانًا المثلث المتعامد أو المثلث المستطيل ، هو مثلث يكون فيه ضلعان متعامدين ، مما يشكل زاوية قائمة ( ربع دورة أو 90 درجة ) .
يُطلق على الضلع المقابل للزاوية القائمة اسم الوتر (الضلع المقابل للزاوية القائمة).(كما هو موضح في الشكل). تُسمى الأضلاع المجاورة للزاوية القائمة بالساقين (أو الضلعين ، المفرد: الضلع ).يمكن تحديدها على أنها الجانب المجاور للزاويةوالزاوية المقابلة (أو المتعارضة مع )بينما الجانبهو الجانب المجاور للزاويةوالزاوية المقابلة
كل مثلث قائم الزاوية هو نصف مستطيل مقسوم على طول قطره . عندما يكون المستطيل مربعًا ، يكون نصفه المثلثي القائم الزاوية متساوي الساقين ، أي له ضلعان متطابقان وزاويتان متطابقتان. أما عندما لا يكون المستطيل مربعًا، فيكون نصفه المثلثي القائم الزاوية مختلف الأضلاع .
كل مثلث قاعدته قطر دائرة ورأسه يقع على الدائرة هو مثلث قائم الزاوية، حيث الزاوية القائمة عند الرأس والوتر هو القاعدة؛ وبالعكس، فإن الدائرة المحيطة بأي مثلث قائم الزاوية يكون وتره هو قطرها. هذه هي نظرية طاليس .
ضلعا المثلث القائم الزاوية ووتره يحققان نظرية فيثاغورس : مجموع مساحتي المربعين على الضلعين القائمين يساوي مساحة المربع على الوتر.إذا كانت أطوال جميع أضلاع المثلث القائم الزاوية أعدادًا صحيحة، فإن المثلث يسمى مثلث فيثاغورس وتُعرف أطوال أضلاعه مجتمعة باسم ثلاثية فيثاغورس .
توفر العلاقات بين أضلاع وزوايا المثلث القائم الزاوية إحدى طرق تعريف وفهم علم المثلثات ، وهو دراسة العلاقات المترية بين الأطوال والزوايا.
الخصائص الرئيسية
الجوانب

ترتبط أضلاع المثلث القائم الزاوية الثلاثة بنظرية فيثاغورس ، والتي يمكن كتابتها بالصيغة الجبرية الحديثة على النحو التالي: أينهو طول الوتر ( الضلع المقابل للزاوية القائمة)، ووتمثل أطوال الضلعين القائمين (الضلعين المتبقيين). وقد تم إثبات هذه النظرية في العصور القديمة، وهي القضية 1.47 في كتاب الأصول لإقليدس : "في المثلثات القائمة الزاوية، يكون مربع الضلع المقابل للزاوية القائمة مساويًا لمربعي الضلعين المحيطين بالزاوية القائمة." [ 1 ] ثلاثة أعداد صحيحة،وتُسمى الأعداد التي تحقق هذه المعادلة بالثلاثية الفيثاغورية . في التطبيقات العملية كالبناء والمساحة، تُستخدم هذه العلاقة بكثرة باستخدام قاعدة 3-4-5 للتأكد من أن الزاوية تساوي 90 درجة بالضبط.
منطقة
كما هو الحال مع أي مثلث، فإن مساحته تساوي نصف القاعدة مضروبة في الارتفاع المقابل لها. في المثلث القائم الزاوية، إذا اعتبرنا أحد الضلعين قاعدةً، فإن الضلع الآخر هو الارتفاع، وبالتالي فإن مساحة المثلث القائم الزاوية تساوي نصف حاصل ضرب الضلعين. وكصيغة رياضية، فإن مساحة المثلث القائم الزاوية تساوي نصف حاصل ضرب الضلعين.يكون
أينوهما ضلعا المثلث.
