Предварительные сведения
Для начала разберемся с таким понятием, как четырехугольник.
Четырехугольником называется многоугольник, у которого 4 вершины.
Четырехугольник имеет 4 стороны, 4 вершины и 4 угла. Стороны, не имеющие общих вершин, называют противоположными сторона четырехугольника, в противном случае они называются смежными. Углы, не имеющие общих сторон, также называют смежными.
Рассмотрим далее подробно параллелограмм и трапецию.
Параллелограмм
Параллелограмм -- это четырехугольник, в котором противоположные стороны параллельны между собой (рис. 1).
Рисунок 1. Параллелограмм
Параллелограмм имеет два основных свойства. Введем и докажем их.
Свойство 1: Противоположные стороны и углы параллелограмма равны, соответственно, между собой.
Доказательство.
Пусть нам дан параллелограмм ABCD. Проведем в нем диагональ AC (рис. 2).
Рисунок 2.
Рассмотрим параллельные прямые AB и CD и их секущую AC. Тогда
как накрест лежащие углы.
Рассмотрим параллельные прямые AD и CB и их секущую AC. Тогда
как накрест лежащие углы.
Следовательно, ∠A=∠C.
По II признаку равенства треугольников,
так как AC -- их общая сторона. Значит
Свойство доказано.
Свойство 2: Диагонали, проведенные в параллелограмме, делятся пополам их точкой пересечения.
Доказательство.
Пусть нам дан параллелограмм ABCD. Проведем в нем диагонали AC и BD. Пусть они пересекаются в точке O (рис. 3).
Рисунок 3.
Рассмотрим параллельные прямые AB и CD и их секущие AC и BD. Тогда
как накрест лежащие углы.\textit{}
Так как, по свойству 1, AB=CD, то, по II признаку равенства треугольников,
Следовательно,
Свойство доказано.
Трапеция
Трапеция -- это четырехугольник, в котором две противоположные стороны параллельны между собой, а другие две противоположные стороны не параллельны между собой (рис. 4).
Рисунок 4. Трапеция
При этом параллельные стороны называют основаниями трапеции, а две другие -- боковыми сторонами трапеции.
Выделяют следующие виды трапеций.
Определение Если у трапеции не параллельные (боковые) стороны равны между собой, то её называют равнобедренной. /Определение
Если у трапеции два один угол прямой, то её называют равнобедренной.
В отличных от определений 4 и 5 случаях, трапецию называют разнобокой (рис. 5).
Рисунок 5. Виды трапеций
Трапеция обладает следующим свойством.
Средняя линия трапеции параллельна основаниям и равна их полусумме.
Доказательство.
Пусть нам дана трапеция ABCD с основаниями AD и BC. И пусть MN -- средняя линия этой трапеции (рис. 6).
Средняя линия трапеции">
Рисунок 6. Средняя линия трапеции
Докажем, что MN||AD и MN=AD+BC2.
Рассмотрим вектор →MN. Используем далее правило многоугольника для сложения векторов. С одной стороны получим, что →MN=→MB+→BC+→CN
С другой стороны →MN=→MA+→AD+→DN
Сложим два последних равенства, получим
2→MN=→MB+→BC+→CN+→MA+→AD+→DN=→BC+→ADСледовательно
→MN=→BC+→AD2Из этого же равенства (так как →BC и →AD сонаправлены, а, следовательно, коллинеарны) получаем, что MN||AD.
Теорема доказана.
Пример задачи
Боковые стороны трапеции равны 17 см и 19 см соответственно. Периметр трапеции равен 50 см. Найти длину средней линии трапеции.
Решение.
Сложим боковые стороны, получим 17 см+19 см=36 см
Значит, зная периметр равный 50 см, сумма оснований
50 см−36 см=14 смСледовательно, по теореме 1, средняя линия равна 14 см2=7 см