Triángulo | |
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Símbolo Schläfli | {3} |
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Un triángulo (en el espacio euclidiano ) es una figura geométrica formada por tres segmentos que conectan tres puntos que no se encuentran en una línea recta . Estos tres puntos se llaman los vértices del triángulo, y los segmentos se llaman los lados del triángulo. La parte del plano delimitada por los lados se denomina interior del triángulo: a menudo se considera el triángulo junto con su interior (por ejemplo, para definir el concepto de área) [1] .
Los lados de un triángulo forman tres ángulos en los vértices de un triángulo , por lo que un triángulo también se puede definir como un polígono que tiene exactamente tres ángulos [2] , es decir, como parte de un plano delimitado por tres segmentos que conectan tres puntos que no se encuentran en una línea recta. El triángulo es una de las figuras geométricas más importantes y ampliamente utilizada en la ciencia y la tecnología, por lo que el estudio de sus propiedades se viene realizando desde la antigüedad.
El concepto de triángulo admite varias generalizaciones. Puede definir este concepto en geometría no euclidiana (por ejemplo, en una esfera ): en tales superficies , un triángulo se define como tres puntos conectados por geodésicas . En geometría -dimensional, el análogo de un triángulo es el símplex -ésimo dimensional .
A veces se considera un triángulo degenerado , cuyos tres vértices se encuentran en la misma línea recta. A menos que se indique lo contrario, se supone que el triángulo de este artículo no es degenerado.
Tradicionalmente, los vértices de un triángulo se indican con letras mayúsculas del alfabeto latino: , y los lados opuestos a ellos, con las mismas letras minúsculas (ver figura). Un triángulo con vértices y se denota como . Los lados también se pueden denotar por las letras de sus vértices delimitadores: , , .
El triángulo tiene los siguientes ángulos:
Los valores de los ángulos en los vértices correspondientes se indican tradicionalmente con letras griegas ( , , ).
El ángulo externo de un triángulo plano en un vértice dado es el ángulo adyacente al ángulo interno del triángulo en este vértice (ver figura). Si el ángulo interior en un vértice dado de un triángulo está formado por dos lados que salen de un vértice dado, entonces el ángulo exterior de un triángulo está formado por un lado que sale de un vértice dado y la continuación del otro lado que sale del mismo . vértice. La esquina exterior puede tomar valores desde hasta .
El perímetro de un triángulo es la suma de las longitudes de sus tres lados, y la mitad de este valor se llama semiperímetro .
Dado que en la geometría euclidiana la suma de los ángulos de un triángulo es , entonces al menos dos ángulos del triángulo deben ser agudos (menores que ). Existen los siguientes tipos de triángulos [2] .
La mediana de un triángulo dibujado a partir de un vértice dado es el segmento que conecta este vértice con el punto medio del lado opuesto (la base de la mediana). Las tres medianas de un triángulo se cortan en un punto. Este punto de intersección se llama baricentro o centro de gravedad del triángulo. El apellido se debe a que un triángulo hecho de un material homogéneo tiene un centro de gravedad en el punto de intersección de las medianas. El centroide divide cada mediana 1:2 desde la base de la mediana. Un triángulo con vértices en los puntos medios de las medianas se llama triángulo mediano . Las bases de las medianas de un triángulo dado forman el llamado triángulo complementario . La longitud de la medianabajada hacia el ladose puede encontrar mediante las fórmulas:
de manera similar para otras medianas.Altura en triángulos de varios tipos.
Las alturas se cortan en el ortocentro
La altura de un triángulo trazado desde un vértice dado se llama la perpendicular que baja de este vértice al lado opuesto o su continuación. Las tres alturas de un triángulo se cortan en un punto, llamado ortocentro del triángulo. Un triángulo con vértices en las bases de las alturas se llama ortotriángulo .
