В прямоугольном треугольнике два катета равны 3 см и 4 см.
Можно ли найти третью сторону, не измеряя её линейкой?
Теорема Пифагора связывает квадраты трёх сторон:
3² + 4² = 9 + 16 = 25. Значит, гипотенуза равна 5 см.
Но перед применением формулы нужно убедиться, что треугольник действительно прямоугольный, и правильно выбрать гипотенузу. Разберём поиск стороны, проверку числовых ответов и обратное утверждение, которое помогает установить наличие прямого угла.
Как различить стороны
У прямоугольного треугольника один угол равен 90°. Две стороны, образующие этот угол, называются катетами. Сторона напротив прямого угла — гипотенуза. Она длиннее каждого катета.
Обозначим катеты a и b, гипотенузу c.
Теорема Пифагора утверждает: c² = a² + b².
Речь о квадратах длин, а не о самих длинах:
формула c = a + b неверна.
Буква c не обязана обозначать гипотенузу во всех задачах мира. Это выбранное нами обозначение. Если в условии гипотенузой названа сторона AB, именно её квадрат должен стоять отдельно слева, независимо от названий других сторон.
Почему возникают именно квадраты
На каждой стороне треугольника можно построить квадрат. Тогда c² — площадь квадрата на гипотенузе, a² и b² — площади квадратов на катетах. Теорема говорит, что первая площадь равна сумме двух остальных.
Один способ доказательства использует большой квадрат со стороной a + b. Внутри него располагают четыре одинаковых прямоугольных треугольника с катетами a и b так, чтобы их гипотенузы образовали внутренний квадрат. Его стороны равны c, а углы прямые: два острых угла исходного прямоугольного треугольника в сумме дают 90°.
Площадь большого квадрата, с одной стороны, равна (a + b)².
С другой — сумме площадей четырёх треугольников и внутреннего квадрата:
4 × ab/2 + c² = 2ab + c².
Получаем a² + 2ab + b² = 2ab + c².
Вычтем 2ab из обеих частей: останется a² + b² = c².
Находим гипотенузу
Если известны оба катета, складываем их квадраты,
а затем извлекаем положительный квадратный корень:
c = √(a² + b²).
При a = 8 см, b = 15 см:
c² = 64 + 225 = 289, значит, c = 17 см.
Проверка: 17 больше 8 и 15. Само число 289 — квадрат длины,
а не искомая длина. Остановиться на ответе 289 см было бы ошибкой.
Все длины перед вычислением должны быть в одинаковых единицах. Нельзя сложить квадрат числа сантиметров с квадратом числа метров, не выполнив предварительный перевод. В ответе длина получает линейную единицу — сантиметры, а не квадратные сантиметры.
Находим неизвестный катет
Если известны гипотенуза c и катет a, переносим a²:
b² = c² − a², поэтому b = √(c² − a²).
Под корнем стоит разность, а не сумма. При верных положительных
длинах гипотенуза больше катета и разность положительна.
Пусть c = 1,25, a = 1 в одинаковых единицах.
Переведём 1,25 в дробь 5/4:
b² = 25/16 − 1 = 25/16 − 16/16 = 9/16.
Следовательно, b = 3/4 = 0,75.
У уравнения b² = 9/16 числовые решения ±3/4,
но длина стороны положительна, поэтому выбираем 3/4.
Проверка: 1² + (3/4)² = 16/16 + 9/16 = 25/16 = (5/4)².
Обратная теорема: есть ли прямой угол
Прямая теорема начинается с известного прямого угла. Обратная утверждает: если квадрат самой длинной стороны треугольника равен сумме квадратов двух других, то треугольник прямоугольный. Прямой угол лежит напротив самой длинной стороны.
Для сторон 3, 4 и 5 проверяем:
5² = 25, 3² + 4² = 25.
Равенство выполнено — треугольник прямоугольный.
Для 9, 12 и 15: 15² = 225, 9² + 12² = 81 + 144 = 225.
Он тоже прямоугольный.
А для 10, 10 и 15 получаем 225 ≠ 100 + 100.
Треугольник с такими сторонами существует, но прямоугольным не является.
Не нужно заранее называть сторону 15 гипотенузой:
пока мы только проверяем, есть ли прямой угол.
Если даны просто три числа, сначала также проверь существование
треугольника: сумма любых двух сторон должна быть больше третьей.
Алгоритм и типичные ошибки
Сначала прочитай условие и отметь прямой угол, если он известен. Назови гипотенузу, вырази длины в одинаковых единицах и запиши равенство квадратов. Для гипотенузы складывай, для катета вычитай. Извлеки корень и проверь положительность длины.
Применять формулу к любому треугольнику нельзя: нужно условие
прямоугольности или отдельная проверка обратной теоремы.
Путать квадрат разности с разностью квадратов опасно:
√(c² − a²) обычно не равно c − a.
Считать по виду рисунка недостаточно: прямой угол должен следовать
из условия, обозначения или доказательства.
Проверь себя
- Катеты 3 см и 4 см. Найди гипотенузу.
- Катеты 8 см и 15 см. Найди гипотенузу.
- Гипотенуза 1, катет 0,8. Найди другой катет.
- Прямоугольный ли треугольник со сторонами 9, 12 и 15?
- А со сторонами 10, 10 и 15?
Ответы. 5 см; 17 см; √(1 − 0,64) = 0,6;
да, поскольку 225 = 81 + 144; нет, поскольку 225 ≠ 100 + 100.