Вписані й описані чотирикутники
~20 хв · 8 розділів · 9 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + хімія.
Застосовуй умови вписаності (сума протилежних кутів 180°) й описаності (рівність сум протилежних сторін) чотирикутника до знаходження кутів, сторін, периметра та радіусів, зокрема для прямокутника, ромба й трапеції, описаної навколо кола.
Чотирикутник називають вписаним у коло, якщо всі його вершини лежать на цьому колі. У такому разі коло називають описаним навколо чотирикутника. Центр кола, описаного навколо чотирикутника, — це точка перетину серединних перпендикулярів до його сторін. Не будь-який чотирикутник можна вписати в коло — існує чітка умова, яку ми зараз розглянемо.
Умова вписаності чотирикутника в коло
Щоб опуклий чотирикутник можна було вписати в коло, необхідно й достатньо, щоб сума його протилежних кутів дорівнювала :
Чому це так? Вписані кути і спираються на дві дуги кола (на дугу BCD і дугу BAD відповідно). Разом ці дві дуги становлять усе коло, тобто . Оскільки градусна міра вписаного кута дорівнює половині градусної міри дуги, на яку він спирається, то сума . Те саме міркування — для іншої пари протилежних кутів.
Приклади обчислень
Розглянемо чотирикутник , вписаний у коло. Нехай , . Тоді , а .
Інший приклад: кути вписаного чотирикутника відносяться як . Позначмо одну частину за . Тоді , , . За умовою вписаності , отже , звідки . Маємо: , , , .
Окремі випадки
З усіх паралелограмів коло можна описати лише навколо прямокутника (а отже, й квадрата). Чому? У паралелограма протилежні кути рівні: , . Якщо цей паралелограм вписаний у коло, то , тобто , . Отже, всі кути прямі — це прямокутник. Навколо ромба, що не є квадратом, описати коло не можна.
З трапецій коло можна описати лише навколо рівнобічної трапеції. У рівнобічній трапеції кути при основі рівні (), а кути, прилеглі до бічної сторони, дають у сумі (). Тому : протилежні кути в сумі дають .
Радіус кола, описаного навколо прямокутника
Центр кола, описаного навколо прямокутника, збігається з точкою перетину його діагоналей. Радіус дорівнює половині діагоналі: . Наприклад, для прямокутника зі сторонами і діагональ за теоремою Піфагора дорівнює . Отже, .
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Чотирикутник називають описаним навколо кола, якщо всі його сторони дотикаються до цього кола. У такому разі коло називають вписаним у чотирикутник. Центр кола, вписаного в чотирикутник, — точка перетину бісектрис усіх його кутів. Як і для вписаного чотирикутника, існує чітка умова, за якої навколо кола можна описати чотирикутник.
Умова описаності чотирикутника навколо кола
Щоб опуклий чотирикутник можна було описати навколо кола, необхідно й достатньо, щоб суми його протилежних сторін були рівними:
Чому це так? Відрізки дотичних, проведених з однієї вершини до кола, рівні між собою. Позначмо точки дотику на сторонах , , , як , , , відповідно. Тоді , , , . Додавши рівності для протилежних сторін, отримуємо .
Приклади обчислень
Нехай чотирикутник описано навколо кола, , , . За умовою описаності , тобто , звідки .
Периметр описаного чотирикутника можна обчислити як подвоєну суму однієї пари протилежних сторін: . Для нашого прикладу або .
Окремі випадки
З усіх паралелограмів коло можна вписати лише в ромб (а отже, і в квадрат). Чому? У паралелограма протилежні сторони рівні: , . Умова описаності перетворюється на , тобто . Отже, всі сторони рівні — це ромб. У прямокутник, що не є квадратом, коло вписати не можна.
Висота ромба дорівнює діаметру вписаного кола. Якщо висота ромба , то радіус вписаного кола .
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Трапеція, описана навколо кола, — це окремий і дуже важливий для НМТ випадок описаного чотирикутника. Розгляньмо її властивості детально.
Висота трапеції та діаметр вписаного кола
Висота трапеції, описаної навколо кола, дорівнює діаметру цього кола: . Чому? Основи трапеції — це дві паралельні прямі, кожна з яких дотикається до кола. Відстань між двома паралельними дотичними до кола дорівнює його діаметру. Отже, висота трапеції (відстань між основами) збігається з .
Співвідношення сторін і периметр
Оскільки трапеція є описаним чотирикутником, для неї виконується умова: суми протилежних сторін рівні. Позначмо основи як і , а бічні сторони як і . Тоді:
Периметр трапеції: . Середня лінія трапеції водночас дорівнює — половині суми бічних сторін.
