БОРИС НИКОЛАЕВИЧ

Основные объекты и аксиомы планиметрии

Материал опубликован 23 September 2016 в группе

Математика - наука великая

543

5073

ПЕРВУШКИН БОРИС НИКОЛАЕВИЧ

ЧОУ «Санкт-Петербургская Школа «Тет-а-Тет»

Учитель Математики Высшей категории

Представь, что ты вдруг очутился на другой планете, ну или… в компьютерной игре.

Перед тобой набор неизвестных продуктов, а твоя задача – приготовить из этого набора как можно больше вкусных блюд. Что тебе понадобится? Конечно же, правила, инструкции – что можно делать с теми или иными продуктами. А то вдруг ты сваришь то, что едят только в сыром виде или, наоборот, положишь в салат то, что непременно нужно варить или жарить? Так что, без инструкций – никуда!

Хорошо, но к чему такое вступление? Причем тут геометрия? Понимаешь, великое множество утверждений о всяких фигурах в геометрии и есть то самое множество «блюд», которые мы должны научиться готовить. Но из чего? Из основных объектов геометрии! А вот инструкция по их «употреблению» называется умными словами«система аксиом».

Так что, внимание!

Основные объекты и аксиомы планиметрии.

Точка и прямая

Это и есть самые главные понятия планиметрии. Математики говорят, что это «неопределяемые понятия». Как так? А вот так, нужно же с чего-то начинать.

Теперь первые правила обращения с точками и прямыми. Эти правила математики называют «аксиомы» - утверждения, которые принимаются за основу , из которых потом все основное будет выводиться (помнишь, что у нас большая кулинарная миссия по «приготовлению» геометрии?). Так вот, первая серия аксиом называется

I. Аксиомы принадлежности.

Аксиома 1.1. Какова бы ни была прямая, существуют точки, принадлежащие этой прямой, и точки, не принадлежащие ей.

Обрати внимание, эта аксиома позволяет рисовать так:

и так:

Аксиома 1.2. Через любые две точки можно провести прямую, и только одну.

Вот так: было две точки:

И тут же нашлась прямая:

А другой – нет!

Если тебе все это кажется слишком очевидным, то вспомни, что ты – на другой планете и до сих пор совершенно не знал, что делать с объектами «точка» и «прямая».

Луч, отрезок, угол.

Вот теперь мы научились наносить точки на прямые и проводить прямые через точки, поэтому уже можем приготовить первые простейшие "блюда" - луч, отрезок, угол.

1) ЛУЧ

Любая точка, лежащая на прямой, делит эту прямую на две полупрямые. Каждая из этих полупрямых называется еще лучом.

Вот он, луч:

2) ОТРЕЗОК

Любые две точки на прямой ограничивают отрезок прямой.

3) УГОЛ

Углом называется часть плоскости, заключенная между двумя лучами этой плоскости, имеющими общее начало.

Лучи, образующие угол, называются сторонами угла а их общее начало – вершиной угла.

Угол, образованный дополнительными лучами, называется развернутым.<

Теперь наведем порядок. Следующая серия аксиом так и называется:

II. Аксиомы порядка.

Аксиома 2.1. Из трех точек на прямой одна и только одна лежит между двумя другими.

Аксиома 2.2. Прямая, лежащая в плоскости, разбивает эту плоскость на две полуплоскости. Если концы какого-нибудь отрезка принадлежат одной полуплоскости, то отрезок не пересекает прямую. Если концы отрезка принадлежат разным полуплоскостям, то отрезок пересекает прямую.

Теперь - следующий уровень. Нам нужны инструкции по измерению отрезков и углов. Эти аксиомы называются

III. Аксиомы мер для отрезков и углов.

Аксиома 3.1. Каждый отрезок имеет определенную длину, больше нуля. Длина отрезка равна сумме длин частей, на которые он разбивается любой его точкой.

d=d1+d2\displaystyle d={{d}_{1}}+{{d}_{2}}d=d1+d2

Аксиома 3.2. Каждый угол имеет определенную градусную меру, большую нуля. Развернутый угол равен 180∘\displaystyle 180{}^\circ180∘. Градусная мера угла равна сумме градусных мер углов, на которые он разбивается любым лучом, проходящим между его сторонами.

x=x∘1+x∘2\displaystyle x=x_{1}^{{}^\circ }+x_{2}^{{}^\circ }x=x1∘+x2∘

Аксиома 3.3. Каково бы ни было число <katex code="\displaystyle d> , существует длины =\displaystyle==.

А теперь уже совсем странно.

IV. Аксиомы существования треугольника, равного данному.

Аксиома 4.1. Каков бы ни был треугольник, существует равный ему треугольник в данной плоскости в заданном расположении относительно данной полупрямой в этой плоскости.

Более понятными являются два следствия из этой аксиомы:

Следствие 1. От данной точки данной прямой в данную сторону можно отложить отрезок данной длины, причем единственным образом.

Следствие 2. От данного луча в данную полуплоскость можно отложить угол данной величины, причем единственным образом.

Ну, и последняя легендарная аксиома параллельных!

Но сперва определение:

Прямые называются параллельными, если они не имеют общих точек.

V. Аксиома параллельных.

Аксиома 5.1. На плоскости через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести не более одной прямой, параллельной данной.

Ну вот, и закончились аксиомы планиметрии! Слишком много их? Но представь себе, все они нужны. Для каждой из них есть хитрое-хитрое рассуждение, которое показывает, что если удалить эту аксиому, то развалится всё здание геометрии! Ну, или останется нечто, совершенно непохожее на то, к чему мы привыкли.

А теперь два основных факта об углах!

Смежные и вертикальные углы.

Два угла называются смежными, если одна сторона у них общая, а две другие являются дополнительными лучами.

Лучи, образующие угол, называются сторонами угла, а их общее начало – вершиной

Теорема. Сумма смежных углов равна 180∘\displaystyle 180{}^\circ180∘

180∘=x∘1+x∘2\displaystyle 180{}^\circ=x_{1}^{{}^\circ }+x_{2}^{{}^\circ }180∘=x1∘+x2∘

Это совсем простая теорема, правда?

Ведь общая сторона смежных углов просто-напросто разбивает развернутый угол на два угла и поэтому (ВНИМАНИЕ: работает Аксиома 3.2!) сумма смежных углов равна величине развернутого, то есть 180∘\displaystyle 180{}^\circ180∘.

Вертикальные углы проще нарисовать, чем описывать – смотри картинку.

Теорема. Вертикальные углы равны.

Эта тоже легкая теорема. Убедись:

∠1+∠3=180∘\displaystyle \angle 1+\angle 3=180{}^\circ∠1+∠3=180∘ (они смежные).∠2+∠3=180∘\displaystyle \angle 2+\angle 3=180{}^\circ∠2+∠3=180∘ (тоже смежные)∠1=∠2\displaystyle \angle 1=\angle 2∠1=∠2 - и ВСЁ!