Processing math: 100%

M447. Задача об остроугольном треугольнике

Задача из журнала «Квант»(1977, №6)

Условие

В остроугольном треугольнике ABC отрезки BO и CO (где O — центр описанной окружности) продолжены до пересечения в точках D и E со сторонами AC и BC треугольника. Оказалось, что ^BDE=50, а ^CED=30. Найдите величины углов треугольника ABC и докажите равенства |AE|=|ED|, |CE|=|CB|, |CD|=|CO|.

Решение

Величина угла A находится легко (см. рис. 1): поскольку ^BOC=^EOD=1803050=100, величина вписанного угла A=50. Заметим также, что ^OBC=^OCB=40 (поскольку |BO|=|CO|).

Рис. 1

Рис. 1

Найти величины других углов треугольника ABC можно с помощью теоремы синусов. Положим ^EBD=φ. Тогда ^OEB=100φ, ^ABC=φ+40, ^ACB=90φ, ^OCD=50φ, ^ODC=φ+50; таким образом, 0<φ<50. Из треугольников ODE,OBE и OCD находим: sin50sin30=|OE||OD|=|OE||OB||OE||OD|= =sin^OBEsin^OEBsin^ODCsin^OCD=sinφsin(φ+50)sin(100φ)sin(50φ). Уравнение, из которого мы должны найти φ(0<φ<50): sinφsin(φ+50)sin(100φ)sin(50φ)=2sin50, эквивалентно следующим: 2sin50(cos50cos(1502φ))=cos50cos(50+2φ), sin20sin(2φ40)+2sin50cos(2φ+30)=0, cos(φ10)sin(30φ)+sin50sin(602φ)=0, sin(30φ)(cos(φ10)+2sin50cos(30φ))=0. Поскольку cos(φ10) и cos(φ30) положительны при 0<φ<50, последнее уравнение имеет единственный корень φ=30.

Отсюда ^ABC=70, ^ACB=60/

Далее, ^BEC=70|CE|=|CB|; ^ODC=80|CD|=|CO|; ^ADE=50|EA|=|ED|.

Равенства длин, которые требуется установить в задаче, подсказывают, какие углы должен иметь треугольник ABC. Но даже зная ответ, придумать данное выше тригонометрическое решение трудно. Вместо этого можно рассуждать иначе.

Рис. 2

Рис. 2

Заметим прежде всего, что условия ^OED=30,^ODE=50 определяют ответ однозначно. Действительно (рис. 2), если на окружности с центром O закрепить точки B и C так, что ^BOC=100, и перемещать точку A по дуге BC (симметричной дуге BC) от точки B к точке C, то точка D[BO] будет приближаться к O, а E[OC] — удаляться от O; при этом величина угла ^ODE будет возрастать, а угла ^OED — убывать; значит, только при одном положении A эти величины могут принять нужные значения (50 и 30).

Рис. 3

Рис. 3

Теперь нужно лишь доказать, что треугольник с углами ˆA=50, ˆB=70, ˆC=60 удовлетворяют условию, то есть что все углы — такие, как указано на рисунке 3:

  1. Достаточно проверить, что DE — биссектриса угла ADB: |AE||EB|=|AE||EC|=|EC||EB|=sin20sin70sin50sin40= 2sin20cos202sin50sin40=sin30sin50=|AD||DB|.
    Здесь мы снова используем теорему синусов. А вот чисто геометрическое доказательство.
  2. Рис. 4

    Рис. 4

  3. Треугольник ECB имеет ось симметрии, поскольку ^CEB=^CBE. Пусть K — точка, симметричная точке O относительно этой оси (рис. 4). Тогда треугольник KCD равносторонний (|KC|=|OC|=|DC|=a, ^KCD=60), и потому |KD|=a, ^DKC=^KDC=60, а KBE≅△OEB, и потому ^BEK=30, ^EKB=80, |EK|=|OB|=a. Итак, треугольник EKD равнобедренный, ^EKD=40, поэтому ^KED=^KDE=70, ^ODE=70^ODK=70(8060)=50, ^OED=7040=30.

Н. Васильев,
Я. Суконник

Определение и свойства кратного интеграла Римана

Необходимые понятия

Разбиения

Пусть множество G измеримо по Жордану в Rn. Совокупность измеримых по Жордану в Rn и попарно непересекающихся множеств G1,,GN называется разбиением G, если G=Ni=1Gi. Разбиение будем обозначать буквой T.

Пусть d(Gi) есть диаметр множества Gi, т. е. d(Gi)=supxGi,yGiρ(x,y).