La longitud de la altura bajada hacia el lado se puede encontrar mediante las fórmulas:
; similar para otras alturas.Las longitudes de las alturas rebajadas a los lados. también se puede encontrar usando las fórmulas: [3] :p.64
.La bisectriz ( bisectriz ) de un triángulo dibujado desde un vértice dado es un segmento que conecta este vértice con un punto en el lado opuesto y divide el ángulo en el vértice dado por la mitad. Las bisectrices de un triángulo se cortan en un punto, y ese punto es el mismo que el centro del círculo inscrito ( incentro ).
Si el triángulo es escaleno (no isósceles), entonces la bisectriz dibujada desde cualquiera de sus vértices se encuentra entre la mediana y la altura dibujada desde el mismo vértice. Otra propiedad importante de la bisectriz: divide el lado opuesto en partes proporcionales a los lados adyacentes [4] .
La longitud de la bisectriz bajada hacia un lado se puede encontrar mediante una de las fórmulas:
, donde es el semiperímetro de . . ; aquí está la altura.La altura, la mediana y la bisectriz de un triángulo isósceles, bajado a la base, son iguales. Lo contrario también es cierto: si la bisectriz, la mediana y la altura dibujadas desde un vértice son iguales, entonces el triángulo es isósceles.
El círculo circunscrito (ver la figura de la derecha) es un círculo que pasa por los tres vértices del triángulo. La circunferencia circunscrita es siempre única, su centro coincide con el punto de intersección de las perpendiculares a los lados del triángulo, trazadas por los puntos medios de los lados. En un triángulo obtuso, este centro se encuentra fuera del triángulo [4] .
El círculo inscrito (ver la figura de la derecha) es un círculo tangente a los tres lados del triángulo. Ella es la única. El centro de la circunferencia inscrita se llama incentro , coincide con el punto de intersección de las bisectrices del triángulo.
Las siguientes fórmulas te permiten calcular los radios de los círculos inscritos y circunscritos .
donde es el área del triángulo y es su semiperímetro . ,¿ Dónde están los radios de los círculos correspondientes?
Dos proporciones más útiles:
[5] .También existe la fórmula de Carnot [6] :
,donde , , son las distancias desde el centro de la circunferencia circunscrita , respectivamente, a los lados , , del triángulo, , , son las distancias desde el ortocentro , respectivamente, a los vértices , , del triángulo.
La distancia desde el centro del círculo circunscrito , por ejemplo, al lado del triángulo es:
;la distancia del ortocentro , por ejemplo, al vértice del triángulo es:
.Un triángulo en el plano euclidiano puede definirse únicamente (hasta la congruencia ) por los siguientes tripletes de elementos básicos: [7]
Signos de igualdad de triángulos rectángulos:
Característica adicional: los triángulos son iguales si tienen dos lados y un ángulo opuesto al mayor de estos lados [8] .
En la geometría esférica y en la geometría de Lobachevsky hay un signo de que los triángulos son iguales en tres ángulos.
En cualquier triángulo, el ángulo mayor se encuentra frente al lado mayor, y viceversa. Los ángulos iguales se encuentran contra lados iguales [8] .
Cada ángulo externo de un triángulo es igual a la diferencia entre 180° y el ángulo interno correspondiente. Para un ángulo externo, el teorema del ángulo externo del triángulo también se cumple : un ángulo externo es igual a la suma de otros dos ángulos internos que no son adyacentes a él [8] .
En un triángulo no degenerado, la suma de las longitudes de sus dos lados es mayor que la longitud del tercer lado; en uno degenerado, es igual. En otras palabras, las longitudes de los lados de un triángulo no degenerado están relacionadas por las siguientes desigualdades:
.Propiedad adicional: cada lado del triángulo es mayor que la diferencia de los otros dos lados [8] .
La suma de los ángulos interiores de un triángulo es siempre 180°:
.En la geometría de Lobachevsky la suma de los ángulos de un triángulo siempre es menor a 180°, mientras que en una esfera siempre es mayor.
donde es el radio del círculo circunscrito al triángulo.
