ההגדרה מדברת על ארבע זוויות ישרות. אבל בהוכחה מספיק פחות.
יש שלוש דרכים להוכיח שמרובע הוא מלבן, ומספיקה אחת.
הדרך הראשונה — למה שלוש מספיקות
סכום הזוויות בכל מרובע הוא 360°. יישרו את הזוויות, ושימו לב ל-.
שלוש זוויות ישרות תופסות . לרביעית נשאר בדיוק:
אין לה שום אפשרות אחרת. לכן «הזווית הרביעית ישרה» היא מסקנה, לא נתון. מנמקים אותה ב«סכום הזוויות במרובע הוא ».
במרובע נתון . הוכיחו שהמרובע מלבן.
מלבן
סכום הזוויות במרובע
הצבת הנתונים
חישוב
מרובע שכל זוויותיו ישרות
ארבע שורות, והשורה השלישית היא כל העניין: הזווית הרביעית חושבה, לא נמדדה.
ומכיוון שמלבן הוא גם מקבילית, ברגע שהוכחנו שהוא מלבן — כל תכונות המקבילית זמינות גם הן, בלי הוכחה נוספת.
במרובע שלוש זוויות ישרות. צריך למדוד את ?
להציג את התשובה והפתרון
לא. היא חייבת להיות . מחשבים אותה, לא מודדים.
הוכחה לדוגמה — ארבעה חוצי זוויות בונים מלבן
במקבילית שאינה מעוין, חוצי הזוויות הפנימיות נחתכים ויוצרים מרובע . הוכיחו: מלבן.
מקבילית שאינה מעוין
, , ו- חוצים את זוויות המקבילית
המרובע שנוצר בין החוצים
מלבן
זוויות חד-צדדיות בין
החוצים לוקחים חצי מכל זווית — חצי מ-
סכום הזוויות במשולש
הזווית של ליד ישרה
קודקודית ל- (או היא עצמה)
אותו חשבון בדיוק בשני קודקודים נוספים
כל זוג זוויות סמוכות במקבילית משלים ל-
מרובע שיש בו שלוש זוויות ישרות הוא מלבן
שימו לב איך המשפט של היחידה הזו סוגר את ההוכחה: את הזווית הרביעית לא בודקים בכלל — שלוש ישרות מכריחות אותה. וזה עובד בכל מקבילית שאינה מעוין, כי לא השתמשנו באף מידה. במעוין (ובריבוע) החוצים הם האלכסונים עצמם: ארבעתם נפגשים בנקודה אחת, ואין מרובע בכלל.
הדרך השלישית — אלכסונים שווים
מקבילית עם אלכסונים שווים — מה היא?
להציג את התשובה והפתרון
מלבן. משפט הזיהוי: די בשוויון האלכסונים כדי לכפות זוויות ישרות.
תרגילים
תרגיל 1
במרובע שלוש זוויות ישרות. מה גודל הזווית הרביעית במעלות?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: 90
הפתרון:
שלוש הזוויות הידועות
ומה שנשאר מ-360°
זו הסיבה שמספיק להוכיח שלוש זוויות ישרות.
תרגיל 2
במרובע שלוש זוויות הן 100°, 80° ו-90°. מה גודל הרביעית במעלות?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: 90
הפתרון:
מחברים את הידועות
ומחסרים מ-360°
הזווית יצאה ישרה — אבל זווית אחת ישרה אינה הופכת מרובע למלבן.
תרגיל 3
במרובע שלוש זוויות הן 70°, 110° ו-120°. מה גודל הרביעית במעלות?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: 60
הפתרון:
מחברים את הידועות
ומחסרים מ-360°
המרובע הזה אינו מלבן: הזווית הרביעית אינה 90°.
תרגיל 4
במרובע שלוש זוויות הן 95°, 85° ו-100°. מה גודל הרביעית במעלות?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: 80
הפתרון:
מחברים את הידועות
ומחסרים מ-360°
המרובע הזה אינו מלבן: הזווית הרביעית אינה 90°.
תרגיל 5
כמה זוויות ישרות צריך להוכיח כדי להראות שמרובע הוא מלבן?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: ב שלוש
הפתרון:
לרביעית אין ברירה
במרובע כללי — שלוש: להוכיח את הרביעית בנפרד זה בזבוז זמן, אבל לא טעות, כי היא נובעת. אם כבר ידוע שהמרובע מקבילית, מספיקה זווית ישרה אחת — הדרך השנייה.
