Геометрия. 7–9 классы · Атанасян, Бутузов и др.

Задание 889

Задачи повышенной трудности

Задача 1

Условие (кратко)

Постройте ромб, площадь которого равна площади данного квадрата, если отношение диагоналей ромба равно отношению данных отрезков.

Решение

Дано: квадрат со стороной \(a\), отрезки \(p\) и \(q\). Построить: ромб с диагоналями \(d_1\), \(d_2\), где \(d_1 : d_2 = p : q\) и \(S = a^2\).

Анализ. Площадь ромба равна половине произведения диагоналей: \(\dfrac{d_1 d_2}{2} = a^2\), то есть \(d_1 d_2 = 2a^2\). Из \(d_2 = \dfrac{q}{p} d_1\) получаем \(d_1^2 = 2a \cdot \dfrac{ap}{q}\), аналогично \(d_2^2 = 2a \cdot \dfrac{aq}{p}\). Значит, каждая диагональ — среднее пропорциональное двух отрезков, которые можно построить.

Построение.

  1. Построим четвёртые пропорциональные \(y_1 = \dfrac{ap}{q}\) и \(y_2 = \dfrac{aq}{p}\) (из пропорций \(q : p = a : y_1\) и \(p : q = a : y_2\), параллельными прямыми на сторонах угла).

  2. Построим \(d_1 = \sqrt{2a \cdot y_1}\). На прямой отложим подряд \(MK = 2a\) и \(KN = y_1\), на \(MN\) как на диаметре построим окружность, в точке \(K\) восставим перпендикуляр к \(MN\) до пересечения с окружностью в точке \(L\). Тогда \(KL = d_1\): угол \(MLN\) прямой (вписанный, опирается на диаметр), \(LK\) — высота прямоугольного треугольника к гипотенузе, и \(KL^2 = MK \cdot KN\) (высота — среднее пропорциональное отрезков гипотенузы).

  3. Так же построим \(d_2 = \sqrt{2a \cdot y_2}\).

  4. Проведём две перпендикулярные прямые, пересекающиеся в точке \(O\). На одной отложим \(OA = OC = \dfrac{d_1}{2}\), на другой \(OB = OD = \dfrac{d_2}{2}\). \(ABCD\) — искомый ромб.

Доказательство. Диагонали \(ABCD\) делятся точкой \(O\) пополам — это параллелограмм; диагонали перпендикулярны — это ромб. Далее

\[\dfrac{d_1}{d_2} = \sqrt{\dfrac{y_1}{y_2}} = \sqrt{\dfrac{p^2}{q^2}} = \dfrac{p}{q}, \qquad S = \dfrac{d_1 d_2}{2} = \dfrac{\sqrt{2a y_1 \cdot 2a y_2}}{2} = \dfrac{\sqrt{4a^2 \cdot a^2}}{2} = a^2.\]

Исследование. При любых \(a\), \(p\), \(q\) решение существует и единственно (диагонали ромба определены однозначно).

Ответ
Диагонали ромба строятся как средние пропорциональные d₁ = √(2a · ap/q), d₂ = √(2a · aq/p), где a — сторона квадрата; решение всегда есть и единственно.
Почему так

Из d₁d₂ = 2a² и d₁ : d₂ = p : q каждая диагональ выражается как среднее пропорциональное, которое строится через высоту прямоугольного треугольника.

Подробнее — в теме «Пропорциональные отрезки в прямоугольном треугольнике».

Условия задач приведены кратким пересказом. Полный текст — в учебнике «Геометрия. 7–9 классы» (Л. С. Атанасян, В. Ф. Бутузов, С. Б. Кадомцев, Э. Г. Позняк, И. И. Юдина; Просвещение, 2023, 2024).

Нашли ошибку?

Опечатка, неверный ответ, непонятное объяснение — напишите, что не так. Мы проверим и исправим.