Es una generalización del teorema de Pitágoras .
Fuente: [10] .
.Otro nombre: fórmula de Regiomontanus .
El cálculo de lados, ángulos y otras características desconocidas de un triángulo a partir de los conocidos se ha denominado históricamente " resolución de triángulos ". Esto utiliza los teoremas trigonométricos generales anteriores, así como los signos de igualdad y semejanza de triángulos .
para esquina .
Las siguientes desigualdades se cumplen para el área:
donde en ambos casos se logra la igualdad si y solo si el triángulo es equilátero (regular).
Las propiedades de un triángulo estudiadas en la escuela, con raras excepciones, se conocen desde la antigüedad temprana. Los comienzos del conocimiento trigonométrico se pueden encontrar en los manuscritos matemáticos del antiguo Egipto , Babilonia y la antigua China . El principal logro de este período fue la razón, que más tarde recibió el nombre de teorema de Pitágoras ; Van der Waerden cree que los babilonios lo descubrieron entre 2000 y 1786 a. mi. [Dieciocho]
Una teoría general y bastante completa de la geometría de los triángulos (tanto planos como esféricos ) apareció en la Antigua Grecia [19] . En particular, en el segundo libro " Comienzos " , el teorema 12 de Euclides es un análogo verbal del teorema del coseno para triángulos obtusos [20] . El teorema 13 siguiente es una variante del teorema del coseno para triángulos acutángulos . Las propiedades de los elementos de los triángulos (ángulos, lados, bisectrices, etc.) después de Euclides fueron tratadas por Arquímedes , Menelao , Claudio Ptolomeo , Pappus de Alejandría [21] .
En el siglo IV, tras el declive de la ciencia antigua, el centro de desarrollo de las matemáticas se trasladó a la India. Los escritos de los matemáticos indios ( siddhantas ) muestran que sus autores estaban bien familiarizados con los trabajos de los astrónomos y geómetras griegos [22] . Los indios estaban poco interesados en la geometría pura, pero su contribución a la astronomía aplicada ya los aspectos computacionales de la trigonometría es muy significativa.
En el siglo VIII, los científicos de los países del Cercano y Medio Oriente se familiarizaron con los trabajos de los antiguos matemáticos y astrónomos griegos e indios. Sus tratados astronómicos, análogos a los siddhantas indios, se llamaban " ziji "; un zij típico era una colección de tablas astronómicas y trigonométricas, provistas de una guía para su uso y (no siempre) un resumen de la teoría general [23] . La comparación de zijs del período de los siglos VIII-XIII muestra la rápida evolución del conocimiento trigonométrico. Las obras más antiguas que se conservan pertenecen a al-Khwarizmi y al-Marvazi (siglo IX).
Thabit ibn Qurra (siglo IX) y al-Battani (siglo X) fueron los primeros en descubrir el teorema fundamental del seno para el caso especial de un triángulo esférico rectángulo . Para un triángulo esférico arbitrario, la prueba fue encontrada (de varias maneras y probablemente de forma independiente) por Abu-l-Vafa , al-Khujandi e ibn Iraq a fines del siglo X [24] . En otro tratado, ibn Iraq formuló y demostró el teorema del seno para un triángulo plano [25] .
La presentación fundamental de la trigonometría (tanto plana como esférica) fue dada por el matemático y astrónomo persa Nasir ad-Din at-Tusi en 1260 [26] . Su "Tratado sobre el cuatripartito completo" contiene métodos prácticos para resolver problemas típicos, incluidos los más difíciles, resueltos por el propio at-Tusi [27] . Así, a fines del siglo XIII, se descubrieron los teoremas básicos necesarios para el trabajo práctico con triángulos.
