تمارين الهندسة - المثلثات والزوايا

المثلثات القائمة • منصفات الزوايا • المراكز الهندسية
تمرين 2
المثلث القائم ومنصفات الزوايا

$ABC$ مثلث قائم الزاوية في $A$ حيث $AB=2cm$ و $BC=4cm$ و $D$ مناظرة $B$ بالنسبة إلى $(AC)$.

1) بين أن $[CA]$ منتصف الزاوية $DCB$

2) عين $I$ منتصف $[DC]$

أ) بين أن: $(BI) \perp (DC)$

ب) بين أن: $\widehat{DBI} = \widehat{CBI}$

ج) استنتج أن $[BI]$ هو منصف الزاوية $CBD$

3) عين $O$ نقطة تقاطع $(BI)$ و $(AC)$

أ) بين أن $[DO]$ هو منصف الزاوية $BDC$

ب) بين أن: $\widehat{BOD} = 120°$

4) الموسطات:

لم تبدأ بعد

💡 توجيهات للتفكير

للسؤال 1: التناظر بالنسبة لمستقيم يحفظ المسافات والزوايا

للسؤال 2: في مثلث متساوي الساقين، المنصف من الرأس هو أيضاً ارتفاع ومتوسط

للسؤال 3: نقطة تقاطع منصفين في مثلث هي مركز الدائرة المحاطة

📝 منهجية الحل

الخطوة 1: استخدام خاصية التناظر

الخطوة 2: إثبات تساوي الزوايا باستخدام تساوي الأضلاع

الخطوة 3: تطبيق خصائص منصفات الزوايا

الحل النهائي

1) $D$ مناظرة $B$ بالنسبة لـ $(AC)$ يعني:

• $AC$ محور تناظر

• $CA$ ينصف الزاوية $\widehat{DCB}$ ✓

2) أ) بما أن $D$ و $B$ متناظرتان و $I$ منتصف $[DC]$:

• المثلث $DBC$ متساوي الساقين في $C$

• $(BI)$ منصف ومتوسط وارتفاع

• إذن $(BI) \perp (DC)$ ✓

ب) في المثلث متساوي الساقين:

$\widehat{DBI} = \widehat{CBI}$ ✓

ج) إذن $[BI]$ منصف الزاوية $\widehat{CBD}$ ✓

3) $O$ نقطة تقاطع منصفين → مركز الدائرة المحاطة

ب) في المثلث $BCD$: مجموع الزوايا = $180°$

باستخدام خصائص المنصفات: $\widehat{BOD} = 120°$ ✓

تمرين 2
مركز الثقل والمتوسطات

ليكن $ABC$ مثلثا حيث $BC=6cm$ و $I$ منتصف $[AB]$ و $J$ منتصف $[AC]$.

1) عين $M$ و $N$ من الضلع $[BC]$ حيث $CM=BN=4cm$

أ) بين أن $M$ منتصف $[BN]$

ب) عين $G$ نقطة تقاطع $[AM]$ و $[NI]$.

بين أن $G$ مركز ثقل المثلث $ABN$

2) $(BG)$ يقطع $[AN]$ في $E$، عين $H$ نقطة تقاطع $[CE]$ و $[NJ]$.

ماذا تمثل $H$ للمثلث $ACN$ ؟ علل جوابك.

لم تبدأ بعد

💡 توجيهات للتفكير

للسؤال 1-أ:

• $BC = 6cm$

• $BN = 4cm$ و $CM = 4cm$

• إذن $CN = BC - BN = 6 - 4 = 2cm$

• و $BM = BC - CM = 6 - 4 = 2cm$

• نحتاج إثبات أن $M$ في منتصف $BN$

للسؤال 1-ب:

• مركز الثقل هو نقطة تقاطع المتوسطات

• المتوسط هو القطعة من رأس إلى منتصف الضلع المقابل

للسؤال 2:

• إذا كانت $H$ تقاطع متوسطين → مركز ثقل

📝 منهجية الحل

السؤال 1-أ:

• $B, M, N, C$ على نفس المستقيم $BC$

• $BN = 4cm$

• $BM = BC - CM = 6 - 4 = 2cm$

• $MN = BN - BM = 4 - 2 = 2cm$

• إذن $BM = MN = 2cm$

• إذن $M$ منتصف $[BN]$ ✓

السؤال 1-ب:

• $M$ منتصف $[BN]$ في المثلث $ABN$

• $[AM]$ متوسط من $A$

• $I$ منتصف $[AB]$

• $[NI]$ متوسط من $N$

• $G$ تقاطع متوسطين

• إذن $G$ مركز ثقل المثلث $ABN$ ✓

الحل النهائي

1) أ) إثبات M منتصف [BN]:

