Teorie · C10 Geometrie · clasele VI–VII

Triunghiul dreptunghic: Pitagora, teoremele înălțimii și catetei, sinus, cosinus, tangentă

Teorema lui Pitagora, teorema înălțimii, teorema catetei și rapoartele trigonometrice, explicate de la regula de bază la problemele care cer o idee, cu exemple rezolvate.

De unde vine

Relația dintre laturile unui triunghi dreptunghic este mult mai veche decât Pitagora. O tăbliță de lut babiloniană, numită Plimpton 322 și scrisă în jurul anului 1800 î.Hr., conține un tabel de triplete de numere $a$, $b$, $c$ cu $a^2+b^2=c^2$ — deci regula era folosită cu peste o mie de ani înainte ca Pitagora să se nască.

Pitagora a trăit în secolul al VI-lea î.Hr. (aproximativ 570–495 î.Hr.), iar teorema îi poartă numele, deși nu știm sigur dacă el a demonstrat-o. Cea mai veche demonstrație păstrată se află în „Elementele” lui Euclid (în jurul anului 300 î.Hr.). Și matematicienii chinezi o cunoșteau: cartea „Zhoubi Suanjing” o prezintă pe exemplul triunghiului cu laturile $3$, $4$ și $5$.

Sinusul, cosinusul și tangenta au apărut din astronomie. Hiparh, un astronom grec din secolul al II-lea î.Hr., este considerat întemeietorul trigonometriei: a alcătuit un tabel de coarde ale cercului, ca să poată calcula mișcările Lunii și Soarelui. Cuvântul „sinus” are o poveste ciudată: vine din sanscrită (jyā, „coarda arcului”), a trecut în arabă, unde a fost citit greșit, iar traducătorii latini din secolul al XII-lea l-au redat prin „sinus”, care înseamnă „cută” sau „sân”.

La ce folosește

Zidarii și tâmplarii verifică un unghi drept cu regula „3–4–5”: măsoară $3$ unități pe o latură, $4$ pe cealaltă, și dacă diagonala are exact $5$, unghiul este drept. Este reciproca teoremei lui Pitagora, folosită zilnic pe șantier.

Diagonala unui ecran se calculează tot cu Pitagora: un televizor cu ecranul de $80$ cm pe $45$ cm are diagonala $\sqrt{80^2+45^2}\approx 92$ cm, adică în jur de $36$ de inci.

Sinusul și tangenta măsoară înclinarea. O rampă pentru scaune cu rotile, un acoperiș sau un drum de munte au panta dată de tangenta unghiului: o rampă care urcă $1$ m pe o distanță orizontală de $12$ m are $\operatorname{tg}\alpha=\frac{1}{12}$. GPS-ul și topografii folosesc aceleași rapoarte ca să afle distanțe pe care nu le pot măsura direct.

De bază

Un triunghi dreptunghic are un unghi de $90^\circ$. Laturile care formează unghiul drept se numesc catete, iar latura opusă lui — cea mai lungă — se numește ipotenuză.

Teorema lui Pitagora: în triunghiul $ABC$ dreptunghic în $A$, $BC^2=AB^2+AC^2$. Pătratul ipotenuzei este suma pătratelor catetelor.

Exemplu: catetele au $AB=6$ cm și $AC=8$ cm. Atunci $BC^2=36+64=100$, deci $BC=\sqrt{100}=10$ cm.

Cateta opusă unghiului de $30^\circ$ este jumătate din ipotenuză. Mediana dusă din unghiul drept este tot jumătate din ipotenuză.

Exemplul 2: în triunghiul $ABC$ dreptunghic în $A$, $m(\sphericalangle C)=30^\circ$ și $BC=14$ cm. Cateta opusă unghiului $C$ este $AB$, deci $AB=\frac{14}{2}=7$ cm.

Pentru un unghi ascuțit, în triunghiul dreptunghic: $\sin=\frac{\text{cateta opusă}}{\text{ipotenuză}}$, $\cos=\frac{\text{cateta alăturată}}{\text{ipotenuză}}$, $\operatorname{tg}=\frac{\text{cateta opusă}}{\text{cateta alăturată}}$, $\operatorname{ctg}=\frac{\text{cateta alăturată}}{\text{cateta opusă}}$.

Figură pentru de bază

Mediu

Când în triunghiul dreptunghic $ABC$ ($m(\sphericalangle A)=90^\circ$) se duce înălțimea $AD$, $D\in BC$, apar două teoreme noi. Segmentele $BD$ și $DC$ se numesc proiecțiile catetelor pe ipotenuză.

Teorema înălțimii: $AD^2=BD\cdot DC$.

Teorema catetei: $AB^2=BD\cdot BC$ și $AC^2=DC\cdot BC$ — fiecare catetă, la pătrat, este produsul dintre proiecția ei și ipotenuza întreagă.