En Europa, el desarrollo de la teoría trigonométrica se volvió extremadamente importante en los tiempos modernos, principalmente para la artillería , la óptica y la navegación en viajes marítimos de larga distancia. En 1551 aparecieron las tablas trigonométricas de 15 dígitos de Rheticus , alumno de Copérnico , con un paso de 10” [28] . La necesidad de cálculos trigonométricos complejos provocó el descubrimiento de los logaritmos a principios del siglo XVII , y las primeras tablas logarítmicas de John Napier contenían únicamente los logaritmos de las funciones trigonométricas.
El estudio del triángulo continuó en el siglo XVII: se demostró el teorema de Desargues (1636), se descubrió el punto de Torricelli (1640) y se estudiaron sus propiedades. Giovanni Ceva demostró su teorema transversal (1678). Leibniz mostró cómo calcular la distancia desde el centro de gravedad de un triángulo a sus otros puntos notables [21] . En el siglo XVIII se descubren la línea de Euler y el círculo de seis puntos (1765).
A principios del siglo XIX se descubrió la punta de Gergonne . En 1828 se demostró el teorema de Feuerbach . A finales del siglo XIX, pertenece la obra de Emile Lemoine , Henri Brocard , Joseph Neuberg . El círculo de nueve puntos fue explorado por Poncelet , Brianchon y Steiner y se descubrieron relaciones e imágenes geométricas previamente desconocidas, por ejemplo, el círculo de Brocard , los puntos de Steiner y Tarry . En 1860, Schlömilch demostró un teorema: tres líneas que conectan los puntos medios de los lados de un triángulo con los puntos medios de sus respectivas alturas se cortan en un punto. En 1937, el matemático soviético S. I. Zetel demostró que este teorema es cierto no solo para las alturas, sino también para cualquier otro ceviano . Los estudios de los geómetras enumerados anteriormente convirtieron la geometría del triángulo en una rama independiente de las matemáticas [29] .
Frank Morley hizo una contribución significativa a la geometría del triángulo a fines del siglo XIX y principios del XX . Demostró que el lugar geométrico de los centros de la cardioide inscrita en un triángulo consta de nueve rectas que, tomadas de a tres, son paralelas a los tres lados de un triángulo equilátero. Además, los 27 puntos en los que se cortan estas nueve líneas son los puntos de intersección de dos trisectrices del triángulo que pertenecen al mismo lado del triángulo. El más famoso es un caso especial de este teorema: las trisectrices interiores de los ángulos de un triángulo adyacente al mismo lado se intersecan por pares en tres vértices de un triángulo equilátero. Henri Lebesgue (1940) publicó una generalización de estos trabajos , introdujo los -sectores de un triángulo y estudió su ubicación en forma general [30] .
A partir de la década de 1830 , las coordenadas de puntos trilineales se utilizaron ampliamente en la geometría de triángulos . La teoría de las transformaciones se desarrolló activamente: proyectiva , isogonal , isotómica y otras. La idea de considerar los problemas de la teoría de triángulos en el plano complejo resultó útil . [29] .
Todos los datos de esta sección se refieren a la geometría euclidiana .
A continuación se describen 3 tipos de transformaciones: 1) Conjugación isogonal, 2) Conjugación isotómica, 3) Transformación isocircular.
Conjugación isogonalSi, en lugar de una ceviana simétrica, tomamos una ceviana cuya base está tan alejada del centro del lado como la base del original, entonces esas cevianas también se cortarán en un punto. La transformación resultante se llama conjugación isotómica . También asigna líneas a cónicas circunscritas .
Bajo transformaciones afines, los puntos isotómicamente conjugados pasan a los isotómicamente conjugados. Con la conjugación de isotomía , la elipse de Steiner descrita irá a la línea en el infinito .
