قائمة المصطلحات

حدد واحدة من الكلمات الرئيسية على اليسار ...

مضلعات ومتعددة الوجوهرباعيات الأضلاع

وقت القراءة: ~40 min

درسنا في الدورة السابقة العديد من الخصائص المختلفة للمثلثات. الآن دعونا نلقي نظرة على رباعيات الأضلاع.

يسمى الرباعي . جميع جوانبها لها نفس الطول ، وجميع زواياها متساوية.

المربع هو رباعي الأضلاع بأربعة جوانب متساوية وأربع زوايا متساوية .

بالنسبة إلى العناصر الرباعية "الأقل انتظامًا" قليلاً ، لدينا خياران. إذا أردنا فقط أن تكون الزوايا متساوية ، نحصل على مستطيل . إذا أردنا فقط أن تكون الجوانب متساوية ، نحصل على معين .

المستطيل هو رباعي الأضلاع مع أربع زوايا متساوية .

المعين هو رباعي الأضلاع مع أربعة جوانب متساوية .

هناك عدد قليل من رباعيات الأضلاع الأخرى ، والتي هي أقل انتظامًا ولكن لا تزال لها خصائص مهمة معينة:

إذا كان كل من جوابب من طرفي نقيض موازى وحصلنا على متوازي الاضلاع .

إذا كان لزوجين من الأضلاع جوابب نفس الطول ، نحصل على طائرة ورقية .

إذا كان زوج واحد على الأقل من الجانبين المعاكسين متوازيين ، نحصل على Trapezium .

يمكن أن تقع الرباعية في العديد من هذه الفئات. يمكننا تصور التسلسل الهرمي لأنواع مختلفة من رباعيات الأضلاع مخطط فين :

على سبيل المثال ، كل مستطيل هو أيضًا ، وكل هو أيضا طائرة ورقية. المعين في مربع ومستطيل شبه منحرف.

لتجنب أي غموض ، نستخدم عادةً النوع الأكثر تحديدًا.

الآن اختر أربع نقاط ، في أي مكان في المربع الرمادي على اليسار. يمكننا ربط كل منهم لتشكيل رباعي الأضلاع.

دعونا نجد نقطة الوسط لكل من الجوانب الأربعة. إذا ربطنا نقاط الوسط ، نحصل على .

جرب تحريك رؤوس الرباعي الخارجية ولاحظ ما يحدث للرأس الصغير. يبدو أنه ليس مجرد أي رباعي ، ولكن دائمًا !

ولكن لماذا هذا هو الحال؟ لماذا يجب أن تكون النتيجة لأي رباعي دائمًا متوازي أضلاع؟ لمساعدتنا على التوضيح ، نحتاج إلى رسم أحد الأقطار الرباعية الأصلية.

ينقسم القطر الرباعي إلى مثلثين . والآن يمكنك أن ترى أن جانبين من الجوانب الرباعية الداخلية هما في الحقيقة على هذه المثلثات.

في الدورة السابقة أظهرنا أن الأجزاء المتوسطة من المثلث تكون دائمًا موازية لقاعدة. في هذه الحالة ، هذا يعني أن كلا الجانبين متوازيان مع القطر - لذلك يجب أن يكونا أيضًا .

يمكننا أن نفعل الشيء نفسه بالضبط مع القطر الثاني من الرباعي ، لإظهار أن كلا الزوجين من الجانبين المتقابلين متوازيان. وهذا كل ما نحتاجه لإثبات أن الرباعي الداخلي متوازي الأضلاع .

متوازي الأضلاع

اتضح أن متوازيات الأضلاع لها خصائص أخرى مثيرة للاهتمام ، بخلاف أن تكون الأضلاع المقابلة موازية. أي العبارات الست التالية صحيحة؟

الجوانب المقابلة متطابقين.
دائمًا ما تكون الزوايا الداخلية أقل من 90 °.
الخطوط القطرية ينصفو الزوايا الداخلية.
الزوايا المعاكسة متطابقة.
كلا القطرين متطابقين.
الجوانب المتجاورة لها نفس الطول.
ينقسم القطران إلى بعضهما في المنتصف.

بالطبع ، ببساطة "مراقبة" هذه الخصائص ليست كافية. للتأكد من أنها صحيحة دائمًا ، نحتاج إلى إثباتها :

الزوايا والجوانب المتقابلة

دعونا نحاول أن نثبت أن الجوانب والزوايا المقابلة في متوازي الأضلاع متطابقة دائمًا.

ابدأ برسم أحد أقطار متوازي الأضلاع.

يخلق القطر أربع زوايا جديدة مع جوانب متوازي الأضلاع. الزاويتان الأحمرتان والزاويتان الأزرقتان هما زوايا زوايا بديلة ، لذا يجب أن كل منهما .

الآن إذا نظرنا إلى المثلثات التي أنشأها القطر ، نرى أن لديهم زوايا متطابقة ، وجانب متطابق واحد . بواسطة حالة تطابق ، يجب أن يكون كلا المثلثين متطابقين.

هذا يعني أن الأجزاء المقابلة الأخرى من المثلثات يجب أن تكون متطابقة أيضًا: على وجه الخصوص ، كلا الزوجين من الجانبين المعاكسين متطابقين ، وكلا الزوجين من الزوايا المقابلة متطابقان.

يتبين أن العكس صحيح أيضًا: إذا كان كلا الزوجين من الجانبين المتقابلين (أو الزوايا) في الرباعي متطابقين ، فيجب أن يكون الرباعي متوازي الأضلاع.

الخطوط القطرية

تثبت الآن أن القطرين في متوازي الأضلاع ينقسمان إلى بعضهما البعض.