Рівнобічна трапеція, описана навколо кола
Для рівнобічної описаної трапеції бічні сторони рівні: . Тоді з отримуємо:
Бічна сторона рівнобічної трапеції, описаної навколо кола, дорівнює її середній лінії.
Приклад 1. У рівнобічну трапецію вписано коло, бічна сторона дорівнює . Знайдімо периметр. Розв'язання: . Тоді .
Приклад 2. Основи рівнобічної трапеції, описаної навколо кола, дорівнюють і . Знайдімо радіус вписаного кола. Розв'язання: бічна сторона . Проєкція бічної сторони на більшу основу дорівнює . За теоремою Піфагора висота . Оскільки , то .
Прямокутна трапеція, описана навколо кола
У прямокутній трапеції, описаній навколо кола, менша бічна сторона є висотою і дорівнює . Для похилої бічної сторони і висоти виконується .
Приклад. Основи прямокутної трапеції, описаної навколо кола, дорівнюють і , а похила бічна сторона — . Знайдімо радіус вписаного кола. Розв'язання: . За умовою описаності , звідки . Тоді . Перевіримо за теоремою Піфагора: різниця основ , — збігається з .
Трапеція, яка одночасно вписана й описана
Трапецію, яку можна і вписати в коло, і описати навколо кола, — це рівнобічна трапеція, у якої бічна сторона дорівнює середній лінії. Така трапеція існує при будь-яких співвідношеннях основ, що задовольняють цю умову.
Наприклад, якщо основи дорівнюють і , то бічна сторона , і цю трапецію можна як вписати в коло (вона рівнобічна), так і описати навколо кола (суми протилежних сторін рівні: ).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розгляньмо типові завдання на тему вписаних і описаних чотирикутників, які трапляються на НМТ.
Приклад 1. Кут вписаного чотирикутника
Чотирикутник вписано в коло. , . Знайдіть .
Розв'язання. Оскільки чотирикутник вписаний у коло, сума протилежних кутів дорівнює : .
.
Відповідь: .
Чому інші варіанти неправильні? — це значення , а питали про . — помилкове прирівнювання протилежних кутів (це властивість паралелограма, а не вписаного чотирикутника). — кут , не протилежний до . — ділення без жодної підстави.
Приклад 2. Периметр описаної трапеції
У рівнобічну трапецію вписано коло. Бічна сторона трапеції дорівнює . Знайдіть периметр трапеції.
Розв'язання. Для описаного чотирикутника . У рівнобічної трапеції , отже .
Периметр .
Відповідь: .
Типова пастка: узяти лише суму бічних сторін і записати її як відповідь. Пам'ятай: .
Приклад 3. Радіус кола, вписаного в трапецію
Основи рівнобічної трапеції, описаної навколо кола, дорівнюють і . Знайдіть радіус кола.
Розв'язання. Бічна сторона .
Проєкція бічної сторони на більшу основу: .
За теоремою Піфагора висота .
Оскільки , то .
Відповідь: .
Пастка: записати (висоту) замість (радіуса). Уважно читай, що питають: радіус, а не висоту.
Приклад 4. Навколо якого чотирикутника можна описати коло?
Навколо якого з наведених чотирикутників завжди можна описати коло?
А) ромб; Б) паралелограм; В) прямокутник; Г) прямокутна трапеція; Д) довільна трапеція.
Розв'язання. Коло можна описати навколо чотирикутника, якщо сума його протилежних кутів дорівнює . Серед паралелограмів цій умові задовольняє лише прямокутник (у нього всі кути по , тому ). Серед трапецій — лише рівнобічна. Ромб (не квадрат) і довільний паралелограм не підходять, бо їхні протилежні кути рівні, але не обов'язково прямі.
Відповідь: прямокутник.
Приклад 5. Сторона описаного чотирикутника
Чотирикутник описано навколо кола. , , . Знайдіть .
Розв'язання. За умовою описаності .
.
Відповідь: .
Чому дистрактори неправильні? — це , але додавати треба протилежні сторони, а не сусідні. — різниця , безпідставна. — сума всіх відомих сторін , але це не периметр. — , випадкове число.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
На НМТ учні часто помиляються, плутаючи умови вписаного й описаного чотирикутників. Розгляньмо найпоширеніші пастки.
Переплутують умови: для вписаного чотирикутника перевіряють суми сторін, а для описаного — суми кутів. Запам'ятай: «вписаний — кути, описаний — сторони». Вписаний чотирикутник лежить вершинами на колі — це про кути. Описаний чотирикутник дотикається сторонами до кола — це про сторони.
У вписаному чотирикутнику вважають протилежні кути рівними (це властивість паралелограма), хоча в сумі вони дають . Наприклад, для вписаного чотирикутника зовсім не означає, що — насправді .
