Test: Arii, raze și relații metrice în triunghi
Disciplina: Matematică · Clasa a IX-a · Unitatea: Aplicații ale trigonometriei în geometrie
Exerciții
Partea I – Formulele de arie și trecerea de la una la alta
Exercițiul 1 (6 puncte)
Alege litera corespunzătoare răspunsului corect (câte 2 puncte):
a) Aria triunghiului cu , și este: A. ; B. ; C. ; D. .
b) Într-un triunghi cu aria și semiperimetrul , raza cercului înscris este: A. ; B. ; C. ; D. .
c) Raza cercului circumscris triunghiului cu laturile , , este: A. ; B. ; C. ; D. .
Exercițiul 2 (6 puncte)
În triunghiul se cunosc , și .
a) Calculează aria triunghiului folosind formula . (2 p) b) Calculează . (2 p) c) Verifică rezultatul de la a) recalculând aria cu formula lui Heron. (2 p)
Exercițiul 3 (6 puncte)
Triunghiul are laturile , și . a) Arată că triunghiul este dreptunghic și calculează aria lui. (2 p) b) Calculează lungimea înălțimii duse din vârful unghiului drept. (2 p) c) Calculează razele și . (2 p)
Exercițiul 4 (6 puncte)
Stabilește dacă fiecare afirmație este adevărată (A) sau falsă (F) și justifică pe scurt (câte 1,5 puncte): a) „Două triunghiuri cu baze de aceeași lungime și înălțimi corespunzătoare egale au arii egale." b) „Formula lui Heron se poate aplica oricăror trei numere pozitive , , ." c) „Într-un triunghi, aria este egală cu produsul dintre raza cercului înscris și semiperimetru." d) „Mediana din împarte latura în segmente proporționale cu laturile alăturate lor."
Partea a II-a – Heron, raze, bisectoare și mediană
Exercițiul 5 (8 puncte)
Triunghiul are laturile , , . a) Calculează semiperimetrul și aria, folosind formula lui Heron. (3 p) b) Calculează lungimile celor trei înălțimi. (2 p) c) Calculează raza cercului înscris. (1,5 p) d) Calculează raza cercului circumscris. (1,5 p)
Exercițiul 6 (8 puncte)
În triunghiul se cunosc , și . Bisectoarea unghiului intersectează latura în punctul .
a) Calculează și . (3 p) b) Știind că , calculează . (2 p) c) Verifică rezultatul de la b) cu relația lui Stewart scrisă pentru punctul : (3 p)
Exercițiul 7 (6 puncte)
În triunghiul se cunosc , și , iar este mijlocul laturii . a) Calculează , folosind formula medianei . (3 p) b) Calculează aria triunghiului și deduce aria triunghiului , justificând răspunsul. (3 p)
Exercițiul 8 (6 puncte)
(Problemă aplicată.) Un teren are forma unui triunghi cu laturile de m, m și m.
a) Arată că terenul are forma unui triunghi dreptunghic. (2 p) b) Calculează aria terenului prin două metode diferite. (2 p) c) În mijlocul terenului se sapă o fântână circulară, tangentă la toate cele trei laturi. Calculează raza fântânii. (2 p)
Exercițiul 9 (5 puncte)
Triunghiul are laturile , și . a) Calculează aria cu formula lui Heron. (2 p) b) Calculează raza cercului înscris. (1,5 p) c) Calculează raza cercului circumscris. (1,5 p)
Partea a III-a – Demonstrații și itemi de tip examen
Exercițiul 10 (8 puncte)
(Redactare completă cerută.) Fie centrul cercului înscris în triunghiul și raza acestuia.
a) Demonstrează că , unde este aria triunghiului și semiperimetrul, și deduce formula . (5 p) b) Aplică formula pentru triunghiul cu laturile , , (aria ) și pentru triunghiul dreptunghic cu catetele și . (3 p)
Exercițiul 11 (8 puncte)
(Redactare completă cerută.) Fie un punct pe latura a triunghiului , cu , și . a) Demonstrează relația lui Stewart , aplicând teorema cosinusului în triunghiurile și . (5 p) b) Deduce din ea formula medianei și aplic-o triunghiului isoscel cu și . (3 p)
Exercițiul 12 (9 puncte)
În triunghiul se cunosc , și . a) Calculează . (2 p) b) Calculează aria triunghiului prin două metode: cu sinusul și cu formula lui Heron. (3 p) c) Calculează razele și . (2 p) d) Bisectoarea unghiului taie latura în . Calculează , și . (2 p)
Exercițiul 13 (8 puncte)
(Item tip Bacalaureat M1.) Se consideră triunghiul cu , și . a) Arătați că aria triunghiului este egală cu . (3 p) b) Determinați raza cercului înscris și raza cercului circumscris triunghiului . (3 p) c) Calculați distanța de la punctul la dreapta . (2 p)
Barem și răspunsuri
Punctaj total: 90 p din itemi + 10 p din oficiu = 100 p.