תרגיל 6
מה הנימוק לכך שהזווית הרביעית ישרה?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: ד סכום הזוויות במרובע הוא 360°
הפתרון:
המשפט שמאלץ את הרביעית
זה משפט על מרובע. משפט 180° שייך למשולש ולא רלוונטי כאן.
תרגיל 7
במרובע שתי זוויות ישרות בלבד. האם הוא בהכרח מלבן?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: א לא — שתי הזוויות האחרות יכולות להיות 120° ו-60°
הפתרון:
סכום תקין, ובכל זאת לא מלבן
שתי זוויות משאירות 180° לחלוקה חופשית בין השתיים הנותרות.
תרגיל 8
במקבילית נתון שהאלכסונים שווים: . הוכיחו כי הוא מלבן.
מלבן
להציג את התשובה והפתרון
- מקבילית — נתון
- — נתון
- — במקבילית הצלעות הנגדיות שוות
- — צלע משותפת לשני המשולשים
- — משפט חפיפה צ.צ.צ
- — זוויות מתאימות במשולשים חופפים שוות
- — זוויות חד־צדדיות בין ישרים מקבילים משלימות ל-
- — שתי זוויות שוות שסכומן — כל אחת ישרה
- מלבן — מקבילית שבה זווית אחת ישרה היא מלבן
הפתרון:
צ.צ.צ
ולכן שתי הזוויות שוות
והן גם חד־צדדיות
שוות ומשלימות — כל אחת ישרה
הצירוף «שוות וגם סכומן » הוא מנוע ההוכחה. הוא מופיע שוב ושוב, ושווה לזכור אותו כתבנית.
תרגיל 9
במקבילית הנקודה היא אמצע הצלע , ונתון . הוכיחו כי הוא מלבן.
מלבן
להציג את התשובה והפתרון
- מקבילית — נתון
- אמצע — נתון
- — נתון
- — נקודת אמצע מחלקת את הקטע לשני קטעים שווים
- — במקבילית הצלעות הנגדיות שוות
- — משפט חפיפה צ.צ.צ
- — זוויות מתאימות במשולשים חופפים שוות, שכן על
- — זוויות חד־צדדיות בין ישרים מקבילים משלימות ל-
- — שתי זוויות שוות שסכומן — כל אחת ישרה
- מלבן — מקבילית שבה זווית אחת ישרה היא מלבן
הפתרון:
אמצע, צלעות נגדיות, ונתון
צ.צ.צ
זוויות מתאימות
חד־צדדיות בין
מקבילית עם זווית ישרה
שוב התבנית «שוות וגם סכומן »: היא הופכת שוויון זוויות לזווית ישרה, ומשם — הדרך השנייה.
תרגיל 10
מקבילית עם זווית אחת ישרה — מה היא?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: ד מלבן
הפתרון:
סמוכות משלימות — כולן ישרות
תרגיל 11
בשרטוט 5 נתון מלבן . האלכסונים ו- נחתכים בנקודה . א. הוכיחו: .
להציג את התשובה והפתרון
- מלבן — נתון
- ו- אלכסונים הנחתכים ב- — נתון
- — במלבן האלכסונים שווים
- — האלכסונים במלבן חוצים זה את זה
- — האלכסונים במלבן חוצים זה את זה
- — אמצע האלכסון
- — אמצע האלכסון
- — חצאים של קטעים שווים שווים זה לזה
הפתרון:
במלבן האלכסונים שווים
האלכסונים חוצים זה את זה (המלבן הוא מקבילית)
חצאים של קטעים שווים
אותו נימוק נותן : ארבעת הקודקודים רחוקים מ- באותה מידה.
תרגיל 12
בשרטוט 5 נתון מלבן . האלכסונים ו- נחתכים בנקודה . ב. נתון בנוסף . חשבו את (בדרגות).
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: 58
הפתרון:
זווית של מלבן
סכום הזוויות החדות במשולש ישר-זווית
המשולש ישר-זווית ב-, ולכן שתי הזוויות החדות משלימות ל-.
תרגיל 13
בשרטוט 5 נתון מלבן . האלכסונים ו- נחתכים בנקודה . ג. נתון . חשבו את (בדרגות).
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: 64
הפתרון:
מסעיף א — כל ארבעת החצאים שווים
זוויות הבסיס במשולש
זווית צמודה
מכיוון שכל ארבעת חצאי האלכסונים שווים, המלבן מתחלק לארבעה משולשים שווי-שוקיים — משם באים כל החישובים האלה.
