Геометрия
Планиметрия: теоремы для задания 18

Площади: Герон, вписанная и описанная окружности

Атанасян, справочник формул планиметрии
1

Что нужно помнить из 7–9 класса

Площадь треугольника S=12ahaS=\dfrac12 a h_a. Дальше — формулы, которые выбирают по тому, что дано в условии.
Короткое напоминание1

Полупериметр обозначают p=a+b+c2p = \dfrac{a+b+c}{2} — он входит сразу в две формулы ниже.

2

Две стороны и угол между ними

Самая ходовая формула, когда высота неизвестна, а угол дан.
S=12 absin⁡γS = \dfrac{1}{2}\,ab\sin\gammaγ\gamma — угол МЕЖДУ сторонами aa и bb
Что из этого следует2

Для параллелограмма со сторонами aa, bb и углом γ\gamma: S=absin⁡γS = ab\sin\gamma.

Синус тупого и смежного ему острого угла равен: sin⁡120∘=sin⁡60∘\sin 120^\circ = \sin 60^\circ.

3

Формула Герона: даны три стороны

Когда углов нет вовсе, а стороны известны, площадь считают через полупериметр.
S=p (p−a)(p−b)(p−c)S = \sqrt{p\,(p-a)(p-b)(p-c)}p=a+b+c2p = \dfrac{a+b+c}{2}
Как считать, чтобы не утонуть3

Сначала вычисляют pp, потом три разности — они часто оказываются целыми.

Если под корнем получилось отрицательное число, треугольника с такими сторонами не существует.

Для египетского треугольника 3,4,53,4,5: p=6p=6, S=6⋅3⋅2⋅1=6S=\sqrt{6\cdot3\cdot2\cdot1}=6.

4

Через вписанную и описанную окружности

Эти две формулы связывают площадь с радиусами — по ним находят rr и RR, когда их спрашивают.
S=p r,S=abc4RS = p\,r, \qquad S = \dfrac{abc}{4R}rr — радиус вписанной окружности, RR — описанной
Частые следствия3

Отсюда r=Spr = \dfrac{S}{p} и R=abc4SR = \dfrac{abc}{4S}.

Для прямоугольного треугольника проще: R=c2R = \dfrac{c}{2} и r=a+b−c2r = \dfrac{a+b-c}{2}.

По теореме синусов asin⁡α=2R\dfrac{a}{\sin\alpha} = 2R — ещё один способ найти RR.

5

Отношение площадей

В задании 18 чаще спрашивают не саму площадь, а её отношение к другой.
S1S2=a1a2\dfrac{S_1}{S_2} = \dfrac{a_1}{a_2}если у треугольников общая высота — площади относятся как основания
Три рабочих правила3

Общая высота — площади как основания; общее основание — как высоты.

У подобных треугольников площади относятся как k2k^2.

Если у треугольников равен угол, площади относятся как произведения сторон при этом угле.

Разобранные примеры
Стороны треугольника равны 1313, 1414 и 1515. Найдите площадь и радиус вписанной окружности.разбор
  1. p=13+14+152=21p=\dfrac{13+14+15}{2}=21.
  2. Герон: S=21⋅(21−13)(21−14)(21−15)=21⋅8⋅7⋅6S=\sqrt{21\cdot(21-13)(21-14)(21-15)}=\sqrt{21\cdot8\cdot7\cdot6}.
  3. 21⋅8⋅7⋅6=705621\cdot8\cdot7\cdot6=7056, значит S=84S=84.
  4. r=Sp=8421=4r=\dfrac{S}{p}=\dfrac{84}{21}=4.
Ответ: S=84S = 84, r=4r = 4
В треугольнике ABCABC точка MM на стороне BCBC делит её так, что BM:MC=2:5BM:MC = 2:5. Во сколько раз площадь ABMABM меньше площади ABCABC?разбор
  1. У треугольников ABMABM и ABCABC общая высота из вершины AA к прямой BCBC.
  2. Значит их площади относятся как основания: SABMSABC=BMBC\dfrac{S_{ABM}}{S_{ABC}}=\dfrac{BM}{BC}.
  3. BC=BM+MCBC = BM + MC, то есть 2+5=72+5=7 частей. SABMSABC=27\dfrac{S_{ABM}}{S_{ABC}}=\dfrac{2}{7}.
  4. Площадь меньше в 3,53{,}5 раза.
Ответ: в 3,53{,}5 раза