Tot de aici vine o formulă foarte folositoare pentru înălțime: $AD=\frac{AB\cdot AC}{BC}$, pentru că aria triunghiului se poate scrie și $\frac{AB\cdot AC}{2}$, și $\frac{BC\cdot AD}{2}$.

Exemplu: $BD=4$ cm și $DC=9$ cm. Din teorema înălțimii, $AD^2=4\cdot 9=36$, deci $AD=6$ cm. Ipotenuza este $BC=13$ cm, iar din teorema catetei $AB^2=4\cdot 13=52$, deci $AB=2\sqrt{13}$ cm, și $AC^2=9\cdot 13=117$, deci $AC=3\sqrt{13}$ cm.

Cum alegi teorema: dacă știi proiecțiile, folosește înălțimea sau catetele; dacă știi catetele, începe cu Pitagora pentru ipotenuză, apoi $AD=\frac{AB\cdot AC}{BC}$.

Figură pentru mediu

Avansat

Problemele grele cu triunghiul dreptunghic nu spun de obicei „aplică Pitagora”. Ideea este să creezi tu un triunghi dreptunghic acolo unde nu se vede unul.

Ideea 1 — duci o înălțime. Într-un triunghi isoscel, înălțimea din vârf este și mediană, deci taie baza în două și formează două triunghiuri dreptunghice.

Exemplu: triunghiul $ABC$ are $AB=AC=10$ cm și $BC=12$ cm. Înălțimea $AM$ cade în mijlocul lui $BC$, deci $BM=6$ cm și $AM=\sqrt{100-36}=8$ cm. Aria este $\frac{12\cdot 8}{2}=48$ cm$^2$. Dacă se cere înălțimea din $B$ pe $AC$, scrii aria și cu ea: $\frac{AC\cdot h}{2}=48$, deci $h=\frac{96}{10}=9{,}6$ cm. Aria scrisă în două feluri este una dintre cele mai folosite idei.

Ideea 2 — reciproca lui Pitagora demonstrează un unghi drept. Dacă laturile unui triunghi verifică $a^2+b^2=c^2$, atunci unghiul opus lui $c$ este drept.

Exemplul 2: un triunghi are laturile $7$ cm, $24$ cm și $25$ cm. Cum $7^2+24^2=49+576=625=25^2$, triunghiul este dreptunghic, iar unghiul drept se opune laturii de $25$ cm. Acum poți folosi toate teoremele de mai sus, deși nimeni nu a spus că triunghiul e dreptunghic.

Ideea 3 — în corpuri geometrice, aproape orice distanță se calculează într-un triunghi dreptunghic ascuns: înălțimea piramidei, apotema, diagonala cubului. Caută triunghiul dreptunghic care conține lungimea cerută.

Greșeli frecvente

Adunarea catetelor în loc de pătratele lor: ipotenuza triunghiului cu catetele $6$ și $8$ nu este $14$, ci $\sqrt{36+64}=10$.

Uitarea radicalului: din $BC^2=100$ rezultă $BC=10$, nu $100$.

Scăderea în loc de adunare când se caută ipotenuza. Se scade doar când se caută o catetă: $AB^2=BC^2-AC^2$.

Regula unghiului de $30^\circ$ aplicată pe cateta greșită: jumătate din ipotenuză este cateta OPUSĂ unghiului de $30^\circ$, nu cea alăturată.

În teorema catetei, proiecția se înmulțește cu ipotenuza ÎNTREAGĂ, nu cu cealaltă proiecție: $AB^2=BD\cdot BC$, nu $BD\cdot DC$.

Confuzia dintre sinus și cosinus: sinusul folosește cateta opusă unghiului, cosinusul pe cea alăturată. Amândouă se împart la ipotenuză, deci sunt mai mici decât $1$.

Surse pentru partea istorică

  • Tăblița babiloniană Plimpton 322, scrisă în jurul anului 1800 î.Hr., conține triplete pitagoreice — en.wikipedia.org
  • Pitagora (c. 570–495 î.Hr.), atribuirea nesigură, demonstrația din Elementele lui Euclid (I.47) și teorema Gougu din Zhoubi Suanjing — en.wikipedia.org
  • Hiparh (c. 190–120 î.Hr.), considerat întemeietorul trigonometriei, a alcătuit un tabel de coarde — en.wikipedia.org
  • Cuvântul „sinus”: din sanscrită jyā, prin arabă, în latină în secolul al XII-lea — en.wikipedia.org

Text generat cu ajutorul unui model AI și verificat înainte de publicare.

Toate temele · Simulări

Exersează tema

O fișă cu 6 probleme pe această temă, de la ușor la greu, fără limită de timp. La final vezi rezolvările și la ce nivel te-ai oprit.

Toate fișele, pe clase

An unhandled error has occurred. Reload 🗙

Rejoining the server...

Rejoin failed... trying again in seconds.

Failed to rejoin.
Please retry or reload the page.

The session has been paused by the server.

Failed to resume the session.
Please retry or reload the page.