Построение окружности через три заданные точки: задачи и решения для 8 класса
Практический тренажёр с построениями. Для всех заданий нужны линейка без измерения (прямая кромка), циркуль, карандаш, при необходимости клетчатая бумага. Главное действие — построить единственную окружность через три различные неколлинеарные точки. Точки и числовые условия у каждой задачи собственные.
Содержание статьи7 разделов
Короткая памятка: строгий алгоритм
- Соедините A с B и A с C: получилось две стороны треугольника ABC.
- Постройте серединный перпендикуляр к AB, затем к AC. Для каждого найдите середину и восстановите перпендикуляр через неё.
- Обозначьте пересечение прямых O. Проверьте, что OA = OB = OC.
- Поставьте иглу циркуля в O и проведите окружность радиуса OA. Проверьте попадание B и C на дугу.
Важное условие существования: точки A, B, C попарно различны и не лежат на одной прямой. Если они коллинеарны, конечная окружность через все три невозможна. Если точек фактически две (одна совпала), окружностей бесконечно много, единственность пропадает.
Построение серединного перпендикуляра одним циркулем и линейкой
Для отрезка AB установите раствор циркуля больше половины AB. Не меняя раствора, проведите две дуги с центрами в A и B по разные стороны от отрезка. Соедините две точки пересечения дуг: полученная прямая проходит через середину AB и образует с ним прямой угол. Затем тем же способом постройте серединный перпендикуляр к AC. Увеличение радиуса дуг сверх половины AB нужно только для появления двух точек пересечения; их числовое значение в готовой окружности не используется.
После нахождения O аккуратно проверьте три расстояния линейкой: OA, OB, OC должны совпасть в пределах точности чертежа. Не считайте расхождение на 1–2 миллиметра доказательством несуществования окружности: оно может быть следствием толщины линии, смещения иглы или плохой разметки середины. Геометрическое обоснование даёт точное равенство, даже если рисунок выполнен приблизительно.
Серия 1. Построить и объяснить (1–7)
- Отметьте три точки A, B, C, не лежащие на одной прямой. Опишите первый шаг построения окружности через них.
- Какую прямую нужно построить для отрезка AB, чтобы найти множество равноудалённых от A и B точек?
- Почему пересечение двух серединных перпендикуляров к AB и AC равноудалено также от B и C?
- Точки A(0;0), B(8;0), C(0;10). Найдите центр окружности и её радиус (единица — клетка).
- Точки A(−4;0), B(4;0), C(0;3). Где расположен центр? Определите его координаты.
- Можно ли провести окружность через три точки (1;2), (3;2), (5;2)?
- Объясните, почему через три разные неколлинеарные точки проходит ровно одна окружность.
Серия 2. Найти центр на сетке (8–14)
Координатные задачи — проверка построения, а не требование пользоваться аналитической геометрией на каждом уроке. Можно начертить точки на клетчатой бумаге и проверить результат измерением. Если в ответе дробный радиус, не округляйте его без указания.
- Точки A(−3;−2), B(3;−2), C(0;2). Определите ось, на которой лежит центр, прежде чем его вычислять.
- В предыдущем задании найдите координаты центра и радиус.
- В равностороннем треугольнике со стороной 6 см где лежит центр описанной окружности? Найдите радиус.
- В прямоугольном треугольнике с катетами 6 см и 8 см опишите расположение центра и вычислите радиус.
- Почему пересечение медиан произвольного треугольника нельзя без доказательства принимать за центр описанной окружности?
- Точки A(0;0), B(8;0), C(4;3). Определите центр и радиус окружности.
- Точки A(0;0), B(10;0), C(2;4). Найдите центр описанной окружности.
Серия 3. Сложные и пограничные случаи (15–21)
- Укажите ошибку: ученик построил перпендикуляры к AB и AC через точки A и A, а не через середины отрезков.
- При построении две серединные прямые «не пересеклись» на небольшом листе бумаги. Можно ли заключить, что окружности не существует?