תרגיל 14
בשרטוט 5 נתון מלבן . האלכסונים ו- נחתכים בנקודה . ד. נתון ס״מ ו- ס״מ. חשבו את (בס״מ).
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: 5
הפתרון:
פיתגורס במשולש
אמצע האלכסון
תרגיל 15
האם הנתון מספיק כדי להוכיח שהמרובע הוא מלבן?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: מרובע שיש בו שלוש זוויות ישרות — מספיק · מקבילית שיש בה זווית ישרה אחת — מספיק · מקבילית שאלכסוניה שווים — מספיק · מרובע שאלכסוניו שווים וחוצים זה את זה — מספיק · מרובע שיש בו שתי זוויות ישרות — לא מספיק · מרובע שאלכסוניו שווים — לא מספיק · מקבילית שאלכסוניה מאונכים — לא מספיק
הפתרון:
מקבילית עם זווית ישרה
מקבילית עם אלכסונים שווים
שלוש הדרכים: שלוש זוויות ישרות במרובע, מקבילית עם זווית ישרה, מקבילית עם אלכסונים שווים. אלכסונים שחוצים זה את זה נותנים מקבילית — ועם השוויון זו הדרך השלישית. שתי זוויות ישרות מתקיימות גם בטרפז ישר זווית, אלכסונים שווים לבד — גם בטרפז שווה שוקיים, ומקבילית עם אלכסונים מאונכים היא מעוין.
תרגיל 16
במקבילית נתון . מוכיחים שהיא מלבן — שורה אחת שגויה
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: →
הפתרון:
זוויות נגדיות במקבילית שוות
זוויות סמוכות משלימות — לא שוות
ו- הן זוויות נגדיות, ולכן הן שוות. זוויות סמוכות במקבילית אינן שוות — הן משלימות ל-. החשבון יצא נכון במקרה, אבל הנימוק שגוי.
תרגיל 17
השלימו
במקבילית נתון ו-. המקבילית היא מלבן כאשר ____, ואז אורך כל אחד מהאלכסונים הוא ____.
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: במקבילית נתון ו-. המקבילית היא מלבן כאשר 5, ואז אורך כל אחד מהאלכסונים הוא 17.
הפתרון:
מקבילית שאלכסוניה שווים היא מלבן, ולכן דורשים .
תרגיל 18
מה מספיק כדי להוכיח שהמרובע הוא מלבן?
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: מרובע עם שלוש זוויות ישרות — מספיק · מקבילית עם זווית ישרה אחת — מספיק · מקבילית עם אלכסונים שווים — מספיק · מרובע עם שתי זוויות ישרות — לא מספיק · מרובע עם אלכסונים שווים — לא מספיק · מקבילית עם אלכסונים מאונכים — לא מספיק
הפתרון:
שלוש זוויות ישרות מכריחות את הרביעית
שלוש הדרכים מספיקות. שתי זוויות ישרות משאירות לחלוקה חופשית. אלכסונים שווים בלי מקבילית: טרפז שווה-שוקיים. ואלכסונים מאונכים במקבילית נותנים מעוין.
תרגיל 19
מרובע שהאלכסונים שלו שווים הוא בהכרח מלבן.
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: לא נכון
הפתרון:
גם בטרפז שווה-שוקיים האלכסונים שווים
לא נכון. הדרך השלישית דורשת להוכיח קודם שהמרובע מקבילית; בלי זה, טרפז שווה-שוקיים הוא דוגמה נגדית.
תרגיל 20
בהוכחה שהזווית הרביעית ישרה, שורה אחת שגויה. מצאו אותה.
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: →
הפתרון:
שלוש זוויות ישרות, לא שתיים
מה שנשאר לרביעית
השורה השלישית חיסרה רק שתי זוויות ישרות. לזווית אחת זה קו ישר, לא זווית של מרובע.
תרגיל 21
סדרו את ההוכחה: מקבילית שבה היא מלבן.
להציג את התשובה והפתרון
התשובה: , משותפת, · (צ.צ.צ.) · · · , ולכן מלבן
הפתרון:
קודם שלוש צלעות, אחר כך החפיפה
זוויות חד-צדדיות שגם שוות
החפיפה באה לפני שוויון הזוויות: זוויות מתאימות שוות בגלל החפיפה, לא לפניה.