Длина отрезка. Равные отрезки. Середина отрезка. Расстояние между точками
В 5 классе вы измеряли отрезки линейкой (урок «Отрезок, длина отрезка, треугольник»), а в уроке «Луч в геометрии» разобрали, чем луч отличается от отрезка. В этом уроке выясним, какие отрезки называют равными, что такое длина отрезка, середина отрезка и расстояние между точками. Все это объясняет одна модель: отрезок переводят на кальку, накладывают на другой отрезок и перегибают.
Вопрос для начала. Москва, Тверь и Бологое стоят на одной железной дороге. От Москвы до Твери по ней около 167 км, от Москвы до Бологого — около 330 км. Сколько километров по этой дороге от Твери до Бологого? Можно ли ответить, не глядя на карту? Запомните свой ответ — вернемся к нему в третьем разделе.
Как сравнить два отрезка, не измеряя их
На листе нарисованы отрезки $AB$ и $CD$. На глаз не всегда видно, какой из них длиннее. Переведем отрезок $AB$ на кальку и наложим на $CD$: точку $A$ — на точку $C$, а сам отрезок положим вдоль отрезка $CD$. Теперь посмотрим, куда попала точка $B$.
Возможны три исхода:
- точка $B$ легла на точку $D$ — отрезки совпали целиком;
- точка $B$ легла между $C$ и $D$ — отрезок $AB$ составляет только часть $CD$, значит, $AB$ меньше $CD$;
- точка $B$ вышла за точку $D$ — отрезок $AB$ больше $CD$.
Определение
Равные фигуры — фигуры, которые можно совместить наложением. Отрезки, которые совпали при наложении, называют равными отрезками и пишут: $AB = CD$.
На чертеже равные отрезки отмечают одинаковым числом штрихов: один штрих — у одной пары равных отрезков, два штриха — у другой. Штрих ставят на том отрезке, о котором идет речь. Отрезок $AB$ и отрезок $BA$ — один и тот же отрезок, поэтому $AB = BA$.
Длина: сколько раз укладывается мерка
Наложение отвечает на вопрос, равны ли отрезки и какой из них больше. Но оно не говорит, на сколько больше. Чтобы получить число, нужна мерка — отрезок, принятый за единицу длины, например 1 см. Мерку откладывают вдоль отрезка подряд, конец к началу, и считают, сколько раз она уложилась.
На рисунке мерка 1 см уложилась в отрезке $AB$ четыре раза, и остался кусок, равный половине мерки. Значит, длина отрезка $AB$ равна $4 + 0{,}5 = 4{,}5$ см. Остаток меньше мерки измеряют более мелкой меркой: миллиметр — десятая часть сантиметра. Линейка устроена так же: на ней мерки уже уложены подряд и пронумерованы.
Мерка может быть и другой. Если мерка длиной 2 см уложилась 3 раза, то длина отрезка — 3 мерки, или $3 \cdot 2 = 6$ см: число мерок умножают на длину мерки.
Определение
Длина отрезка — число, которое показывает, сколько раз выбранная мерка (единица длины) укладывается в отрезке. Длина каждого отрезка больше нуля.
У равных отрезков длины равны, у большего отрезка длина больше.
Почему наложение и мерка дают один ответ? Если отрезки совпали при наложении, то мерка, уложенная в одном, ляжет и в другом точно так же — столько же раз. А если $AB$ при наложении лег внутрь $CD$, то в $CD$ поместятся все мерки отрезка $AB$ и еще кусок.
Пример 1
Сравните отрезки $KL = 35$ мм и $PQ = 3{,}4$ см.
Решение. Длины даны в разных единицах, поэтому сначала переведем их в одни: 1 см = 10 мм, значит, $PQ = 3{,}4 \cdot 10 = 34$ мм. Число 35 больше 34, поэтому $KL$ больше $PQ$. Проверка смыслом: если наложить $PQ$ на $KL$ конец к концу, точка $Q$ ляжет внутрь $KL$ и не дойдет до точки $L$ на 1 мм.
Ответ: $KL$ больше $PQ$.
Когда длины складываются, а когда вычитаются
Отметим на отрезке $AB$ точку $C$. Она делит $AB$ на два отрезка — $AC$ и $CB$, приложенных друг к другу концом к концу. Мерки, уложенные в $AC$, и мерки, уложенные в $CB$, вместе заполняют весь отрезок $AB$ подряд, без пропусков и наложений. Поэтому длины частей складываются.
Свойство
Если точка $C$ лежит на отрезке $AB$, то длина отрезка $AB$ равна сумме длин отрезков $AC$ и $CB$:
$$AB = AC + CB$$
Отсюда часть находят вычитанием: $CB = AB-AC$.
Пример 2
Точка $C$ лежит на отрезке $AB$, $AB = 12$ см, $CB = 4{,}5$ см. Найдите $AC$.
Решение. Точка $C$ лежит на отрезке $AB$, поэтому $AB = AC + CB$. Значит, $AC = AB-CB = 12-4{,}5 = 7{,}5$ см. Проверка: $7{,}5 + 4{,}5 = 12$.
Ответ: 7,5 см.
Вернемся к вопросу из начала урока. От Москвы до Твери около 167 км, до Бологого — около 330 км. Если не смотреть на карту, возможны два случая. Если Тверь лежит между Москвой и Бологим, путь от Москвы до Бологого состоит из двух частей, и от Твери до Бологого $330-167 = 163$ км. Если бы Тверь и Бологое стояли по разные стороны от Москвы, ответ был бы $330 + 167 = 497$ км.
На самом деле Тверь — на пути из Москвы в Бологое, поэтому ответ — около 163 км. Дорога не прямая, но длины ее участков складываются так же, как длины частей отрезка.