Exercițiul 1. (6 p) — câte 2 puncte. a) A. . (Varianta D este rezultatul obținut dacă se uită atât factorul , cât și sinusul.) b) A. Din rezultă . Varianta C ar corespunde formulei greșite cu perimetrul în loc de semiperimetru. c) C. Cum , triunghiul este dreptunghic, iar raza cercului circumscris este jumătate din ipotenuză: . (Control cu formula generală: și ✓.)
Exercițiul 2. (6 p)
a) (2 p) .
b) (2 p) Teorema cosinusului:
c) (2 p) Laturile sunt , , (inegalitatea triunghiului: ✓), deci (1 p) și (1 p) Cele două metode dau aceeași valoare — verificarea încrucișată a reușit.
Exercițiul 3. (6 p)
a) (2 p) , deci, conform reciprocei teoremei lui Pitagora, triunghiul este dreptunghic, cu ipotenuza (1 p). Aria: (1 p).
b) (2 p) Înălțimea din vârful unghiului drept cade pe ipotenuză, deci .
c) (2 p) , deci (1 p); , valoare confirmată de (1 p).
Exercițiul 4. (6 p) — câte 1,5 puncte (0,5 p răspunsul, 1 p justificarea).
a) A. Aria este : dacă ambii factori coincid, ariile coincid. (Aceasta este ideea din spatele faptului că o mediană împarte triunghiul în două triunghiuri echivalente.)
b) F. Cele trei numere trebuie să respecte inegalitatea triunghiului, altfel nu există niciun triunghi cu acele laturi. Contraexemplu: , , dau și , deci radicandul — radicalul nici nu se poate calcula.
c) A. Este chiar relația : unind centrul cercului înscris cu vârfurile, triunghiul se descompune în trei triunghiuri de înălțime (vezi itemul 10).
d) F. Proprietatea de proporționalitate aparține bisectoarei (); mediana împarte latura în două segmente egale, indiferent de laturile alăturate. Cele două coincid doar în triunghiul isoscel cu .
Exercițiul 5. (8 p)
a) (3 p) Inegalitatea triunghiului: ✓. Semiperimetrul: (1 p). Heron — (1 p) pentru înlocuirea corectă și (1 p) pentru calculul final:
b) (2 p) Din : (Se acordă 2 p pentru toate trei, 1 p pentru cel puțin una corectă. Observă că cea mai mare înălțime corespunde celei mai mici laturi.)
c) (1,5 p) .
d) (1,5 p) .
Exercițiul 6. (8 p)
a) (3 p) Teorema bisectoarei (1 p): Cum , împărțim în părți proporționale cu și (1 p): (1 p)
b) (2 p) , deci .
c) (3 p) Membrul stâng (1 p): . Membrul drept (1 p): . Cele două sunt egale ✓, deci valoarea este confirmată (1 p). (Triunghiul există: ✓.)
Exercițiul 7. (6 p)
a) (3 p) Mediana din cade pe latura , iar , (1 p): Calculul corect al lui (1,5 p); de aici (0,5 p).
b) (3 p) , iar Heron dă (1,5 p) Mediana împarte triunghiul în două triunghiuri cu baze egale () și cu aceeași înălțime din , deci de arii egale (1 p): (0,5 p)
Exercițiul 8. (6 p)
a) (2 p) , deci, conform reciprocei teoremei lui Pitagora, unghiul dintre laturile de m și m este drept.
b) (2 p) Metoda 1 — catetele (1 p): m². Metoda 2 — Heron (1 p): și
c) (2 p) Cercul tangent la toate cele trei laturi este cercul înscris, deci raza cerută este (1 p) (1 p) (Control cu formula pentru triunghiul dreptunghic: ✓.)
Exercițiul 9. (5 p)
a) (2 p) Inegalitatea triunghiului: ✓. Semiperimetrul: (0,5 p), deci (1,5 p)
b) (1,5 p) .
c) (1,5 p) . (Observă cât de diferite sunt cele două raze: triunghiul este foarte „turtit", deci cercul înscris e mic, iar cel circumscris — mare.)
Exercițiul 10. (8 p) — redactare completă.
a) Demonstrația (5 p). Centrul al cercului înscris este egal depărtat de cele trei laturi, distanța comună fiind chiar raza (razele duse la punctele de tangență sunt perpendiculare pe laturi) (1 p).
