Kvant

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几何不等式

M·I·巴什马科夫

数学研究从我们杂志的页面开始。他的研究主题主要适合八年级学生,但我们希望所有读者都能感兴趣«Kvant»。
krupka 的第一课专门讨论几何不等式。

在学习几何学的一开始,我们就知道一个重要的事实:三角形的边小于其他两条边的总和(图1)。然而,称为三角不等式的不等式使我们能够解决许多有趣的几何问题。

问题1. 证明三角形内任意点到其顶点的距离之和大于该三角形周长的一半。

解决方案。考虑三角形 AOB、BOC 和 COA (图 2) 并写出三个不等式

三角形:
AO+OB>AB,AO + OB > AB,
BO+OC>BC,BO + OC > BC,
CO+OA>CA.CO + OA > CA.

将这些不等式相加并除以两半,我们得到
AO+BO+CO>12(AB+BC+CA),AO + BO + CO > \frac{1}{2}(AB + BC + CA),

Q.E.D.

尝试自己解决更多证明不等式的问题。有必要明智地选择三角形,写出它们的边的不等式,并将这些不等式转换为所需的形式。

证明:
问题2.凸五边形的对角线之和小于周长的两倍。
问题3. 凸五边形的对角线之和大于周长。

图 1
AC<AB+BCAC < AB + BC

图 2

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问题 4. 三角形的中线小于三角形所围边之和的一半。

问题5.三角形的中线之和小于周长,但大于周长的四分之三。

您可能注意到,在每个问题中,您都必须以自己的方式选择如何以及向哪个方向进行评估(建立不平等)。然而,并不总是能够立即获得期望的结果。例如,在最后一个问题中,很容易发现中位数之和大于楼层和周长。 (考虑图 3上的三角形ABD、BCF和CAE就足够了。)同时,从其他三角形可以得到问题所需的更准确的估计。问题出现了:最准确的估计是正确的吗?

k1p<ma+mb+mc?k_1 p < m_a + m_b + m_c?

(这里ma,mb,mcm_a, m_b, m_c是边a,ba, b和cc的中线,pp是三角形的周长)。以同样的方式,从另一侧获得精确估计是很有趣的:找到不等式的最高常数 k2k_2

ma+mb+mc<k2pm_a + m_b + m_c < k_2 p

对于任何三角形都成立。

问题6. 证明在比较三角形中线之和时,我们还可以考虑,例如,等距三角形,ver-

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轮胎接近底座(图4)。很明显,它们的周长接近底边的两倍,中位数之和接近底边的32\frac{3}{2}。当顶点落在底面上时,就会出现相等,并且三角形“退化”为双线段。

一般来说,对于区间中的任何数字 xx
34<x<1\frac{3}{4} < x < 1

可以指定一个等边三角形
ma+mb+mcp=x.\frac{m_a + m_b + m_c}{p} = x.

这使我们能够解决问题 6。

问题3 7. 证明三角形内任意点到其顶点的距离之和小于周长。

问题 3 8. 比较问题 1 和 7、2 和 3;提出并研究一个与我们讨论的有关中位数的问题类似的问题。

问题3 9. 考虑所有可能的凸nn边形(nn是某个数字)。让我们在这样的多边形内取一点,并计算其到顶点的距离之和与周长的比率。这种关系有什么意义? *)

在下面的问题中,除了三角不等式外,还需要用到一些其他简单的不等式,例如三角形的两条边的不等式、大角对面的不等式、部分直角三角形的斜边大于边等。

问题 3 10. 证明对于所有直角三角形

*) 周三。第一期«Kvant»第59页第4题。

以下不等式成立:
0,4<rh<0,5,гдеr—радиусвписанногокругга,h—высота,опущеннаяизвершиныпрямогоугла.Являютсялинаписанныеграницыточными?0,4 < \frac{r}{h} < 0,5, где r — радиус вписанного кругга, h — высота, опущенная из вершины прямого угла. Являются ли написанные границы точными?

问题3 11. 在三角形ABCABC 的外角CC 的二等线上,取一点MM,与CC 不同。证明它到顶点AA和BB的距离之和大于点CC到相同顶点的距离之和。

问题3 12. 为了使三角形ABCABC中的角AA为锐角,从顶点AA引出的中线必须大于边BCBC尺寸的两倍。

问题3 13. 在锐角三角形ABCABC 中,最高高度(我们用AHAH 表示)等于中线BMBM。证明角ABCABC小于60∘60^\circ。

问题3 14. 在三角形ABCABC的最长边ACAC的延长线上,线段CD=BCCD=BC不同。证明ABDABD是钝角。

问题3 15. A,B,C,DA, B, C, D 是凸四边形ABCDABCD 的连续顶点。证明如果
AB+BD≤AC+CD,AB+BD \leq AC+CD,
那
AB≤AC.AB \leq AC.

文学

V. Delaunay 和 O.zhitomirsky,几何问题。菲兹马吉兹,1959。

  1. A. Skopet,V. A. Zharov,几何问题和定理。平面测量法。乌赫里吉兹,1962。

I. E. Sivashinsky,问题中的不平等。

到本世纪末,它在物理和化学领域建立起来,正如他们当时所说的那样,
关于原子和分子的假设 - 构成的最小粒子
我们周围世界的所有物体。在化学中,原子假说使我们能够理解
并且描述化学反应非常方便:每一个反应——
它只是原子结合成分子,或者相反,分子分解
成原子或原子团。从各种分子的组成分析
化学家发现不同元素的原子具有不同的质量。
他们甚至设法找出一个原子比另一个原子重或轻多少倍;
到了 19 世纪下半叶,所谓的
当时发现的所有化学元素的原子量,
也就是说,数字显示给定化学元素的原子出现了多少次
比最轻的原子——氢更重。俄罗斯著名化学家
D. I. Mendleev,按升序排列化学元素
原子尺度,1869年表明它们形成了一个特定的系统,
其中重复周期元素的属性(周期系统)。
在物理学中,原子和分子的假设发挥着同样重要的作用。
它使物理学家能够清楚地了解该集合
各种各样的现象。她帮助理解了什么是热和冷,为什么身体
受热膨胀,为什么任何物质都可以是固体或液体?
和气态等等。为了理解这一切,有必要
另外想象一下原子和分子是连续的