Додають сусідні сторони замість протилежних: помилково записують . Правильна умова для описаного чотирикутника: . Складати треба протилежні сторони.
У трапеції, описаній навколо кола, прирівнюють висоту до радіуса, а не до діаметра. Пам'ятай: , тому . Якщо висота , то радіус , а не .
Вважають, що коло можна описати навколо будь-якої трапеції чи ромба. Насправді коло описують лише навколо рівнобічної трапеції та прямокутника (зокрема квадрата). Навколо ромба, що не є квадратом, коло описати не можна.
Рахують периметр описаної трапеції як замість . Оскільки , увесь периметр — це подвоєна сума однієї пари протилежних сторін. Наприклад, якщо , то , а не .
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тема вписаних і описаних чотирикутників входить до теми «Чотирикутники» програми НМТ з математики: «вписані в коло та описані навколо кола чотирикутники». Від тебе вимагають уміти застосовувати властивості чотирикутників до планіметричних задач.
Що треба знати напам'ять?
Умови вписаності й описаності чотирикутника в довідкових матеріалах НМТ немає — їх треба знати напам'ять. Теорема Піфагора в довідкових матеріалах є, тому нею можна користуватися без запам'ятовування.
Ось дві формули, які мусиш пам'ятати:
вписаний чотирикутник: ;
описаний чотирикутник: .
Як виглядають завдання на НМТ
Завдання 1–15 — вибір однієї відповіді з п'яти (А–Д), оцінюються в або бал. У них можуть питати:
знайти невідомий кут вписаного чотирикутника;
визначити, навколо якої фігури можна описати коло;
знайти сторону описаного чотирикутника.
Завдання 19–22 — коротка відповідь (число, записане десятковим дробом), оцінюються в або бали без часткових балів. У цих завданнях можуть питати:
периметр трапеції, описаної навколо кола;
радіус кола, вписаного в трапецію.
Стратегія розв'язування
Найкраща стратегія — виписати в чернетці обидві умови поруч: «вписаний — кути, описаний — сторони». Потім уважно прочитай умову задачі й визнач, із яким чотирикутником маєш справу. Це допоможе не переплутати формули й уникнути типових помилок.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Як запам'ятати, де сума кутів, а де сума сторін?
Найпростіший спосіб — пов'язати поняття з тим, що розташоване на колі. «Вписаний» — вершини на колі → кути при вершинах. «Описаний» — сторони дотикаються до кола → довжини сторін. Можна також запам'ятати пару: для кола — кути (в колі є центральні й вписані кути), для сторін — дотичні.
Чому висота трапеції, описаної навколо кола, дорівнює діаметру?
Основи трапеції — це дві паралельні прямі, кожна з яких дотикається до кола. Відстань між двома паралельними дотичними до кола дорівнює його діаметру (). Оскільки висота трапеції — це відстань між її основами, то .
Чи можна описати коло навколо ромба?
Не можна, якщо ромб не є квадратом. Умова вписаності: сума протилежних кутів . У ромба протилежні кути рівні, отже , . Тому коло можна описати лише навколо квадрата (ромба з прямими кутами).
Чи можна вписати коло в прямокутник?
Не можна, якщо прямокутник не є квадратом. Умова описаності: . У прямокутника , , отже , тобто . Це можливо лише тоді, коли всі сторони рівні, тобто це квадрат.
Як знайти бічну сторону рівнобічної трапеції, описаної навколо кола?
Для рівнобічної трапеції, описаної навколо кола, бічна сторона дорівнює середній лінії: . Це випливає з умови описаності (оскільки ).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Збери найважливіші факти теми в одному місці, щоб повторити перед НМТ.
Вписаний чотирикутник: .
Описаний чотирикутник: .
Коло можна описати навколо прямокутника (зокрема квадрата) й рівнобічної трапеції.
Коло можна вписати в ромб (зокрема квадрат).
Описана трапеція: , .
Бічна сторона рівнобічної описаної трапеції дорівнює середній лінії: .
Радіус кола, описаного навколо прямокутника: (половина діагоналі).
Радіус кола, вписаного в ромб: (половина висоти).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. Кути вписаного в коло чотирикутника пропорційні числам $2 : 3 : 7 : 6$. Знайди найбільший кут чотирикутника.
2. Чотирикутник $ABCD$ описано навколо кола. $AB = 6$, $BC = 8$, $CD = 11$. Знайди $AD$.
3. Чотирикутник $ABCD$ вписано в коло. $\angle A = 58^\circ$, $\angle B = 96^\circ$. Знайди $\angle C$.
4. Висота ромба дорівнює $10$ см. Який радіус кола, вписаного в цей ромб?
5. Навколо якого з названих чотирикутників завжди можна описати коло?
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 9 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест