Interested Article - Теорема Фалеса о пропорциональных отрезках

Теорема Фалеса — теорема планиметрии о наборе параллельных секущих к паре прямых.

Формулировки

Если на одной из двух прямых отложить последовательно несколько равных между собой отрезков и через их концы провести параллельные прямые, пересекающие вторую прямую, то они отсекут на второй прямой равные между собой отрезки.

Более общая формулировка, также называемая теоремой о пропорциональных отрезках

Параллельные секущие образуют на прямых пропорциональные отрезки :

{\frac {A_{1}A_{2}}{B_{1}B_{2}}}={\frac {A_{2}A_{3}}{B_{2}B_{3}}}={\frac {A_{1}A_{3}}{B_{1}B_{3}}}.

Замечания

В теореме нет ограничений на взаимное расположение секущих (она верна как для пересекающихся прямых, так и для параллельных). Также не важно, где находятся отрезки на прямых.

Теорема Фалеса является частным случаем теоремы о пропорциональных отрезках, поскольку равные отрезки можно считать пропорциональными отрезками с коэффициентом пропорциональности, равным 1.

Доказательство в случае не параллельных прямых

Рассмотрим вариант с несвязанными парами отрезков: пусть угол пересекают прямые $AA_{1}||BB_{1}||CC_{1}||DD_{1}$ и при этом $AB=CD$ .

Проведём через точки $A$ и $C$ прямые, параллельные другой стороне угла. $AB_{2}B_{1}A_{1}$ и $CD_{2}D_{1}C_{1}$ . Согласно свойству параллелограмма: $AB_{2}=A_{1}B_{1}$ и $CD_{2}=C_{1}D_{1}$ .
Треугольники $\bigtriangleup ABB_{2}$ и $\bigtriangleup CDD_{2}$ равны на основании второго признака равенства треугольников

Доказательство в случае параллельных прямых

Проведем прямую BC . Углы ABC и BCD равны как внутренние накрест лежащие при параллельных прямых AB и CD и секущей BC , а углы ACB и CBD равны как внутренние накрест лежащие при параллельных прямых AC и BD и секущей BC . Тогда по второму признаку равенства треугольников треугольники ABC и DCB равны. Отсюда следует, что AC = BD и AB = CD . ■

История

Эта теорема приписывается греческому математику и философу Фалесу Милетскому . По легенде, Фалес Милетский рассчитывал высоту пирамиды Хеопса , измеряя длину её тени на земле и длину тени палки известной высоты. Самое раннее из известных письменных доказательств этой теоремы дано в « Началах » Евклида (предложение 2 книги VI).

Вариации и обобщения

Обратная теорема

Если в теореме Фалеса равные отрезки начинаются от вершины (часто в школьной литературе используется такая формулировка), то обратная теорема также окажется верной. Для пересекающихся секущих она формулируется так:

Если прямые, пересекающие две другие прямые (параллельные или нет), отсекают на обеих из них равные (или пропорциональные) между собой отрезки, начиная от вершины, то такие прямые параллельны.

В обратной теореме Фалеса важно, что равные отрезки начинаются от вершины

Таким образом (см. рис.) из того, что ${\frac {CB_{1}}{CA_{1}}}={\frac {B_{1}B_{2}}{A_{1}A_{2}}}=\ldots$ , следует, что $A_{1}B_{1}||A_{2}B_{2}||\ldots$ .

Если секущие параллельны, то необходимо требовать равенство отрезков на обеих секущих между собой, иначе данное утверждение становится неверным (контрпример — трапеция, пересекаемая линией, проходящей через середины оснований).

Этой теоремой пользуются в навигации: столкновение судов, двигающихся с постоянной скоростью, неизбежно, если сохраняется направление с одного судна на другое.

Лемма Соллертинского

Следующее утверждение, двойственно к лемме Соллертинского :

Пусть $f$ — проективное соответствие между точками прямой $l$ и прямой $m$ . Тогда множество прямых $Xf(X)$ будет множеством касательных к некоторому коническому сечению (возможно, вырожденному).