دعونا نفكر في المثلثين الأصفرين اللذين ولّدتهما الأقطار:

  • لقد أثبتنا للتو أن الجانبين الأخضر متطابقان ، لأنهما ضلعان متوازيان في متوازي الأضلاع. * الزوايا الحمراء اثنين واثنين من زوايا الزرقاء هي متطابقة، لأنهم .

بواسطة حالة ، يجب أن يكون كلا المثلثين الأصفرين متطابقين أيضًا.

الآن يمكننا استخدام حقيقة أن الأجزاء المقابلة من المثلثات المتطابقة متطابقة أيضًا ، لاستنتاج ذلك AM = CM و BM = DM . بمعنى آخر ، يتقاطع القطران عند نقاط المنتصف.

كما هو الحال من قبل ، فإن العكس صحيح أيضًا: إذا كان قطري الشكل الرباعي ينقسم أحدهما إلى الآخر ، فإن الرباعي هو متوازي الأضلاع.

الطائرات الورقية

أظهرنا أعلاه أن زوجين من تتطابق الجوانب للمتوازي الأضلاع. في طائرة ورقية ، يتطابق زوجان من الجوانب المجاورة .

من الواضح أن اسم Kite يأتي من شكله: فهو يبدو مثل الطائرات الورقية التي يمكنك أن تطير في السماء. ومع ذلك ، من بين جميع العناصر الرباعية الخاصة التي رأيناها حتى الآن ، فإن الطائرة الورقية هي الوحيدة التي يمكن أن تكون مقعرة أيضًا: إذا تم تشكيلها مثل السهام أو السهم:

طائرة ورقية محدبة

طائرة ورقية مقعرة تشبه السهم

ربما لاحظت أن جميع الطائرات الورقية . محور التناظر هو .

يقسم القطر الطائرة الورقية إلى مثلثين متطابقين . نحن نعلم أنها متطابقة من حالة SSS : كلا المثلثين لهما ثلاثة جوانب متطابقة (الأحمر والأخضر والأزرق).

باستخدام CPOCT ، فإننا نعلم أن الزوايا المقابلة يجب أن تكون متطابقة أيضًا.

هذا يعني ، على سبيل المثال ، أن القطر هو الزوايا في نهاياتها.

يمكننا أن نذهب أبعد من ذلك: إذا رسمنا القطر الآخر ، نحصل على مثلثين آخرين أصغر . يجب أن تكون هذه متطابقة أيضًا ، بسبب حالة SAS : لديهم نفس الجانبين وزاوية مدرجة .

هذا يعني أن الزاوية α يجب أن تكون هي نفسها الزاوية β . نظرًا لأنها متجاورة ، يجب أن تكون الزوايا التكميلية α و درجة.

وبعبارة أخرى ، فإن أقطار الطائرة الورقية تكون دائمًا .

منطقة رباعيات الأضلاع

عند حساب مساحة المثلثات في الدورة السابقة ، استخدمنا خدعة تحويلها إلى . اتضح أنه يمكننا أيضًا القيام بذلك لبعض رباعيات الأضلاع :

متوازي الاضلاع

على اليسار ، حاول رسم مستطيل له نفس مساحة متوازي الأضلاع.

يمكنك أن ترى أن المثلث المفقود على اليسار هو المثلث المتداخل على اليمين؟ وبالتالي فإن مساحة متوازي الأضلاع

المنطقة = قاعدة × ارتفاع

كن حذرًا عند قياس ارتفاع متوازي الأضلاع: عادةً لا يختلف عن أحد الجانبين.

شبه منحرف

تذكر أن شبه المنحرف رباعي الأضلاع مع زوج واحد من الجوانب المتوازية . تسمى هذه الجوانب المتوازية قواعد شبه المنحرف.

كما في السابق ، حاول رسم مستطيل له نفس مساحة هذا شبه المنحرف. هل يمكنك أن ترى كيف تلغي المثلثات المفقودة والمضافة على اليسار واليمين؟

ال ارتفاع هذا المستطيل هو الأضلاع المتوازية لشبه المنحرف.

ال عرض المستطيل هو المسافة بين على الجانبين غير المتوازيين من شبه المنحرف. وهذا ما يسمى الجزء الأوسط من شبه المنحرف.

كما هو الحال مع المثلثات ، فإن الجزء الأوسط من شبه المنحرف قاعدتيه. طول الجزء الأوسط هو متوسط أطوال القواعد: a+c2 .

إذا جمعنا كل هذا ، نحصل على معادلة لمساحة شبه المنحرف مع الجانبين المتوازيين a و c والارتفاع h :

A=h×a+c2

طائرة ورقية

في هذه الطائرة الورقية ، يشكل القطران عرضًا وارتفاعًا لمستطيل كبير يحيط بالطائرة الورقية.

مساحة هذا المستطيل مساحة الطائرة الورقية. هل يمكنك أن ترى كيف أن كل من المثلثات الأربعة التي تشكل الطائرة الورقية هي نفسها مثل الفتهات الأربعة خارجها؟

هذا يعني أن مساحة طائرة ورقية ذات أقطار d1 و d2 هو

المنطقة = 12 d1 × d2 .

المعين

المعين هو رباعي الأضلاع له أربعة جوانب متطابقة. قد تتذكر أن كل دالتون هو - وكذلك .

هذا يعني أنه للعثور على مساحة المعين ، يمكننا استخدام إما معادلة مساحة متوازي الأضلاع ، أو معادلة مساحة طائرة ورقية:

المنطقة = قاعدة × الارتفاع = 12 d1 × d2 .

في سياقات مختلفة ، قد يتم إعطاؤك أجزاء مختلفة من المعين (الجوانب والارتفاع والأقطار) ، ويجب عليك اختيار أيهما أكثر ملاءمة.

Archie