Podobnosť trojuholníkov
Podobné trojuholníky majú rovnaký tvar — jeden je zväčšeninou alebo zmenšeninou druhého. Vďaka podobnosti vypočítaš výšku stromu podľa jeho tieňa, šírku rieky bez toho, aby si ju preplával, alebo skutočnú vzdialenosť podľa mapy.
Podobné útvary
Útvary, ktoré majú rovnaký tvar, ale môžu mať rôznu veľkosť, nazývame podobné. Stretávaš sa s nimi často:
- fotografia a jej zväčšenina alebo zmenšenina,
- mapa — zmenšenina skutočnej krajiny,
- model auta či lietadla — zmenšenina skutočného stroja,
- obraz z projektora na plátne — zväčšenina obrázka.
Pri zväčšení alebo zmenšení sa všetky dĺžky vynásobia tým istým číslom k. Toto kladné číslo sa volá pomer podobnosti:
- k > 1 — zväčšenie (obraz je väčší ako vzor),
- 0 < k < 1 — zmenšenie (obraz je menší ako vzor),
- k = 1 — zhodnosť (útvary sú rovnako veľké, sú zhodné).
Podobné trojuholníky
Trojuholník A′B′C′ je podobný trojuholníku ABC, ak sú všetky jeho strany k-násobkami zodpovedajúcich strán trojuholníka ABC. Zapisujeme △ABC ∼ △A′B′C′ a čítame „trojuholník ABC je podobný trojuholníku A′B′C′“.
Podobné trojuholníky majú rovnaký tvar, preto majú aj zhodné zodpovedajúce uhly:
Poradie vrcholov v zápise je dôležité. Zápis △ABC ∼ △KLM hovorí, že si zodpovedajú vrcholy A ↔ K, B ↔ L, C ↔ M. Preto si zodpovedajú aj strany AB ↔ KL, BC ↔ LM, CA ↔ MK a uhly pri zodpovedajúcich vrcholoch sú zhodné.
Obvod a obsah podobných trojuholníkov
Keď sa každá strana zväčší k-krát, aj ich súčet — obvod — sa zväčší k-krát. Obsah sa však zmení k2-krát, lebo sa k-krát zväčší aj strana, aj výška na ňu.
Napríklad pri k = 3 je obvod 3-krát väčší, ale obsah až 9-krát väčší. Pri zmenšení s k = 0,5 je obvod polovičný a obsah len štvrtinový, lebo 0,52 = 0,25.
Vety o podobnosti trojuholníkov
Aby sme zistili, či sú dva trojuholníky podobné, nemusíme porovnávať všetky strany aj všetky uhly. Stačí overiť jednu z viet o podobnosti. Pripomínajú vety o zhodnosti trojuholníkov — namiesto rovnakých dĺžok strán však stačí rovnaký pomer strán.
Veta sss (strana – strana – strana)
Dva trojuholníky sú podobné, ak sa zhodujú v pomere všetkých troch dvojíc zodpovedajúcich strán:
a′ : a = b′ : b = c′ : c
Strany oboch trojuholníkov zoraď podľa veľkosti a porovnaj najkratšiu s najkratšou, strednú so strednou a najdlhšiu s najdlhšou.
Veta sus (strana – uhol – strana)
Dva trojuholníky sú podobné, ak sa zhodujú v pomere dvoch dvojíc strán a v uhle, ktorý tieto strany zvierajú:
b′ : b = c′ : c a α′ = α
Veta uu (uhol – uhol)
Dva trojuholníky sú podobné, ak sa zhodujú v dvoch uhloch:
α′ = α a β′ = β
Tretí uhol sa potom zhoduje tiež, lebo súčet vnútorných uhlov trojuholníka je vždy 180°. V praxi sa veta uu používa najčastejšie.
Využitie podobnosti v praxi
Výška stromu alebo budovy podľa tieňa
Slnečné lúče dopadajú na zem rovnobežne. Ak vedľa stromu postavíš zvislú tyč, tyč so svojím tieňom a strom so svojím tieňom tvoria dva pravouhlé trojuholníky s rovnakým uhlom dopadu lúčov. Podľa vety uu sú podobné, preto platí:
Tu v1 je výška tyče, t1 dĺžka jej tieňa, t2 dĺžka tieňa stromu a v2 hľadaná výška stromu. Oba tiene treba odmerať v tom istom čase, lebo počas dňa sa ich dĺžka mení. Vyskúšaj si to v riešiteľovi nižšie.
Šírka rieky
Na svojom brehu vytýčime kolíkmi body B, C, D v jednej priamke pozdĺž brehu tak, aby bod B ležal presne oproti stromu T na druhom brehu. Z bodu D kráčame kolmo od rieky, až kým kolík C a strom T nevidíme v jednej priamke — tam je bod E. Trojuholníky TBC a EDC sú podobné, preto
x : 8 = 30 : 10 x = 8 · 3 = 24 m
Rieka je široká 24 m, hoci sme ju vôbec nemuseli prekročiť.
Mierka mapy
Mapa je zmenšenina krajiny. Mierka 1 : 50 000 znamená, že každá vzdialenosť na mape je 50 000-krát menšia ako v skutočnosti: 1 cm na mape zodpovedá 50 000 cm = 500 m v teréne. Ak sú dve obce na mape vzdialené 4,2 cm, vzdušnou čiarou sú od seba vzdialené 4,2 · 500 m = 2 100 m = 2,1 km.
Riešené príklady
- Pomer podobnosti určíme z dvojice strán, ktoré poznáme obe: k = c′ : c = 15 : 10 = 1,5. Keďže k > 1, trojuholník A′B′C′ je zväčšenina.
- Ostatné strany vynásobíme číslom k: a′ = 1,5 · 6 = 9 cm, b′ = 1,5 · 8 = 12 cm.
- Obvod: o = 6 + 8 + 10 = 24 cm, o′ = 1,5 · 24 = 36 cm. Kontrola: 9 + 12 + 15 = 36.
- Obsah: S′ = k² · S = 1,5² · 24 = 2,25 · 24 = 54 cm².
Odpoveď: a′ = 9 cm, b′ = 12 cm, o′ = 36 cm, S′ = 54 cm2.
a) podľa vety uu
V trojuholníku ABC je α = 50° a β = 70°. V trojuholníku KLM má uhol pri vrchole K veľkosť 60° a uhol pri vrchole L veľkosť 50°.
- Tretí uhol trojuholníka ABC: γ = 180° − 50° − 70° = 60°.
- Tretí uhol trojuholníka KLM (pri M): 180° − 60° − 50° = 70°.
- Uhly sa zhodujú: pri A a L (50°), pri B a M (70°), pri C a K (60°). Podľa vety uu sú trojuholníky podobné — stačili by aj len dva z týchto uhlov.
- V zápise dodržíme poradie zodpovedajúcich vrcholov: △ABC ∼ △LMK.
b) podľa vety sss
Trojuholník má strany 4 cm, 6 cm, 8 cm. Je podobný trojuholníku so stranami 6 cm, 9 cm, 12 cm? A trojuholníku so stranami 6 cm, 9 cm, 13 cm?
- Strany sú zoradené od najkratšej, porovnáme pomery: 6 : 4 = 1,5, 9 : 6 = 1,5, 12 : 8 = 1,5. Všetky pomery sú rovnaké — trojuholníky sú podobné podľa vety sss, k = 1,5.
- Pri druhom trojuholníku: 6 : 4 = 1,5, 9 : 6 = 1,5, ale 13 : 8 = 1,625. Pomery nie sú rovnaké — tieto trojuholníky podobné nie sú.
- Tyč aj strom stoja zvislo a lúče Slnka sú rovnobežné. Trojuholníky „tyč – tieň“ a „strom – tieň“ majú pravý uhol a rovnaký uhol dopadu lúčov, sú teda podobné (veta uu).
- Pomer podobnosti: k = 12 : 2 = 6 — tieň stromu je 6-krát dlhší ako tieň tyče.
- Aj strom je 6-krát vyšší ako tyč: v = 6 · 1,5 = 9 m.
- To isté cez úmeru: v : 1,5 = 12 : 2, teda v = 1,5 · 12 : 2 = 9 m.
Odpoveď: Strom je vysoký 9 m.
🧠 Zapamätaj si
- △ABC ∼ △A′B′C′ znamená: a′ : a = b′ : b = c′ : c = k a zodpovedajúce uhly sú zhodné.
- k > 1 zväčšenie, k < 1 zmenšenie, k = 1 zhodnosť.
- Obvod sa zmení k-krát, obsah k2-krát.
- Vety o podobnosti: sss, sus, uu — najčastejšie stačí nájsť dva zhodné uhly.
- Poradie vrcholov v zápise určuje, ktoré vrcholy, strany a uhly si zodpovedajú.
- Výška podľa tieňa: v2 : v1 = t2 : t1.
Vyskúšaj si to — podobný trojuholník
Ťahaj modré vrcholy trojuholníka ABC alebo zadaj ich súradnice. Posuvníkom zmeň pomer podobnosti k a sleduj, čo sa stane so stranami, uhlami, obvodom a obsahom trojuholníka A′B′C′.
Vyskúšaj si to — výška stromu podľa tieňa
Zadaj výšku tyče a dĺžky oboch tieňov odmerané v tom istom čase. Všetky hodnoty sú v metroch.
Pozri aj: Priama a nepriama úmernosť (výška a dĺžka tieňa sú priamo úmerné), Pytagorova veta a Euklidove vety, ktoré sa dokazujú práve pomocou podobných trojuholníkov.