- Пусть A, B, C — три различные точки с AB = AC и вершиной A над основанием BC. На какой линии лежит центр?
- Точки A(−2;0), B(2;0), C(0;−2). Постройте центр аналитически.
- Если две из трёх данных точек совпадают, можно ли по этим данным выбрать единственную окружность?
- Три вершины правильного треугольника образуют окружность радиуса 4 см. Каково расстояние от центра до каждой вершины?
- Почему достаточно построить серединные перпендикуляры к двум сторонам, а не к каждой из трёх?
Полные ответы к 21 заданию
- Соединить A с B и A с C и отметить середины AB и AC; затем построить серединные перпендикуляры к этим отрезкам.
- Серединный перпендикуляр к AB. Каждая его точка одинаково удалена от A и B.
- OA = OB и OA = OC, следовательно OB = OC. Значит окружность с центром O проходит через три точки.
- O(4;5), R = √41 клетки. Это середина гипотенузы BC прямоугольного треугольника; OA = √(4²+5²)=√41.
- O(0;−7/6). Центр лежит на оси Oy как на серединном перпендикуляре к AB; равенство OA²=OC² даёт 16+y²=(3−y)², y=−7/6.
- Нет. Все три точки на прямой y=2, а прямая пересекает окружность максимум в двух различных точках.
- Единственность следует из единственной точки пересечения серединных перпендикуляров к двум непараллельным сторонам треугольника.
- На оси Oy. Отрезок AB горизонтален и симметричен относительно Oy.
- O(0;−9/8), R = 25/8 клетки. По равенству расстояний: 9+(y+2)²=(2−y)², значит 8y=−9; радиус OA=√(9+(7/8)²)=25/8.
- В пересечении серединных перпендикуляров (также медиан). Радиус R = a/√3 = 2√3 см.
- В середине гипотенузы. Гипотенуза √(6²+8²)=10 см, R=5 см.
- Медиана не обязана быть перпендикулярна стороне. В неравностороннем треугольнике центр медиан и центр описанной окружности обычно не совпадают.
- O(4;−7/6), R = 25/6 клетки. OA² = 16+y², OC²=(3−y)², 16+y²=9−6y+y², y=−7/6, R=√(16+49/36)=25/6.
- O(5;0), R = 5 клеток. По AB получаем x=5; 25+y²=9+(y−4)² даёт y=0. Тогда OA=5.
- Ошибка в точках прохождения. Перпендикуляры через концы сторон не дают множество равноудалённых точек; нужны прямые через середины.
- Нет. Серединные перпендикуляры непараллельных сторон пересекаются, но их точка пересечения может лежать далеко за листом; удлините прямые.
- На серединном перпендикуляре к BC. Он же ось симметрии равнобедренного треугольника; центр может находиться внутри или вне треугольника.
- O(0;0), R=2 клетки. A и B на расстоянии 2, C на расстоянии 2 от начала координат.
- Нет. При наличии только двух разных точек существует бесконечно много окружностей через них; центры лежат на их серединном перпендикуляре.
- 4 см до каждой. Все три вершины лежат на окружности, а расстояния до центра — радиусы.
- Двух достаточно. Их точка пересечения равноудалена от трёх вершин, поэтому автоматически принадлежит и третьему серединному перпендикуляру.
Доказательство корректности построения
Серединный перпендикуляр к AB состоит из всех точек X, для которых XA=XB. Аналогично серединный перпендикуляр к AC состоит из всех точек с XA=XC. Точка O пересечения одновременно обладает обоими свойствами, значит OA=OB=OC. Это и есть определение центра искомой окружности. Стороны AB и AC непараллельны, поэтому их серединные перпендикуляры тоже непараллельны и имеют одно пересечение. Так доказывается единственность.
Подсказка учителю: задания 4, 9, 13–14 предназначены для дополнительного уровня; ученику, ещё не изучавшему координаты, можно дать только геометрическое построение. Не используйте на глаз «центр треугольника» вместо пересечения серединных перпендикуляров.
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