إذا كانت الدائرة الداخلية مماسة للوترعند النقطةثم بجعل نصف المحيطلدينا ووالمساحة معطاة بواسطة
لا تنطبق هذه الصيغة إلا على المثلثات القائمة الزاوية. [ 2 ]
الارتفاعات

إذا رُسم ارتفاع من رأس المثلث، بزاوية قائمة على الوتر، فإن المثلث ينقسم إلى مثلثين أصغر؛ كلاهما متشابه مع المثلث الأصلي، وبالتالي متشابهان مع بعضهما. من هذا:
- الارتفاع بالنسبة للوتر هو المتوسط الهندسي ( المتوسط النسبي ) لقطعتي الوتر. [ 3 ] : 243
- كل ضلع من أضلاع المثلث هو المتوسط المتناسب بين الوتر وجزء الوتر المجاور للضلع.
في المعادلات،
- (يُعرف هذا أحيانًا باسم نظرية ارتفاع المثلث القائم الزاوية )
أينكما هو موضح في الرسم التخطيطي. [ 4 ] وبالتالي
علاوة على ذلك، يرتبط الارتفاع بالنسبة للوتر بساقي المثلث القائم الزاوية من خلال [ 5 ] [ 6 ]
بالنسبة لحلول هذه المعادلة في قيم صحيحة لـانظر هنا .
يتطابق الارتفاع من أي من ضلعي المثلث القائم الزاوية مع الارتفاع من الضلع الآخر. وبما أن هذه الارتفاعات تتقاطع عند رأس المثلث القائم الزاوية، فإن مركز تعامد المثلث القائم الزاوية - وهو نقطة تقاطع ارتفاعاته الثلاثة - يتطابق مع رأس المثلث القائم الزاوية.
نصف القطر الداخلي ونصف القطر المحيط
نصف قطر الدائرة الداخلية لمثلث قائم الزاوية له ساقانووالوتريكون
بحسب نظرية طاليس ، فإن الوتر هو قطر الدائرة المحيطة ، وبالتالي فإن نصف قطر الدائرة المحيطة يساوي نصف طول الوتر:
وبالتالي فإن مجموع نصف القطر المحيط ونصف القطر الداخلي يساوي نصف مجموع الساقين: [ 7 ]
يمكن التعبير عن أحد الضلعين بدلالة نصف القطر الداخلي، والضلع الآخر بدلالة
الخصائص
مثلثمع جوانبنصف المحيط، منطقةارتفاعمقابل أطول جانب، نصف القطر المحيطينصف القطر الداخليexradiiمماس لـعلى التوالي، والوسائطيكون المثلث قائم الزاوية إذا وفقط إذا كانت إحدى العبارات في الفئات الست التالية صحيحة. وبالتالي، فإن كل عبارة منها تُعدّ أيضاً خاصية من خصائص أي مثلث قائم الزاوية.
الجوانب ونصف المحيط
الزوايا
منطقة
نصف القطر الداخلي ونصف القطر الخارجي
الارتفاع والوسط

- [ 7 ] : المسألة 954،ص 26
- طول أحد الأضلاع المتوسطة يساوي نصف قطر الدائرة المحيطة .
- أقصر ارتفاع (الارتفاع من الرأس ذي الزاوية الأكبر) هو المتوسط الهندسي للقطع المستقيمة التي يقسمها إلى الضلع المقابل (الأطول). هذه هي نظرية ارتفاع المثلث القائم الزاوية .
الدائرة المحيطة والدائرة الداخلية
- يمكن رسم المثلث داخل نصف دائرة ، بحيث يتطابق أحد أضلاعه مع القطر بأكمله ( نظرية طاليس ).
- مركز الدائرة المحيطة هو نقطة منتصف أطول ضلع.
- أطول ضلع هو قطر الدائرة المحيطة.
