Nerovnosti v trojúhelníku

Podobné dokumenty
O dynamickém programování

O nerovnostech a nerovnicích

Funkcionální rovnice

O rovnicích s parametry

O dělitelnosti čísel celých

Několik úloh z geometrie jednoduchých těles

Kongruence. 1. kapitola. Opakování základních pojmů o dělitelnosti

Úvod do neeukleidovské geometrie

O dynamickém programování

O dělitelnosti čísel celých

Konvexní útvary. Kapitola 4. Opěrné roviny konvexního útvaru v prostoru

Základy teorie matic

Neurčité rovnice. In: Jan Vyšín (author): Neurčité rovnice. (Czech). Praha: Jednota československých matematiků a fyziků, pp

Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

Základy teorie grupoidů a grup

Základy teorie grupoidů a grup

Komplexní čísla a funkce

O mnohoúhelnících a mnohostěnech

Základy teorie matic

Booleova algebra. 1. kapitola. Množiny a Vennovy diagramy

Symetrické funkce. In: Alois Kufner (author): Symetrické funkce. (Czech). Praha: Mladá fronta, pp

O podobnosti v geometrii

Malý výlet do moderní matematiky

Kombinatorika. In: Antonín Vrba (author): Kombinatorika. (Czech). Praha: Mladá fronta, pp. 3 [6].

Plochy stavebně-inženýrské praxe

Nerovnosti a odhady. In: Alois Kufner (author): Nerovnosti a odhady. (Czech). Praha: Mladá fronta, pp

PANM 16. List of participants. Terms of use:

Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

Zlatý řez nejen v matematice

Úvod do filosofie matematiky

Co víme o přirozených číslech

Nerovnosti v trojúhelníku

Časopis pro pěstování matematiky a fysiky

Co víme o přirozených číslech

Polynomy v moderní algebře

Faktoriály a kombinační čísla

Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

Shodná zobrazení v konstruktivních úlohách

Plochy stavebně-inženýrské praxe

Přímky a křivky. Úvod. Úvodní úlohy. Terms of use:

Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

Časopis pro pěstování matematiky

Aritmetické hry a zábavy

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Determinanty a matice v theorii a praxi

Cyklografie. Užití cyklické projekce a Laguerrových transformací

Staroegyptská matematika. Hieratické matematické texty

Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

Staroegyptská matematika. Hieratické matematické texty

Základy teorie grupoidů a grup

Polynomy v moderní algebře

Základy teorie grupoidů a grup

Časopis pro pěstování matematiky a fysiky

Goniometrické funkce

Neurčité rovnice. In: Jan Vyšín (author): Neurčité rovnice. (Czech). Praha: Jednota československých matematiků a fyziků, pp

Determinanty a matice v theorii a praxi

Kongruence. 5. kapitola. Soustavy kongruencí o jedné neznámé s několika moduly

Úlohy o maximech a minimech funkcí

Shodná zobrazení v konstruktivních úlohách

Faktoriály a kombinační čísla

Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

Rovinné grafy. In: Bohdan Zelinka (author): Rovinné grafy. (Czech). Praha: Mladá fronta, pp

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Faktoriály a kombinační čísla

Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

Nástin dějin vyučování v matematice (a také školy) v českých zemích do roku 1918

Jubilejní almanach Jednoty čs. matematiků a fyziků

Jaká je logická výstavba matematiky?

Historický vývoj geometrických transformací

Základy teorie grupoidů a grup

Časopis pro pěstování matematiky a fysiky

Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

PANM 14. List of participants. Terms of use:

Zlatý řez nejen v matematice

Jan Sobotka ( )

Analytická geometrie a nerovnosti

Aplikace matematiky. Josef Čermák Algoritmy. 27. PSQRT. Řešení soustavy rovnic se symetrickou pozitivně definitní

Acta Universitatis Palackianae Olomucensis. Facultas Rerum Naturalium. Mathematica-Physica-Chemica

Přímky a křivky. Kapitola 4. Minimum a maximum. Terms of use:

Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

Neurčité rovnice. In: Jan Vyšín (author): Neurčité rovnice. (Czech). Praha: Jednota československých matematiků a fyziků, pp

Jak se studují geometrické útvary v prostoru. II. část

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Úlohy o maximech a minimech funkcí

Základy teorie matic

Staroegyptská matematika. Hieratické matematické texty

PLANIMETRIE. Mgr. Zora Hauptová TROJÚHELNÍK VY_32_INOVACE_MA_1_04

Časopis pro pěstování matematiky a fysiky

Faktoriály a kombinační čísla

Staroegyptská matematika. Hieratické matematické texty

Časopis pro pěstování matematiky a fysiky

O dynamickém programování

Jednota českých matematiků a fyziků ve 150. roce aktivního života

Časopis pro pěstování mathematiky a fysiky

Časopis pro pěstování matematiky a fysiky

PANM 18. List of participants. Terms of use:

O dělitelnosti čísel celých

Základy teorie grupoidů a grup

Rozhledy matematicko-fyzikální

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Transkript:

Nerovnosti v trojúhelníku Úvod In: Stanislav Horák (author): Nerovnosti v trojúhelníku. (Czech). Praha: Mladá fronta, 1986. pp. 5 12. Persistent URL: http://dml.cz/dmlcz/404130 Terms of use: Stanislav Horák, 1986 Institute of Mathematics of the Czech Academy of Sciences provides access to digitized documents strictly for personal use. Each copy of any part of this document must contain these Terms of use. This document has been digitized, optimized for electronic delivery and stamped with digital signature within the project DML-CZ: The Czech Digital Mathematics Library http://dml.cz

ÚVOD V této knížce bude daný trojúhelník vždy označen ABC. V pravoúhlém trojúhelníku bude C vrchol pravého úhlu. Délky stran budou označeny a, b, c, a to tak, že a = BC, b = \CA\, c = AB. Střed opsané kružnice označíme S, střed vepsané kružnice O, T těžiště a V ortocentrum. Při odvozování nebo citování různých nerovností mohou a, b, c představovat reálná čísla, která pak ovšem nemají význam délek strany trojúhelníku. Dále označíme: a, j3, y velikosti vnitřních úhlů trojúhelníku, a to tak, že a = \<CAB\, P = \<ABC\, y = \<BCA\. Přitom a + f} + y = JI. v, v b, v c výšky trojúhelníku. Přitom v je ta výška, která prochází vrcholem A, atd. t a, t b, t c délky těžnic trojúhelníku, a to tak, že t a = AA'\, kde A' je střed strany BC, atd. w a, w b, w c délky os vnitřních úhlů trojúhelníku, přičemž w a je délka té osy, která půlí úhel <BAC, atd. s (a + b + c) poloviční obvod trojúhelníku ABC. R poloměr kružnice opsané trojúhelníku r poloměr kružnice vepsané trojúhelníku ABC. ABC. 5

r, r b, r c poloměry kružnic vně vepsaných trojúhelníku ABC. Přitom kružnice s poloměrem r se dotýká strany BC ve vnitřním bodě, atd. S obsah trojúhelníku. V celé knížce pracujeme s reálnými čísly. V zájmu stručnosti budeme proto užívat slova,číslo' ve významu,reálné číslo'. Vzorce, které budeme v knížce potřebovat. (Při odvolávání na některý vzorec uvedeme prostě příslušné římské číslo.) 6 1 i c 1 i 1 I. S = 2 (iv = 2 bv b cv c. Je vidět, že stačí znát pouze jeden z těchto tří vzorců, a ostatní dva dostaneme postupným užitím cyklické záměny: a->b, b->c, c-*a. I.a S = Vs(s - </)(s b)(s c), tzv. Heronův vzorec. Lb S = ^ <ib sin y a další dva vzorce cyklickou záměnou: a *b, b *c, c a a současně a-» 3, 3-»y, y ->a. Lc 16 S 2 = 2(a 2 b 2 + b 2 c 2 + c V) - (a 4 + b* + c*). Tento vzorec je v podstatě vzorec La. II. v = c sin P = b sin y a další dva cyklickou záměnou. ILa R = abc: (4S). Il.b a = 2R sin a a další dva cyklickou záměnou.

III. r=s:s, r = S: (v - <i) a další dva cyklickou záměnou. IV.a t 2, = ^(b 2 + c 2 )-^ a 2 a další dva cyklickou záměnou. m» t 2,+ tl+t 2 c = l(a 2 + b 2 + c 2 ). V. <i: b: c = sin a: sin 0: sin y. Tzv. sinová věta, která se dá odvodit z rovnic II nebo Il.b. VI. ci 2 = b 2 + c 2-2bc cos a a další dva cyklickou záměnou. Tzv. kosinová věta, která je velmi často užívaná v elementární geometrii. V,,. - + + - = -. v V b V c T VIILa s\n^=yj ^^ a další dva cyklickou záměnou. VIILb cos a další dva cyklickou záměnou. VIII.C tgg = K s - b )( s c - 2 \ v(.v-í/) záměnou. ) další dva cyklickou IX.a sin J- E212 a další dva cyklickou záměnou. IX.b cos yj^ + a a další dva cyklickou záměnou. 7

