Test: teorema sinusurilor și raza cercului circumscris
Disciplina: Matematică · Clasa a X-a · Unitatea: Aplicații ale trigonometriei în geometrie
Pentru părinți și profesori
Acest test verifică a doua unealtă mare a unității: teorema sinusurilor, adică faptul că într-un triunghi raportul dintre o latură și sinusul unghiului opus ei este același pentru toate trei perechile — și că această valoare comună nu este un număr oarecare, ci diametrul cercului circumscris triunghiului. Din această singură egalitate decurg toate deprinderile evaluate aici: aflarea unei laturi când se cunosc două unghiuri și o latură (situația tipică a măsurătorilor de teren, unde unghiurile se măsoară ușor, iar distanțele greu), calculul razei fără a construi cercul, compararea laturilor prin compararea unghiurilor și trecerea de la o latură la alta prin formula . Două capcane sunt urmărite explicit: sinusul unui unghi obtuz este pozitiv (deci semnul nu mai ajută la recunoașterea naturii unghiului, cum se întâmpla la cosinus), iar din valoarea nu se poate deduce unic măsura unghiului , pentru că . Ultima parte pune teorema la lucru în topografie și în probleme de tip examen.
- 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 marcați se cer toate etapele scrise, nu doar rezultatul final.
- Cum se aplică: elevul lucrează individual, pe foaie, și are voie să folosească tabelul de valori trigonometrice sau un calculator, așa cum prevede programa. Convenția de rotunjire, aceeași peste tot în test: valorile trigonometrice se iau cu 4 zecimale, lungimile se rotunjesc la 2 zecimale, iar unghiurile la o zecimală de grad. Acolo unde rezultatul este exact (radical sau fracție), se cere forma exactă, iar aproximarea se dă doar dacă enunțul o cere.
- 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 legătura dintre raportul constant și diametrul cercului circumscris.
- Formule de reținut: teorema sinusurilor, în forma extinsă: unde este raza cercului circumscris triunghiului. Formele derivate, folosite cel mai des: Consecințe: într-un triunghi, unei laturi mai mari i se opune un unghi mai mare, deci și un sinus mai mare; orice latură este cel mult egală cu , iar egalitatea are loc doar când unghiul opus este drept (latura devine diametru). Sinusul unghiurilor obtuze: , deci sinusul este pozitiv pentru orice unghi al unui triunghi, iar din rezultă două posibilități, sau . Suma unghiurilor: — relația care completează întotdeauna teorema sinusurilor.
Notă: în barem, cuvântul „itemul" este folosit ca termen de evaluare; la clasă, în vorbirea curentă, spunem „exercițiul".
Itemi
Partea I – Raportul constant și diametrul cercului circumscris
Itemul 1 (6 puncte)
Alege litera corespunzătoare răspunsului corect (câte 2 puncte):
a) În triunghiul se cunosc și . Raza cercului circumscris triunghiului este: A. ; B. ; C. ; D. .
b) În triunghiul se cunosc , și . Lungimea laturii este: A. ; B. ; C. ; D. .
c) Valoarea lui este: A. ; B. ; C. ; D. .
Itemul 2 (6 puncte)
În triunghiul se cunosc , și .
a) Calculează . (1 p) b) Calculează și raza a cercului circumscris. (2 p) c) Calculează latura , în formă exactă și aproximată la două zecimale. (2 p) d) Fără a calcula latura , precizează care dintre cele trei laturi este cea mai lungă și justifică. (1 p)
Itemul 3 (6 puncte)
Triunghiul are , și . a) Arată că triunghiul este dreptunghic. (2 p) b) Calculează raza cercului circumscris folosind teorema sinusurilor. (2 p) c) Calculează și . (2 p)
Itemul 4 (6 puncte)
Stabilește dacă fiecare afirmație este adevărată (A) sau falsă (F) și justifică pe scurt (câte 1,5 puncte): a) „Într-un triunghi, laturii mai lungi i se opune unghiul cu sinusul mai mare." b) „Dacă în triunghiul avem , atunci ." c) „Dacă într-un triunghi , atunci ." d) „Într-un triunghi înscris într-un cerc de rază , nicio latură nu poate depăși ."