Число l(T)=maxd(Gi)i=¯1,N будем называть мелкостью разбиения T.

Разбиение T={Gi}, i=¯1,N, будем называть продолжением разбиения T={Gi}, i=¯1,N, и писать TT, если каждое из множеств Gi является подмножеством некоторого множества Gk. Очевидно, что из TT следует, что l(T)l(T).

Интегральные суммы Римана. Суммы Дарбу

Пусть функция f(x) определена на измеримом по Жордану множестве G, а T есть разбиение множества G: T={Gi},i=¯1,N. Возьмем в каждом из множеств Gi по точке ξi. Выражение σT(f,ξ,G)=Ni=1f(ξi)m(Gi) называется интегральной суммой Римана функции f(x) на множестве G, соответствующей разбиению T и выборке ξ=(ξ1,,ξN). Иногда для краткости сумма Римана обозначается просто через σT.

Если функция f(x) ограничена на множестве G, то для любого разбиения T={Gi},i=¯1,N, определены числа mi=infxGif(x),  Mi=supxGif(x).

Выражения ST=Ni=1Mim(Gi),  sT=Ni=1mim(Gi) называются верхней и нижней суммами Дарбу, соответствующими разбиению T.

Определение

Число I называется пределом интегральной суммы σT при мелкости разбиения l(T)0, если для любого ε>0 найдется δ>0 такое, что для любого разбиения T с мелкостью l(T)<δ и для любой выборки выполняется неравенство |IσT(f,ξ,G)|<ε.

Если число I есть предел интегральной суммы при l(T)0, то будем писать I=liml(T)0σT, само число I будем называть кратным интегралом Римана от функции f(x) по множеству G, а функцию f(x) — интегрируемой на множестве G. Для кратного интеграла Римана используются следующие обозначения: Gf(x)dx,  Gnf(x1,,xn)dx1dxn.

В случае n=2 интеграл называется двойным, а в случае n=3тройным. Обозначения для двойного и тройного интеграла: Gf(x,y)dxdy,  Gf(x,y,z)dxdydz.

Свойства кратного интеграла

Свойство 1.
Справедливо равенство G1dx=m(G).

Спойлер
Свойство 2.
Если f(x)>0 и f(x) — интегрируемая на измеримом по Жордану множестве G функция, то Gf(x)dx0.

Спойлер
Свойство 3.
Если f1(x) и f2(x) — интегрируемые на множестве G функции, а α и β — произвольные вещественные числа, то и функция αf1(x)+βf2(x) интегрируема на G, причем G(αf1(x)+βf2(x))dx= =αGf1(x)dx+βGf2(x)dx.

Спойлер
Свойство 4.
Если f1(x) и f2(x) — интегрируемые на множестве G функции и f1(x)f2(x) при xG, то Gf1(x)dxGf2(x)dx.

Спойлер
Свойство 5.
Если функция f(x) непрерывна на измеримом связном компакте G, то найдется точка ξG такая, что Gf(x)dx=f(ξ)m(G).

Спойлер
Свойство 6.
Если {Gk},k=¯1,m, есть разбиение множества G, то функция f(x) интегрируема на множестве G в том и только том случае, когда она интегрируема на каждом из множеств Gk, причем Gf(x)dx=mk=1Gkf(x)dx.
Свойство 7.
Произведение интегрируемых на измеримом множестве G функций есть интегрируемая на множестве G функция.

Спойлер
Свойство 8.
Если функция f(x) интегрируема на измеримом множестве G, то функция |f(x)| также интегрируема и |Gf(x)dx|G|f(x)|dx.

Спойлер

Примеры

Пример 1

Определить какой знак имеет интеграл x2+y2431x2y2dxdy.

Спойлер

Пример 2 (вычисление площади плоской фигуры с помощью двойного интеграла)

Вычислить площадь фигуры, занимающей область D, ограниченную линиями x=y2 и x+y=2.

Спойлер

Пример 3 (вычисление объема с помощью двойного интеграла)

Пусть цилиндрический брус ограничен сверху непрерывной поверхностью z=f(x,y), снизу — плоскостью z=0, с боков — цилиндрической поверхностью с образующими, параллельными оси Oz. Если указанная цилиндрическая поверхность вырезает из плоскости Oxy квадрируемую замкнутую область D, то объем V бруса вычисляется по формуле: V=Df(x,y)dxdy.  ()

Найти объем тела, ограниченного поверхностями: z=x2+y2, y=x2, y=1, z=0.

Спойлер

Кратный интеграл Римана

Тест: Кратный интеграл Римана.