IX.c tg = \/7 COSa a další dva cyklickou záměnou. 2 \ 1 + cos a Vzorce IX.a,b,c platí pro úhly z intervalu (0; JI), tudíž také pro úhly trojúhelníku. ct Q v X.a sina + sin/3 K + siny = 4 cos cos? cos 2 2 2 X.b cos a + cos fl + cos y = 1 + 4 sin ^ sin f sin J. 2 2 2 Vzorce X.a,b platí pro úhly a, /3, y, jejichž součet je JI, tudíž také pro úhly trojúhelníku. Nerovnosti, které budeme v knížce potřebovat. (Při odvolávání na některou nerovnost uvedeme prostě příslušné písmeno.) A.1 (/ 2 +b 2 ž2íifc, kde a, b jsou libovolná čísla. Rovnost platí právě tehdy, když a = b. Vztah A.l plyne jednoduše ze vztahu (ti b) 2 = 0. Je často používán i ve tvaru: A.2 </ + bž2vab, kde a, b jsou libovolná nezáporná čísla. Rovnost platí právě tehdy, když a = b. Jestliže «, b jsou vzájemně reciproká čísla, potom A.3 a + b^2. Rovnost platí právě tehdy, když a = b. Vzorec A.2 se dá zobecnit pro libovolné přirozené n. Zobecnění budeme potřebovat jen pro n = 3: 8

B. a + b + c^lyfabč, kde a, b, c jsou libovolná nezáporná čísla. Rovnost platí, právě když a = b = c. Důkazy nerovností A.2, A.3 a B a jejich zobecnění najde čtenář v Rozhledech, roč. 51 (1972 73), str. 152 v článku P. Vihana Didoniny úlohy. Jsou tam i geometrické aplikace těchto vzorců. C.1 ( + 6)(i + I)*4. kde a, b jsou libovolná kladná čísla. Rovnost platí, právě když a = b. I tato nerovnost se dá zobecnit pro libovolný počet členů v závorkách. Budeme používat jen toto zobecnění: C2. (a + b + c) + + \u b c) kde a, b, c jsou libovolná kladná čísla. Rovnost platí právě tehdy, když a = b = c. Důkazy nerovností C.1 a C.2 se provedou tak, že se oba mnohočleny vynásobí a použije se nerovnost A.3. D. a 2 +b 2 +c 2^ab + bc + ca, kde a, b, c jsou libovolná čísla. Rovnost platí právě tehdy, když a = b = c. Důkaz nerovnosti vyplývá z třikrát použité nerovnosti A.l. E. \(i + b + c ž V3(«2 + > 2 + c 2 ), kde a, b, c jsou libovolná čísla. Rovnost platí právě tehdy, když a = b = c. 9

Jen stručně důkaz. Ze vztahu D plyne 2(u 2 + b 2 + c 2 )^2(ub + bc + co), kde platí rovnost právě tehdy, když d = b = c. Upravujme dál: 3 (a 2 + b 2 + c 2 )^((i + b + c) 2, a to už je v podstatě dokazovaný vztah. F. <ib + bc + cci ž V3abc(a + b + c), kde a, b, c jsou libovolná nezáporná čísla. Rovnost platí právě tehdy, když a = b = c. I zde provedeme stručný důkaz. Vyjdeme z identity db + bc + ca = = \/ii 2 b 2 + b 2 c 2 + c 2 d 2 + 2(a 2 bc + ab 2 c + dbc 2 ) (1) Podle vztahu D je d 2 b 2 + b 2 c 2 + c 2 d 2 = d 2 bc + db 2 c + dbc 2. (2) Nahradíme-li v (1) pod odmocnítkem první trojčlen pravou stranou nerovnosti (2), dostaneme nerovnost F. Tím je důkaz proveden. G. Jc.y, + x 2 y 2 + x,y 3 ž V*? + Jti + Jt 3 2 Vy? + y! + y3, kde Xj, y, (/ = 1, 2, 3) jsou libovolná čísla. Rovnost platí právě tehdy, když bucf všechna čísla Xt = 0, nebo všechna čísla y, = 0, nebo jestliže existuje takové číslo k >0, že x< = /cy (/' = 1, 2, 3). Toto je tzv. 10

Cauchyho nerovnost. Její důkaz (a důkazy mnohých jiných nerovností) najde čtenář v brožuře A. Kufnera Nerovnosti a odhady (39. svazek knižnice ŠMM) nebo v brožuře J. Morávka Dynamické programování (33. svazek knižnice ŠMM). 11