Partea a II-a – Aplicații ale teoremei sinusurilor
Itemul 5 (8 puncte)
(Problemă aplicată.) Doi topografi se află în punctele și , la distanța m unul de altul, pe malul unui canal. Amândoi vizează același stâlp , de pe malul opus, și măsoară și .
a) Calculează . (1 p) b) Calculează și raza a cercului circumscris triunghiului , în formă exactă. (2 p) c) Calculează distanța , în formă exactă și aproximată la două zecimale. (2,5 p) d) Calculează distanța , aproximată la două zecimale. (2,5 p)
Itemul 6 (7 puncte)
Un triunghi este înscris într-un cerc de rază și are și . a) Calculează lungimea laturii , opusă unghiului de . (2 p) b) Calculează lungimea laturii , opusă unghiului de , în formă exactă și aproximată la două zecimale. (2 p) c) Arată că triunghiul este isoscel și calculează perimetrul lui. (3 p)
Itemul 7 (7 puncte)
În triunghiul se cunosc , și . Din tabel: . a) Calculează și determină , rotunjită la o zecimală de grad. (3 p) b) Explică de ce, în această situație, unghiul nu poate fi obtuz, deși din valoarea sinusului ar rezulta două posibilități. (2 p) c) Calculează . (2 p)
Itemul 8 (6 puncte)
(Problemă aplicată.) Pentru a măsura lățimea unei râpe, un inginer alege pe marginea ei două puncte și , cu m, și vizează din amândouă un reper de pe marginea opusă. El măsoară și . Din tabel: , , . a) Calculează . (1 p) b) Calculează distanța , rotunjită la două zecimale. (2,5 p) c) Calculează distanța , rotunjită la două zecimale. (2,5 p)
Itemul 9 (6 puncte)
În triunghiul se cunosc , și . Din tabel: , , . a) Calculează , apoi și . (2 p) b) Calculează laturile și , rotunjite la două zecimale. (3 p) c) Verifică faptul că ordinea crescătoare a laturilor coincide cu ordinea crescătoare a unghiurilor opuse. (1 p)
Partea a III-a – Probleme practice și itemi de tip Bacalaureat
Itemul 10 (8 puncte)
(Redactare completă cerută.) Se consideră triunghiul cu laturile , , . a) Calculează și arată că unghiul este obtuz. (3 p) b) Deduce valoarea lui . (2 p) c) Calculează raza cercului circumscris triunghiului. (3 p)
Itemul 11 (8 puncte)
(Item tip Bacalaureat.) Se consideră triunghiul cu , și . a) Determinați . (1 p) b) Arătați că , unde este raza cercului circumscris. (3 p) c) Calculați latura . (2 p) d) Calculați latura , rotunjită la două zecimale, știind că . (2 p)
Itemul 12 (8 puncte)
(Problemă aplicată.) Trei stâlpi de iluminat, , și , sunt așezați pe marginea unui scuar circular. Se măsoară m, , și . Din tabel: , , .
a) Calculează diametrul și raza scuarului, rotunjite la două zecimale. (3 p) b) Calculează distanța , rotunjită la două zecimale. (2,5 p) c) Calculează distanța , rotunjită la două zecimale. (2,5 p)
Itemul 13 (8 puncte)
(Item tip Bacalaureat.) Se consideră triunghiul cu și . a) Arătați că raza cercului circumscris triunghiului este . (2 p) b) Știind că , calculați și determinați ambele valori posibile pentru . (3 p) c) Arătați că ambele valori conduc la triunghiuri care există și precizați în fiecare caz. (3 p)
Barem și răspunsuri
Punctaj total: 90 p din itemi + 10 p din oficiu = 100 p.
Itemul 1. (6 p) — câte 2 puncte. a) B. Din obținem , deci . Varianta C este capcana clasică: este diametrul, nu raza. b) B. Din rezultă . c) A. Unghiul este obtuz, dar sinusul rămâne pozitiv: . Variantele cu semnul minus provin din confuzia cu cosinusul.
Itemul 2. (6 p)
a) (1 p) .
b) (2 p) (1,5 p), deci (0,5 p).
c) (2 p) .
d) (1 p) Cea mai lungă este latura , pentru că se opune unghiului cel mai mare, . (Control: , iar — inegalitatea triunghiului este respectată.)
Itemul 3. (6 p)
a) (2 p) , deci, prin reciproca teoremei lui Pitagora, triunghiul este dreptunghic în .
b) (2 p) (1,5 p), deci (0,5 p). Regăsim faptul cunoscut: ipotenuza este diametrul cercului circumscris unui triunghi dreptunghic.
c) (2 p) și . (Control: , ceea ce se și aștepta, pentru că și sunt complementare.)
