Понятие средней линии треугольника
Введем понятие средней линии треугольника.
Средняя линия треугольника -- это отрезок, соединяющий середины двух сторон треугольника (Рис. 1).
Рисунок 1. Средняя линия треугольника
Теорема о средней линии треугольника
Средняя линия треугольника параллельна одной из его сторон и равна её половине.
Доказательство.
Пусть нам дан треугольник $ABC$. $MN$ - средняя линия (как на рисунке 2).
теоремы 1">
Рисунок 2. Иллюстрация теоремы 1
Так как $\frac{AM}{AB}=\frac{BN}{BC}=\frac{1}{2}$, то треугольники $ABC$ и $MBN$ подобны по второму признаку подобия треугольников. Значит
Также, отсюда следует, что $\angle A=\angle BMN$, значит $MN||AC$.
Теорема доказана.
Следствия из теоремы о средней линии треугольника
Следствие 1: Медианы треугольника пересекаются в одной точке и делятся точкой пересечения в отношении $2:1$ начиная с вершины.
Доказательство.
Рассмотрим треугольник $ABC$, где ${AA}_1,\ {BB}_1,\ {CC}_1$ его медианы. Так как медианы делят стороны пополам. Рассмотрим среднюю линию $A_1B_1$ (Рис. 3).
Рисунок 3. Иллюстрация следствия 1
По теореме 1, $AB||A_1B_1$ и $AB=2A_1B_1$, следовательно, $\angle ABB_1=\angle BB_1A_1,\ \angle BAA_1=\angle AA_1B_1$. Значит треугольники $ABM$ и $A_1B_1M$ подобны по первому признаку подобия треугольников. Тогда
Аналогично доказывается, что
Теорема доказана.
Следствие 2: Три средние линии треугольника делят его на 4 треугольника, подобных исходному треугольнику с коэффициентом подобия $k=\frac{1}{2}$.
Доказательство.
Рассмотрим треугольник $ABC$ со средними линиями $A_1B_1,\ {\ A}_1C_1,\ B_1C_1$ (рис. 4)
Рисунок 4. Иллюстрация следствия 2
Рассмотрим треугольник $A_1B_1C$. Так как $A_1B_1$ - средняя линия, то
Угол $C$ - общий угол этих треугольников. Следовательно, треугольники $A_1B_1C$ и $ABC$ подобны по второму признаку подобия треугольников с коэффициентом подобия $k=\frac{1}{2}$.
Аналогично доказывается, что треугольники $A_1C_1B$ и $ABC$, и треугольники $C_1B_1A$ и $ABC$ подобны с коэффициентом подобия $k=\frac{1}{2}$.
Рассмотрим треугольник $A_1B_1C_1$. Так как $A_1B_1,\ {\ A}_1C_1,\ B_1C_1$ -- средние линии треугольника, то
Следовательно, по третьему признаку подобия треугольников, треугольники $A_1B_1C_1$ и $ABC$ подобны с коэффициентом подобия $k=\frac{1}{2}$.
Теорема доказана.
Примеры задачи на понятие средней линии треугольника
Дан треугольник со сторонами $16$ см, $10$ см и $14$ см. Найти периметр треугольника, вершины которого лежат в серединах сторон данного треугольника.
Решение.
Так как вершины искомого треугольника лежат в серединах сторон данного треугольника, то его стороны -- средние линии исходного треугольника. По следствию 2, получим, что стороны искомого треугольника равны $8$ см, $5$ см и $7$ см.
\[P=8см+5см+7см=20\ см\]Ответ: $20$ см.
Дан треугольник $ABC$. Точки $N\ и\ M$ -- середины сторон $BC$ и $AB$ соответственно (Рис. 5).
Рисунок 5.
Периметр треугольника $BMN=14$ см. Найти периметр треугольника $ABC$.
Решение.
Так как $N\ и\ M$ -- середины сторон $BC$ и $AB$, то $MN$ -- средняя линия. Значит
\[AB=2MB,\ BC=2BN\]По теореме 1, $AC=2MN$. Получаем:
\[P_{ABC}=AB+BC+AC=2MB+2BN+2MN=2P_{BMN}=28\ см\]Ответ: $28$ см.