Composición de una conjugación isogonal (o isotómica ) y una polar trilinealSi en los segmentos cortados por los lados del triángulo del círculo circunscrito, se inscriben círculos que tocan los lados en las bases de las cevianas trazadas por un punto determinado, y luego los puntos de contacto de estos círculos se conectan con el circunscrito círculo con vértices opuestos, entonces tales líneas se cruzarán en un punto. La transformación del plano, comparando el punto de partida con el resultante, se denomina transformación isocircular [36] . La composición de las conjugaciones isogonal e isotómica es la composición de la transformación isocircular consigo misma. Esta composición es una transformación proyectiva que deja los lados del triángulo en su lugar y traduce el eje de las bisectrices exteriores en una línea recta en el infinito.
( primera identidad para tangentes )
comentario _ La relación anterior solo se aplica cuando ninguno de los ángulos es de 90° (en cuyo caso la función tangente siempre está definida).
, [37]( segunda identidad para tangentes )
,( primera identidad para senos )
, [37]( segunda identidad para senos )
, [5]( identidad para cosenos )
( identidad para razón de radios )
comentario _ Al dividir ambas partes de la segunda identidad por tangentes entre el producto , se obtiene una identidad por cotangentes :
,en forma (pero no en contenido) muy similar a la primera identidad para tangentes .
Las razones métricas en un triángulo se dan para :
Dónde:
En particular, si el vértice A está en el origen (0, 0), y las coordenadas de los otros dos vértices son B = ( x B , y B ) y C = ( x C , y C ) , entonces el área puede ser calculado como 1 ⁄ 2 del valor absoluto del determinante
La última fórmula para el área de un triángulo en la literatura inglesa se llama fórmula del área encerrada dentro de un cordón roto estirado sobre clavos ( fórmula del cordón de zapato ), o fórmula geodésica (fórmula del topógrafo [39] ), o el área de Gauss fórmula.
Sean los vértices del triángulo en los puntos , , .
Introduzcamos el vector de área . La longitud de este vector es igual al área del triángulo, y está dirigido a lo largo de la normal al plano del triángulo:
Sea , donde , , son las proyecciones del triángulo sobre los planos de coordenadas. Donde
y de la misma manera
El área del triángulo es .
Una alternativa es calcular las longitudes de los lados (según el teorema de Pitágoras ) y luego usar la fórmula de Heron .
Si denotamos las coordenadas cartesianas complejas (en el plano complejo) de los vértices del triángulo, respectivamente, por , y y denotamos sus puntos conjugados complejos por , y , respectivamente , entonces obtenemos la fórmula:
,que es equivalente a la fórmula del área encerrada dentro de la línea quebrada del cordón del zapato estirado sobre los clavos ( fórmula del cordón del zapato ), o la fórmula geodésica (fórmula del topógrafo [39] ), o la fórmula del área de Gauss.
Propiedades de un triángulo con lados , y ángulos , , .
La suma de los ángulos de un triángulo (no degenerado) es estrictamente mayor que .
Todos los triángulos semejantes son congruentes.
Teorema del seno (en adelante, el lado de un triángulo esférico generalmente no se mide por una medida lineal, sino por el valor del ángulo central basado en él ):
,Teoremas del coseno:
, .Para un triángulo con lados , , y ángulos , , .
La suma de los ángulos de un triángulo (no degenerado) es estrictamente menor que .
Como en una esfera, todos los triángulos semejantes son congruentes.
teorema del seno
,Teoremas del coseno
, .El valor de la suma de los ángulos de un triángulo en los tres casos (plano euclidiano, esfera, plano de Lobachevsky) es consecuencia de la fórmula de Gauss-Bonnet
.En el caso de un triángulo, la característica de Euler es . Las esquinas son las esquinas exteriores del triángulo. El valor de la cantidad (curvatura gaussiana) es para geometría euclidiana, para una esfera, para el plano de Lobachevsky.
Símbolo | Unicode | Nombre |
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△ | U+25B3 | triángulo blanco apuntando hacia arriba |
Se pueden encontrar artículos adicionales sobre geometría de triángulos en las categorías:
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polígonos | |||||
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Por número de lados |
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correcto |
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triangulos | |||||
cuadriláteros | |||||
ver también |