Itemul 4. (6 p) — câte 1,5 puncte (0,5 p răspunsul, 1 p justificarea). a) A. Din și rezultă că este echivalent cu , factorul fiind același și strict pozitiv. b) A. Tot din : dacă , atunci . Reciproca este și ea adevărată. c) F. Sinusul nu determină unic unghiul, pentru că . Din rezultă sau ; ambele sunt posibile într-un triunghi. d) A. Orice latură se scrie , pentru că . Egalitatea are loc doar dacă , adică dacă unghiul opus este drept, caz în care latura este chiar diametrul.
Itemul 5. (8 p)
a) (1 p) .
b) (2 p) (1,5 p), deci m (0,5 p).
c) (2,5 p) Latura se opune unghiului (0,5 p): (2 p).
d) (2,5 p) Latura se opune unghiului , iar (0,5 p): (2 p). (Verificare: — inegalitatea triunghiului ✓. Și, cum este cel mai mare unghi, trebuie să fie cea mai lungă latură ✓.)
Itemul 6. (7 p)
a) (2 p) .
b) (2 p) . (Atenție: , valoare pozitivă, deși unghiul este obtuz.)
c) (3 p) (1 p), deci și, prin urmare, : triunghiul este isoscel, cu (1 p). Perimetrul este (1 p). (Inegalitatea triunghiului: ✓.)
Itemul 7. (7 p)
a) (3 p) Din rezultă (1 p), adică (1,5 p), de unde (0,5 p).
b) (2 p) Din ar rezulta, în principiu, sau (1 p). A doua variantă este însă imposibilă: unghiul este deja obtuz, iar un triunghi nu poate avea două unghiuri obtuze (suma lor ar depăși ; într-adevăr, ) (1 p). Se poate spune și mai simplu: , deci .
c) (2 p) . (Control: , iar ✓.)
Itemul 8. (6 p)
a) (1 p) .
b) (2,5 p) Latura se opune unghiului , iar se opune unghiului (0,5 p): (2 p).
c) (2,5 p) Latura se opune unghiului (0,5 p): (2 p). (Verificare: cel mai mare unghi este , deci latura trebuie să fie cea mai lungă ✓; iar ✓.)
Itemul 9. (6 p)
a) (2 p) (0,5 p). Apoi (1,5 p). (Valoarea exactă este .)
b) (3 p) (1,5 p) și (1,5 p).
c) (1 p) Unghiurile în ordine crescătoare: ; laturile opuse, în aceeași ordine: ✓. (Inegalitatea triunghiului: ✓.)
Itemul 10. (8 p) — redactare completă.
a) (3 p) Verificăm întâi că triunghiul există: ✓ (0,5 p). Unghiul se opune laturii , deci (2 p). Cum , unghiul este obtuz (0,5 p).
b) (2 p) Din formula fundamentală și din faptul că sinusul unui unghi de triunghi este pozitiv (0,5 p): (1,5 p).
c) (3 p) Din teorema sinusurilor, (1 p), deci (2 p). (Control: latura cea mai lungă, , este într-adevăr mai mică decât , așa cum trebuie într-un triunghi obtuzunghic.)
Itemul 11. (8 p)
a) (1 p) .
b) (3 p) (1 p), deci (2 p).
c) (2 p) .
d) (2 p) . (Verificare: , iar — inegalitatea triunghiului ✓. Ordinea laturilor, , urmează ordinea unghiurilor, ✓.)
Itemul 12. (8 p)
a) (3 p) Cercul scuarului este chiar cercul circumscris triunghiului (0,5 p). Latura se opune unghiului , deci (2 p), adică diametrul este de aproximativ m, iar raza m (0,5 p).
b) (2,5 p) m.
c) (2,5 p) m. (Verificări: suma unghiurilor ✓; inegalitatea triunghiului ✓; toate laturile sunt mai mici decât diametrul ✓.)
Itemul 13. (8 p)
a) (2 p) (1,5 p), deci (0,5 p).
b) (3 p) Din (1 p) obținem (1 p). Sinusul nu determină unic unghiul, deci (1 p).
c) (3 p) Verificăm fiecare caz cu ajutorul sumei unghiurilor (0,5 p): – dacă , atunci , deci triunghiul există; laturile sunt , și , iar ✓ (1,25 p); – dacă , atunci , deci și acest triunghi există; laturile sunt , și , iar ✓ (1,25 p). Prin urmare datele din enunț determină două triunghiuri diferite, nu unul singur — situație tipică atunci când se cunosc două laturi și un unghi care nu este cuprins între ele.