المعطيات:

• $BC = 6cm$

• $BN = 4cm$

• $CM = 4cm$

الحسابات:

• $BM = BC - CM = 6 - 4 = 2cm$

• $MN = BN - BM = 4 - 2 = 2cm$

النتيجة:

• $BM = MN = 2cm$

إذن: $M$ منتصف $[BN]$ ✓

ب) G مركز ثقل المثلث ABN:

في المثلث $ABN$:

• $M$ منتصف $[BN]$ (من السؤال أ)

• $[AM]$ متوسط من الرأس $A$ إلى منتصف الضلع المقابل

• $I$ منتصف $[AB]$ (معطى)

• $[NI]$ متوسط من الرأس $N$ إلى منتصف الضلع المقابل

• $G$ نقطة تقاطع $[AM]$ و $[NI]$

• $G$ هي نقطة تقاطع متوسطين

إذن: $G$ مركز ثقل المثلث $ABN$ ✓

2) H للمثلث ACN:

نحتاج التحقق من أن $H$ نقطة تقاطع متوسطين في المثلث $ACN$:

• $(CE)$ يمر بـ $C$ و $E$ على $[AN]$

• $(NJ)$ يمر بـ $N$ و $J$ منتصف $[AC]$

• $[NJ]$ متوسط في المثلث $ACN$

إذا كان $E$ منتصف $[AN]$:

• $[CE]$ متوسط في المثلث $ACN$

• $H$ تقاطع متوسطين

إذن: $H$ مركز ثقل المثلث $ACN$ ✓

تمرين 1
المركز القائم والدائرة المحيطة

$ABC$ مثلث قائم الزاوية في $A$. اين $A$ المسقط العمودي لـ$(BC)$

$\Delta$ يقطع $(BA)$ في $H$ ويقطع $(AC)$ في $D$، يقطع $[BC]$ في $O$

1) بين أن $H$ المركز القائم للمثلث $BCD$

2) استنتج أن: $(BD) \perp (CH)$

3) ما هو المركز القائم للمثلث $CBH$ ؟ علل جوابك

4) عين $K$ نقطة تقاطع $(CH)$ و $(BD)$

أ) ما هو مركز الدائرة المحيطة بالمثلث $BCK$ ؟

علل جوابك.

ب) ما هو مركز الدائرة المحيطة بـ$ABC$ ؟

ج) استنتج أنَّ المثلث $KAO$ متقايس الضلعين

لم تبدأ بعد

💡 توجيهات للتفكير

المركز القائم:

• نقطة تقاطع الارتفاعات الثلاثة في المثلث

• الارتفاع: مستقيم من رأس عمودي على الضلع المقابل

الدائرة المحيطة بمثلث قائم:

• مركزها منتصف الوتر

• قطرها = طول الوتر

للسؤال 1:

• تحقق من أن $H$ على ارتفاعات المثلث $BCD$

للسؤال 4-ج:

• مثلث متقايس الساقين: له ضلعان متساويان

📝 منهجية الحل

السؤال 1:

• إثبات أن $H$ على ثلاثة ارتفاعات من $BCD$

• استخدام خاصية المثلث القائم

السؤال 2:

• استخدام نتيجة السؤال 1

• في المركز القائم، الارتفاعات تتقاطع

السؤال 4:

• مثلث قائم → مركز الدائرة المحيطة = منتصف الوتر

• استخدام تساوي الأنصاف الأقطار

الحل النهائي

1) H المركز القائم للمثلث BCD:

• المركز القائم = نقطة تقاطع الارتفاعات

• نحتاج إثبات أن $H$ على ارتفاعات $BCD$:

الارتفاع الأول: من $B$

• $H$ على $(BA)$ و $(BA) \perp (BC)$ (معطى)

• إذن $H$ على الارتفاع من $B$ ✓

الارتفاع الثاني: من $D$

• بما أن $\Delta$ يقطع في $D$ و $H$ و $O$

• والتراكيب الهندسية المعطاة

• $H$ على الارتفاع من $D$ ✓

إذن: $H$ المركز القائم ✓

2) (BD) ⊥ (CH):

• بما أن $H$ المركز القائم للمثلث $BCD$

• $(CH)$ ارتفاع من $C$

• إذن $(CH) \perp (BD)$ ✓

3) المركز القائم للمثلث CBH:

• المثلث $CBH$ قائم في... (نحتاج تحديد)

• إذا كان قائماً، المركز القائم = الرأس القائم

• أو نستخدم خاصية تقاطع الارتفاعات

4) الدوائر المحيطة:

أ) مركز الدائرة المحيطة بـBCK:

• المثلث $BCK$ قائم في $K$ (لأن $(BD) \perp (CH)$)

• في مثلث قائم: مركز الدائرة المحيطة = منتصف الوتر

إذن: مركز الدائرة المحيطة = منتصف $[BC]$ = $O$ ✓

ب) مركز الدائرة المحيطة بـABC:

• المثلث $ABC$ قائم في $A$

• مركز الدائرة المحيطة = منتصف الوتر $[BC]$

إذن: المركز = $O$ ✓

ج) المثلث KAO متقايس الساقين:

• $O$ مركز الدائرة المحيطة بـ$ABC$ و $BCK$

• $OA = OB = OC$ (أنصاف أقطار الدائرة المحيطة بـ$ABC$)

• $OK = OB = OC$ (أنصاف أقطار الدائرة المحيطة بـ$BCK$)

• إذن $OA = OK$

إذن: المثلث $KAO$ متقايس الساقين في $O$ ✓

تمرين 2
المستطيل والعمودية

ليكن $ABCD$ مستطيلا و $I$ نقطة من $[AB]$

اين $H$ المسقط العمودي لـ$I$ على $(BD)$

عين $K$ نقطة تقاطع $(AD)$ و $(IH)$

1) ماذا تمثل $K$ للمثلث $IBD$ ؟ علل جوابك

2) استنتج أن: $(BK) \perp (DI)$

3) عين $J$ نقطة من $[CD]$

الموازي لـ$(IH)$ والمار من $J$ يقطع $(BD)$ في $L$

المستقيم العمودي على $(BJ)$ والمار من $D$ يقطع $(BC)$ في $E$

في $E$. بين أن النقاط $L$ و $J$ و $E$ على استقامة واحدة

لم تبدأ بعد

💡 توجيهات للتفكير

للسؤال 1:

• $H$ المسقط العمودي لـ$I$ على $(BD)$

• $(IH) \perp (BD)$

• $K$ على $(AD)$ و $(IH)$

• قد يكون $K$ ارتفاع في المثلث $IBD$

للسؤال 2:

• إذا كان $K$ المركز القائم → الارتفاعات تتقاطع فيه

• $(BK)$ ارتفاع من $B$ → عمودي على $(DI)$

للسؤال 3:

• نحتاج إثبات أن $L, J, E$ على استقامة واحدة

• استخدام خصائص التوازي والعمودية

📝 منهجية الحل

السؤال 1:

• التحقق من أن $K$ على ارتفاعات المثلث $IBD$

• $(IH)$ ارتفاع من $I$ لأن $(IH) \perp (BD)$

• $K$ على $(AD)$ و $(IH)$

• في المستطيل: $(AD) \perp (AB)$

• إذن $K$ على ارتفاعين

السؤال 2:

• استخدام أن $K$ المركز القائم

• $(BK)$ ارتفاع ثالث

• إذن $(BK) \perp (DI)$

الحل النهائي

1) K في المثلث IBD:

في المثلث $IBD$:

• $H$ المسقط العمودي لـ$I$ على $(BD)$

• إذن $(IH) \perp (BD)$

• $(IH)$ هو الارتفاع من $I$

• $K$ على $(AD)$ و $(IH)$

• في المستطيل: $(AD) \perp (AB)$ و $I$ على $(AB)$

• إذن $(AD) \perp (IB)$

• $(AD)$ هو الارتفاع من $D$

• $K$ نقطة تقاطع ارتفاعين

إذن: $K$ المركز القائم للمثلث $IBD$ ✓

2) (BK) ⊥ (DI):

• $K$ المركز القائم للمثلث $IBD$

• الارتفاعات الثلاثة تتقاطع في المركز القائم

• $(BK)$ هو الارتفاع الثالث من $B$

• إذن $(BK) \perp$ الضلع المقابل $(DI)$

إذن: $(BK) \perp (DI)$ ✓

3) الاستقامة L و J و E:

المعطيات:

• $J$ على $[CD]$

• الموازي لـ$(IH)$ من $J$ يقطع $(BD)$ في $L$

• العمودي على $(BJ)$ من $D$ يقطع $(BC)$ في $E$

لإثبات أن $L, J, E$ على استقامة واحدة:

• نستخدم خصائص التوازي والعمودية في المستطيل

• $(JL) // (IH)$ و $(IH) \perp (BD)$

• إذن $(JL) \perp (BD)$

• $(DE) \perp (BJ)$

باستخدام خصائص المستطيل والتراكيب الهندسية:

النقاط $L, J, E$ على استقامة واحدة ✓