Unind cu vârfurile , , , triunghiul se descompune în trei triunghiuri fără puncte interioare comune: , , (1 p). Ariile lor se calculează luând ca baze laturile triunghiului, fiecare cu înălțimea (1,5 p): Adunând (1 p): Cum , împărțind obținem (0,5 p).
b) Aplicații (3 p). – Pentru triunghiul , , : și , deci (1,5 p). – Pentru triunghiul dreptunghic cu catetele și : ipotenuza este , , , deci (1,5 p). (Control cu formula specifică triunghiului dreptunghic: ✓.)
Exercițiul 11. (8 p) — redactare completă.
a) Demonstrația relației lui Stewart (5 p). Notăm ; atunci , deci (1 p).
Teorema cosinusului în triunghiul , pentru latura (1 p): Teorema cosinusului în triunghiul , pentru latura (1 p): Înmulțim prima relație cu , a doua cu și adunăm — termenii cu se reduc, fiindcă (1,5 p): unde am folosit . Aceasta este exact relația lui Stewart (0,5 p).
b) Formula medianei și aplicația (3 p). Pentru mediană, este mijlocul lui , deci și (0,5 p): Împărțim la și izolăm (1 p): Aplicație pentru , (1 p): Verificare (0,5 p): în triunghiul isoscel, mediana din vârf este și înălțime, deci ✓.
Exercițiul 12. (9 p)
a) (2 p) Cu : (Verificare: ✓.)
b) (3 p) Metoda 1 — cu sinusul (1,5 p): Metoda 2 — Heron (1,5 p): și
c) (2 p) (1 p); (1 p) (Control cu teorema sinusurilor: ✓.)
d) (2 p) Teorema bisectoarei: , iar , deci (1 p) Lungimea bisectoarei (1 p): (Control cu relația lui Stewart: , iar ✓.)
Exercițiul 13. (8 p)
a) (3 p) Inegalitatea triunghiului: ✓, deci triunghiul există. Semiperimetrul este (1 p), iar formula lui Heron dă (1,5 p): (0,5 p)
b) (3 p) (1,5 p); (1,5 p)
c) (2 p) Distanța de la la dreapta este lungimea înălțimii duse din , iar baza corespunzătoare este (1 p): (1 p) (Control: aria calculată invers, ✓.)
Pentru părinți și profesori
Acest test verifică arsenalul metric complet al triunghiului: cele patru formule de arie și trecerea liberă de la una la alta, razele celor două cercuri asociate triunghiului și relațiile care măsoară segmente din interiorul lui. Sunt evaluate: aria cu sinus (), formula lui Heron (aria din cele trei laturi), aria ca produs și legătura ; raza cercului înscris și raza cercului circumscris ; teorema bisectoarei, relația lui Stewart și formula medianei. Un obicei esențial pe care testul îl exersează sistematic este verificarea aceleiași arii prin două metode diferite — cel mai bun detector de erori de calcul. Ultima parte cere demonstrații redactate complet, în stilul Bacalaureatului M1.
- Punctaj total: 100 de puncte (90 de puncte din itemi + 10 puncte din oficiu).
- Timp recomandat: 50 de minute (o oră de curs); la itemii cu demonstrație se cer toate etapele scrise, nu doar rezultatul final.
- Cum se aplică: elevul lucrează individual, pe foaie, fără calculator. Rezultatele iraționale rămân în formă exactă. Înainte de orice calcul de arie se verifică inegalitatea triunghiului — dacă nu e respectată, formula lui Heron dă un radicand negativ.
- Interpretare: 90–100 p = foarte bine; 75–89 p = bine; 60–74 p = satisfăcător; sub 60 p = se recomandă reluarea lecțiilor unității, cu accent pe alegerea formulei potrivite datelor și pe distincția dintre și .
- Formule de reținut: notațiile sunt cele consacrate — , , , = aria, iar este semiperimetrul (jumătatea perimetrului, nu perimetrul!). Ariile: ; ; formula lui Heron ; ; . Razele: (cerc înscris, tangent la toate laturile), (cerc circumscris, care trece prin vârfuri); într-un triunghi dreptunghic, și . Înălțimea: . Teorema bisectoarei: dacă bisectoarea din taie în , atunci , iar lungimea ei este dată de . Relația lui Stewart: pentru cu , , și : . Mediana: .
Notă: în barem, cuvântul „itemul" este folosit ca termen de evaluare; la clasă, în vorbirea curentă, spunem „exercițiul".