- الدائرة المحيطة مماسية للدائرة ذات النقاط التسع . [ 9 ]
- يقع مركز التعامد على الدائرة المحيطة. [ 7 ]
- المسافة بين مركز الدائرة الداخلية ومركز التعامد تساوي[ 7 ]
النسب المثلثية
يمكن تعريف الدوال المثلثية للزوايا الحادة كنسب بين أضلاع المثلث القائم الزاوية. بالنسبة لزاوية معينة، يمكن إنشاء مثلث قائم الزاوية باستخدام هذه الزاوية، وتُسمى الأضلاع المقابلة والمجاورة والوتر بالنسبة لهذه الزاوية وفقًا للتعريفات المذكورة أعلاه. لا تعتمد هذه النسب على المثلث القائم الزاوية المحدد، بل على الزاوية المعطاة فقط، لأن جميع المثلثات التي تُنشأ بهذه الطريقة متشابهة . إذا كانت الزاوية α معينة، فإن الضلع المقابل والضلع المجاور والوتر تُسمى...وعلى التوالي، فإن الدوال المثلثية هي
للاطلاع على التعبير عن الدوال الزائدية كنسبة بين أضلاع المثلث القائم الزاوية، انظر المثلث الزائدي للقطاع الزائدي .
المثلثات القائمة الخاصة
يمكن حساب قيم الدوال المثلثية بدقة لزوايا معينة باستخدام المثلثات القائمة ذات الزوايا الخاصة. ومن هذه المثلثات المثلث 30-60-90 الذي يمكن استخدامه لحساب قيم الدوال المثلثية لأي مضاعف من مضاعف الزاوية 90 درجة.والمثلث القائم الزاوية متساوي الساقين أو المثلث 45-45-90 الذي يمكن استخدامه لتقييم الدوال المثلثية لأي مضاعف من
مثلث كبلر
يترك وليكن المتوسط التوافقي ، والمتوسط الهندسي ، والمتوسط الحسابي لعددين موجبينومعإذا كان للمثلث القائم الزاوية ساقانووالوترثم [ 14 ]
أينهي النسبة الذهبية . وبما أن أضلاع هذا المثلث القائم الزاوية تتزايد هندسياً ، فهذا هو مثلث كبلر .
نظرية طاليس

تنص نظرية طاليس على أنه إذاهو قطر الدائرة وإذا كانت أي نقطة أخرى على الدائرة،هو مثلث قائم الزاوية فيه زاوية قائمة عندينص العكس على أن وتر المثلث القائم الزاوية هو قطر دائرته المحيطة . وكنتيجة لذلك، فإن مركز الدائرة المحيطة يقع عند منتصف القطر، لذا فإن المتوسط المار برأس المثلث القائم الزاوية هو نصف قطر، ونصف قطر الدائرة المحيطة يساوي نصف طول الوتر.
الوسائط
تنطبق الصيغ التالية على متوسطات المثلث القائم الزاوية:
يقسم المتوسط الواقع على وتر المثلث القائم الزاوية المثلث إلى مثلثين متساويي الساقين، لأن المتوسط يساوي نصف الوتر.
الوسيطومن الساقين يرضي [ 7 ] : ص 136، رقم 3110
خط أويلر
في المثلث القائم الزاوية، يمر خط أويلر بالمتوسط على الوتر، أي أنه يمر بكل من رأس المثلث القائم الزاوية ومنتصف الضلع المقابل له. وذلك لأن مركز تعامد المثلث القائم الزاوية، وهو نقطة تقاطع ارتفاعاته، يقع على رأس المثلث القائم الزاوية، بينما يقع مركز محيطه، وهو نقطة تقاطع منصفات أضلاعه العمودية ، على منتصف الوتر.
