چند ضلعی محاطی
چند ضلعی محاطی آن است که همه رئوس آن بر یک دایره باشند.
دایرهای که از راسهای یک چند ضلعی محاطی میگذرد، دایره محیطی نامیده میشود.
در شکل فوق، چند ضلعی یک چند ضلعی محاطی و دایره، یک دایره محیطی است.
تذکر
میدانیم برای اینکه دایرهای از دو نقطه بگذرد، باید مرکز آن روی عمود منصفِ پاره خطی باشد که آن دو نقطه، دو سر آن است.
قضیه
یک چند ضلعی، محاطی است اگر و فقط اگر عمودمنصفهای همه اضلاع آن در یک نقطه همراس باشند.
نقطه مرکز دایره محیطی این چند ضلعی است.
اثبات
فرض: چند ضلعی محاطی است.
حکم: عمودمنصفهای همه اضلاع آن در یک نقطه همراس هستند.
در چندضلعی محاطی، فاصله همه راسهای چندضلعی تا مرکز دایره به یک اندازه است. (شعاع دایره)
با توجه به خاصیت عمودمنصف، فاصله مرکز دایره از دو سر هر ضلع به یک فاصله است. (شعاع دایره)
در اینصورت مرکز دایره روی عمودمنصف این اضلاع قرار دارد، تنیجه این که عمودمنصفهای همه اضلاع آن در یک نقطه بهنام مرکز دایره همراس هستند.
فرض: عمودمنصفهای همه اضلاع آن در یک نقطه همراس هستند.
حکم: چندضلعی محاطی است.
با توجه بهفرض و خاصیت عمودمنصف، همه راسهای چندضلعی از نقطه همراسیِ عمودمنصفها بهیک فاصله هستند، نتیجه این که این نقاط بنا بر تعریف دایره، روی دایرهای به شعاع این فاصله ی ثابت، قرار دارند و با توجه به تعریف چندضلعی محاطی، این چندضلعی محاطی است.
دایره محیطی مثلث
دایره محیطی مثلث، دایرهای است که از سه راس مثلث بگذرد.
مرکز این دایره محل تلاقی عمودمنصفهای اضلاع مثلث میباشد که از سه راس مثلث بهیک فاصله است.
شعاع این دایره، فاصله نقطه برخورد عمودمنصفها تا رئوس مثلث میباشد و نشان میدهیم.
- اگر هر سه زاویه مثلث حاده باشد، مرکز دایره محیطی داخل مثلث است مانند شکل فوق.
- اگر یک زاویه مثلث، منفرجه باشد، مرکز دایره محیطی خارج مثلث است.
- اگر مثلث قائمالزاویه باشد، مرکز دایره محیطی وسط وتر میباشد.
قضیه
مساحت مثلث متساویالاضلاعی که در دایرهای به شعاع محاط شده باشد، برابر است با:
اثبات
مرکز دایره محیطی، نقطه محل برخورد عمودمنصفهای اضلاع مثلث است و چون مثلث متساویالاضلاع است، نقطه محل برخورد میانه اضلاع مثلث هم میباشد.
در مثلث زاویه و داریم:
قضیه
عمودمنصف یک ضلعِ هر مثلث و نیمساز زاویه مقابل به آن ضلع، یکدیگر را روی دایره محیطی مثلث قطع میکنند.
اثبات
اگر نیمساز زاویه دایره محیطی را در نقطه قطع کند، داریم:
دو زاویه محاطی هستند، بنابراین و طبق قضیه کمانها و وترهای مساوی، داریم:
فاصله نقطه از دو نقطه و به یک اندازه است و بر اساس خاصیت عمودمنصف، نقطه روی عمودمنصف پارهخط قرار دارد.
چند ضلعی محیطی
چند ضلعی محیطی آن است که همه اضلاعش بر یک دایره مماس باشد.
دایرهای که بر اضلاع یک چند ضلعی محیطی مماس است یک دایره محاطی نامیده میشود.
در شکل فوق، چند ضلعی محیطی و دایره، یک دایره محاطی است.
قضیه
یک چند ضلعی، محیطی است اگر و فقط اگر همه نیمسازهای زوایای آن در یک نقطه همراس باشند.
نقطه مرکزدایره محاطی این چند ضلعی است.
اثبات
بنا بر تعریفِ چند ضلعی محیطی، اضلاع چند ضلعی بر دایره مماس هستند و میدانیم شعاع در نقطه تماس بر خط مماس عمود است.
این شعاعها همان فاصله مرکز دایره از اضلاع چند ضلعی هستند و همگی با هم برابرند.
با توجه به خاصیت نیمساز، مرکز این دایره روی نیمساز هر یک از زوایای داخلی چند ضلعی است یعنی مرکز دایره، محل برخورد نیمسازهای داخلی چند ضلعی است.
قضیه
مساحت یک ضلعی محیطی با محیط و شعاع دایره محاطی برابر است با:
اثبات
بهشکل زیر توجه کنید:
تمرین
شکل زیر را در نظر بگیرید:
فرض کنید یک چند ضلعی مانند شکل فوق بهگونهای باشد که نیمسازهای داخلی آن در نقطه یکدیگر را قطع کرده باشند و پارهخط عمود بر یک ضلع از چند ضلعی باشد.
دایرهای به مرکز و شعاع برای چند ضلعی مفروض چه نوع دایرهای است؟ چرا؟
نقطه روی نیمساز زوایای داخلی است، با توجه به خاصیت نیمسازها داریم:
پارهخط های همگی بر اضلاع عمود هستند، در نتیجه وقتی دایرهای به شعاع رسم کنیم، شعاعها بر اضلاع عمود هستند و اضلاع بر دایره در نقطه تماسشان عمود هستند یعنی دایره بر اضلاع چند ضلعی مماس است در نتیجه دایره محاطی است.
دایره محاطی مثلث
نکته
1- دایره محاطی مثلث، دایرهای است که بر سه ضلع مثلث مماس است.
مرکز این دایره، نقطه تلاقی نیمسازهای زوایای مثلث میباشد که طبق خاصیت نیمساز از سه ضلع مثلث به یک فاصله است.
شعاع این دایره به اندازه فاصله نقطه برخورد نیمسازها تا اضلاع مثلث میباشد. شعاع دایره محاطی را با نشان میدهیم.
تمرین
نشان دهید در مثلث متساویالاضلاع مرکز دایره محاطی و مرکز دایره محیطی یک نقطه است.
میدانیم در هر مثلث، مرکز دایره محاطی محل تلاقی نیمسازها و مرکز دایره محیطی محل برخورد عمودمنصفهای اضلاع است.
از طرف دیگر در مثلث متساویالاضلاع نیمساز هر زاویه عمودمنصف ضلع مقابل آن نیز میباشد، بهعبارت دیگر عمودمنصفها و نیمسازها بر هم منطبق هستند، پس نقطه برخوردشان یک نقطه است.
دایره محاطی خارجی نظیر راس
اگر نیمساز زاویه از مثلث را رسم کنیم، نیمساز زاویه خارجی را در نقطهای مانند قطع میکند.
این نقطه از خط و خطوط و به یک فاصله است و علت آن است که:
نقطه روی نیمساز زاویه است ،پس:
نقطه روی نیمساز زاویه خارجی است، پس:
پس نتیجه میگیریم:
نقطه روی نیمساز زاویه خارجی است، نیز میباشد.
بهعبارتی این نقطه از خط و خطوط و به یک فاصله است بنابراین مرکز دایرهای است که بر ضلع و خطوط شامل دو ضلع دیگر مماس است.
این دایره را دایره محاطی خارجی نظیر راس مینامند.
قضیه
اگر نقاط تماس دایره محاطیِ داخلی مثلث با اضلاع آن باشند و نقاط تماس یک دایره محاطی خارجی با خطوط شامل دو ضلع باشند، داریم:
اثبات
طرفین تساوی فوق را با هم جمع میکنیم:
قضیه
در دوایر محاطی خارجی نظیر رئوس مانند شکل زیر:
الف) اگر شعاعهای سه دایره محاطی خارجی مثلث و شعاع دایره محاطی داخلی باشد، داریم:
ب) اگر اندازه سه ارتفاع باشند، داریم:
اثبات
برای یافتن تساوی فوق بهصورت زیرعمل میکنیم:
طرفین تساویهای فوق را با هم جمع میکنیم:
طرفین تساویهای فوق را با هم جمع میکنیم:
تقسیم دایره بهقسمت مساوی
تمرین
دایرهای رسم کنید و آن را به شش قسمت مساوی تقسیم کنید.
یک زاویه مرکزی به اندازه رسم میکنیم.
وتر نظیر آنرا مینامیم در اینصورت با توجه به اینکه سه زاویه مثلث میشوند، مثلث متساویالاضلاع است، لذا وتر با شعاع دایره برابر است.
حال پرگار را به اندازه (شعاع دایره) باز میکنیم و از نقطه شروع کرده کمانهای متوالی میزنیم. بدین ترتیب دایره به شش قسمت مساوی تقسیم میشود.
تعریف
برای تقسیم یک دایره به قسمت مساوی، ابتدا یک زاویه مرکزی به اندازه رسم میکنیم، سپس وتر نظیر این زاویه را میکشیم و پرگار را به اندازه این وتر باز کرده و از نقطهای دلخواه بر دایره شروع کرده و کمانهای متوالی میزنیم تا دایره به قسمت مساوی تقسیم شود.
نکته
1- مرکز دایره محاطی هر مثلث نقطه تلاقی نیمساز زوایای مثلث است و شعاع دایره محاطی برابر فاصله مرکز دایره تا هر ضلع مثلث میباشد.
2- مرکز دایره محیطی هر مثلث محل تلاقی عمودمنصفهای اضلاع مثلث است و شعاع دایره محیطی برابر با فاصله مرکز تا رئوس مثلث میباشد.
3- مرکز دایره محاطی و مرکز دایره محیطی مثلث متساویالاضلاع بر هم منطبق هستند.
4- شعاع دایره محیطی مثلث متساویالاضلاع دو برابر شعاع دایره محاطی آن مثلث است.
5- شعاع دایره محاطی هر مثلث برابر است با که در آن مساحت و نصف محیط مثلث است.
6- شعاع دایره محیطی مثلث برابر است با که در آن طول اضلاع مثلث و مساحت آن است.
7- مرکز دایره محیطی مثلث قائمالزاویه وسط وتر و شعاع آن نصف وتر است.
8- یک چهار ضلعی در صورتی در یک دایره محاط میشود که هر دو زاویه مقابل آن مکمل یکدیگر باشند.
9- یک چهار ضلعی در صورتی بر یک دایره محیط است که در آن مجموع دو ضلع مقابل با مجموع دو ضلع مقابل دیگر مساوی باشد.
10- هر ذوزنقه محاط در یک دایره، متساویالساقین است.
11- شعاع دایره محیطی یک شش ضلعی منتظم با ضلع شش ضلعی مساوی است.
تستهای این مبحث
تست شماره 1
کنکور ریاضی اردیبهشت 1404
در مثلث محیطی شکل زیر، اضلاع و به ترتیب در نقاط بر محیط دایره محاطی، مماس هستند.
اگر باشد، اندازه وتر کدام است؟
ltw38kw
تست شماره 2
کنکور ریاضی تیر 1402
یک پنج ضلعی در یک دایره محاط شده است.
هر ضلع این پنج ضلعی، وتر رو به یک زاویه محاطی است. مجموعه این زوایای محاطی کدام است؟
lilrb2y
تست شماره 3
مساحت ناحیه قرمز رنگ در شکل زیر کدام گزینه است؟
gqp85n7