Skip to main content

Теория: 02 Вписанная окружность

Задание

В равнобедренную трапецию, периметр которой равен \(\displaystyle 80{\small,}\) а площадь равна \(\displaystyle 320 {\small,}\) можно вписать окружность. Найдите длины оснований трапеции.

Меньшее основание трапеции равно \(\displaystyle ;\)

бóльшее основание трапеции равно \(\displaystyle .\)

Решение

По условию задачи построим чертёж.

Пусть \(\displaystyle ABCD\) – равнобедренная трапеция, в которую вписана окружность, при этом:

  • \(\displaystyle BC\) и \(\displaystyle AD\) – основания трапеции,
  • \(\displaystyle AB=CD\) – боковые стороны,

По условию:

  • \(\displaystyle P_{ABCD}=80\) – периметр трапеции,
  • \(\displaystyle S_{ABCD}=320\) – площадь трапеции.

 

Требуется найти длины оснований трапеции.

 

Сначала найдем боковую сторону и высоту трапеции.

По условию задачи в равнобедренную трапецию вписана окружность.

По свойству описанного четырёхугольника получаем:

\(\displaystyle AD+BC=AB+CD {\small.}\)

Периметр трапеции – это сумма длин всех сторон трапеции.

\(\displaystyle P_{ABCD}=AD+BC+AB+CD {\small.}\)

 

Следовательно, сумма оснований и сумма боковых сторон равна половине периметра:

\(\displaystyle AD+BC=AB+CD=\frac{1}{2} \cdot P_{ABCD}=\frac{1}{2}\cdot 80=40{\small.}\)

 

Так как трапеция равнобедренная \(\displaystyle (AB=CD) {\small,}\) то

\(\displaystyle AB+CD =2 \cdot AB {\small.}\)

Получаем

\(\displaystyle AD+BC=2\cdot AB=40{\small;}\\ \)

\(\displaystyle \frac{AD+BC}{2}=AB=20{\small.} \)

Далее найдём высоту трапеции.

 

Из точки \(\displaystyle B\) построим перпендикуляр \(\displaystyle BH\) к основанию\(\displaystyle AD{\small.}\)

\(\displaystyle BH\)– высота трапеции \(\displaystyle ABCD{\small.}\)

 

 

Воспользуемся формулой площади трапеции.

Правило

Площадь трапеции

Площадь трапеции равна произведению полусуммы оснований на высоту.

\(\displaystyle S=\frac{\color{blue}{a}+\color{blue}{b}}{2}\cdot \color{red}{h}\)

Получаем

\(\displaystyle S_{ABCD}= \frac{AD+BC}{2} \cdot BH{\small.}\\ \)

Подставим в формулу площади известные значения \(\displaystyle (S_{ABCD}=320{\small,} \) \(\displaystyle \frac{AD+BC}{2}=20) \) и найдем \(\displaystyle BH{\small:}\\ \)

\(\displaystyle 320=20 \cdot BH{\small,}\)

\(\displaystyle BH=16{\small.}\)

 

Найдем основания \(\displaystyle BC\) и \(\displaystyle AD{\small.}\)

Выполним дополнительное построение.

Из вершины \(\displaystyle C\) опустим перпендикуляр \(\displaystyle CN\) на основание на \(\displaystyle AD {\small.}\)

\(\displaystyle BH=CN=16\) – высоты трапеции.

\(\displaystyle BCNH\) – прямоугольник. Значит,

\(\displaystyle HN=BC {\small.}\)

Тогда

\(\displaystyle AD=AH+BC+DN {\small.}\)

 

Рассмотрим прямоугольные треугольники \(\displaystyle ABH\) и \(\displaystyle DCN {\small.}\)

  • \(\displaystyle AB=CD=20{\small;}\)
  • \(\displaystyle BH=CN=16 {\small.}\) 

Значит,\(\displaystyle \triangle ABH= \triangle DCN\) (по гипотенузе и катету).

Следовательно,

\(\displaystyle AH=DN {\small.}\)

Из треугольника \(\displaystyle ABH\) по теореме Пифагора

\(\displaystyle AH^2=AB^2-BH^2 {\small;}\)

\(\displaystyle AH^2=20^2-16^2=400-256=144=12^2 {\small.}\)

Так как длина отрезка не может быть отрицательной, то \(\displaystyle AH=12 {\small.}\)

Получаем

\(\displaystyle AD=AH+BC+DN {\small;}\)

\(\displaystyle AD=12+BC+12=BC+24{\small.}\)

 

Зная сумму оснований, найдем длины оснований \(\displaystyle BC\) и \(\displaystyle AD{\small.}\)

\(\displaystyle AD+BC=40 {\small;}\)

\(\displaystyle BC+24+BC=40 {\small;}\)

\(\displaystyle 2 \cdot BC=16 {\small;}\)

\(\displaystyle BC=8{\small;}\)

\(\displaystyle AD=40-BC=40-8=32{\small.}\)

 

Ответ: \(\displaystyle BC=8{\small;}\) \(\displaystyle AD=32{\small.}\)