عدم المساواة
في أي مثلث قائم الزاوية، يكون قطر الدائرة الداخلية أقل من نصف طول الوتر، والأهم من ذلك أنه أقل من أو يساوي طول الوتر مضروبًا في[ 15 ] : ص 281
في مثلث قائم الزاوية له ساقانوالوتر
مع المساواة فقط في حالة المثلث متساوي الساقين. [ 15 ] : ص 282، ص 358
إذا تم تحديد الارتفاع من الوترثم
مع المساواة فقط في حالة المثلث متساوي الساقين. [ 15 ] : ص 282
خصائص أخرى
إذا كانت أجزاء ذات أطوالوتنبثق من الرأسقسّم الوتر إلى ثلاثة أجزاء طولهاثم [ 3 ] : الصفحات 216-217
المثلث القائم الزاوية هو المثلث الوحيد الذي يحتوي على مربعين مميزين داخله، بدلاً من مربع واحد أو ثلاثة مربعات. [ 16 ]
بفرض أي عددين موجبينومعيتركو ليكن ضلعا المربعين المرسومين داخل مثلث قائم الزاوية وترهثم
هذه الجوانب ونصف قطر الدائرة الداخليةترتبط هذه العلاقات بصيغة مماثلة:
محيط المثلث القائم الزاوية يساوي مجموع أنصاف أقطار الدائرة الداخلية والدوائر الخارجية الثلاث :
انظر أيضاً
- المثلثات الحادة والمنفرجة (المثلثات المائلة)
- حلزون ثيودوروس
- مثلث كروي ثلاثي الأضلاع
مراجع
- ↑ أرتمان، بينو (2012) [1999]، إقليدس: نشأة الرياضيات ، سبرينغر، ص 4، doi : 10.1007/978-1-4612-1412-0 ، ISBN 978-1-4612-1412-0.
- ↑ دي دومينيكو، أنجيلو س.، "خاصية للمثلثات تتعلق بالمساحة"، المجلة الرياضية 87، يوليو 2003، ص 323-324.
- 1 2 بوسامنتيير، ألفريد س.، وسالكيند، تشارلز ت. مشاكل صعبة في الهندسة ، دوفر، 1996.
- ↑ وينتورث، صفحة 156
- ↑ فولز، روجر، "حلول عددية صحيحة لـ" الجريدة الرياضية 83، يوليو 1999، 269-271".
- ↑ ريتشينيك، جينيفر، "نظرية فيثاغورس المقلوبة"، المجلة الرياضية 92، يوليو 2008، 313-317.
- 1 2 3 4 5 عدم المساواة المقترحة في " Crux Mathematicorum " ,.
- ↑ "المثلث قائم الزاوية إذا وفقط إذا كان s = 2R + r، فن حل المسائل ، 2011" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28 أبريل 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 يناير 2012 .
- 1 2 3 4 Andreescu, Titu and Andrica, Dorian, "Complex Numbers from A to ...Z", Birkhäuser, 2006, pp. 109–110.
- ↑ "خصائص المثلثات القائمة الزاوية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 31-12-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15-02-2012 .
- 1 2 3 CTK Wiki Math، صيغة معدلة لنظرية فيثاغورس ، 2011،تمت أرشفة هذه الصفحة بتاريخ 2013-08-05 في موقع Wayback Machine .
- ↑ دارفاسي، جيولا (مارس 2005)، "عكس خاصية للمثلثات القائمة الزاوية"، المجلة الرياضية ، 89 (514): 72-76 ، doi : 10.1017/S0025557200176806 ، S2CID 125992270 .
- ↑ بيل، إيمي (2006)، "نظرية هانسن للمثلث القائم، وعكسها وتعميمها" (ملف PDF) ، منتدى الهندسة ، 6 : 335-342 ، مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 25-07-2008
- ↑ دي دومينيكو، أ.، "النسبة الذهبية - المثلث القائم الزاوية - والمتوسطات الحسابية والهندسية والتوافقية"، المجلة الرياضية 89، يوليو 2005، 261. وأيضًا ميتشل، دوغلاس و.، "ملاحظات على 89.41"، المجلد 90، مارس 2006، 153-154.
- 1 2 3 بوسامنتير، ألفريد س.، وليمان، إنغمار. أسرار المثلثات . كتب بروميثيوس، 2012.
- ↑ بيلي، هربرت، ودي تمبل، دوان، "المربعات المحصورة في الزوايا والمثلثات"، مجلة الرياضيات 71 (4)، 1998، 278-284.
- وايسشتاين، إريك دبليو. "المثلث القائم الزاوية" . عالم الرياضيات .
- وينتورث، جورجيا (1895). كتاب في الهندسة . جين وشركاه.
روابط خارجية
- آلة حاسبة للمثلثات القائمة الزاوية
- حاسبة متقدمة للمثلث القائم الزاوية
- أنواع المثلثات
- التعامد
- علم المثلثات