Так же и с точками на прямой. Если известно только, что точки $A$, $B$ и $C$ лежат на одной прямой, нужно выяснить, какая из них может лежать между двумя другими.
Ошибка
Задача: точки $A$, $B$ и $C$ лежат на одной прямой, $AB = 9$, $BC = 4$. Найдите $AC$. Решавр сразу пишет: $AC = 9 + 4 = 13$.
Проверим на чертеже. Поставим точку $C$ между $A$ и $B$ — условие выполняется: $AB = 9$, $BC = 4$. Но теперь $AC = AB-BC = 9-4 = 5$, а не 13.
Где сломалось рассуждение: сложение $AC = AB + BC$ верно, только если точка $B$ лежит между $A$ и $C$ — тогда отрезки $AB$ и $BC$ приложены концом к концу и вместе составляют $AC$. В условии этого нет. Третий случай — $A$ между $B$ и $C$ — здесь невозможен: тогда было бы $BC = BA + AC$, то есть $BC$ больше 9. Ответ: $AC = 13$ или $AC = 5$.
Важно
Если в задаче сказано только «точки лежат на одной прямой», нарисуйте все возможные расположения: какая точка лежит между двумя другими. Если подходят оба рисунка, в ответе указывают оба значения.
Середина: перегнули — и концы совпали
Как найти точку, которая делит отрезок $AB$ пополам, без линейки? Перегнем кальку с отрезком так, чтобы точка $A$ легла точно на точку $B$. Линия сгиба пересечет отрезок в точке $M$. Отрезки $AM$ и $MB$ при этом наложились друг на друга и совпали — значит, они равны.
Определение
Середина отрезка — точка отрезка, которая делит его на два равных отрезка.
Если $M$ — середина отрезка $AB$, то $AM = MB = AB : 2$ и $AB = 2 \cdot AM$.
Почему $AM = AB : 2$? Точка $M$ лежит на отрезке $AB$, поэтому $AM + MB = AB$. Части равны, значит, каждая — половина $AB$. На клетчатой бумаге середину отрезка, проведенного по линии сетки, находят счетом клеток: отрезок длиной 10 клеток сгибается пополам по линии сетки, которая отсекает пять клеток от точки $A$ и пять клеток от точки $B$.
Пример 3
От Москвы до Бологого по железной дороге около 330 км, от Бологого до Санкт-Петербурга — около 319 км. Найдется ли середина пути от Москвы до Санкт-Петербурга в Бологом?
Решение. Бологое лежит на дороге между Москвой и Санкт-Петербургом, поэтому длина всего пути — $330 + 319 = 649$ км. Середина пути — на расстоянии $649 : 2 = 324{,}5$ км от Москвы. Бологое — в 330 км от Москвы, то есть на $330-324{,}5 = 5{,}5$ км дальше середины.
Ответ: нет, середина пути — примерно в 5,5 км от Бологого в сторону Москвы.
Ошибка
Решавр рассуждает: «$AM = MB = 5$ см, значит, $M$ — середина отрезка $AB$». Известно еще, что $AB = 8$ см.
Проверим на числах. Если бы точка $M$ лежала на отрезке $AB$, по свойству длины было бы $AM + MB = AB$. Но $5 + 5 = 10 \ne 8$. Значит, $M$ не лежит на отрезке $AB$ — она, например, над ним, как на рисунке.
Где сломалось рассуждение: в определении середины два условия — точка лежит на отрезке и делит его на равные части. Равенство $AM = MB$ — только второе условие. Перегните кальку так, чтобы $A$ легла на $B$: точка $M$ над отрезком попадет на линию сгиба, но середина отрезка — одна, это точка пересечения сгиба с отрезком.
Расстояние между точками — это длина отрезка
Из дома в школу ведут разные пути разной длины. В геометрии расстояние между двумя точками одно — длина отрезка, который их соединяет.
Определение
Расстояние между точками $A$ и $B$ — длина отрезка $AB$.
Расстояние от $A$ до $B$ равно расстоянию от $B$ до $A$: $AB = BA$. Расстояние между различными точками больше нуля, расстояние от точки до нее самой считают равным нулю.
На клетчатой бумаге расстояние между точками на одной горизонтали или вертикали считают по клеткам: сколько сторон клеток уложилось между точками. Сторона клетки здесь — мерка. Считать нужно клетки, а не линии сетки: от линии 0 до линии 3 — три клетки, хотя линий четыре.
С расстояниями решают задачи-цепочки: сначала находят середины, потом расстояние между ними.
Пример 4
Точка $B$ лежит на отрезке $AC$, $AB = 10$ см, $BC = 4$ см. Точка $M$ — середина $AB$, точка $N$ — середина $BC$. Найдите расстояние между точками $M$ и $N$.
Решение. $MB = 10 : 2 = 5$ см, $BN = 4 : 2 = 2$ см. Точка $B$ лежит между $M$ и $N$, поэтому $MN = MB + BN = 5 + 2 = 7$ см. Проверка: $AC = 10 + 4 = 14$ см, и $MN = 7$ см — ровно половина $AC$.
Ответ: 7 см.
Повышенная сложность: почему расстояние между серединами — половина всего отрезка
Скрыть
Если точка $B$ лежит на отрезке $AC$, то $MN = MB + BN = AB : 2 + BC : 2 = (AB + BC) : 2 = AC : 2$. Ответ не зависит от того, где на отрезке $AC$ стоит точка $B$.
Если же известно только, что точки лежат на одной прямой, снова возможны два случая. Пусть $AB = 10$ см, $BC = 4$ см и точка $C$ лежит между $A$ и $B$. Тогда $AC = 10-4 = 6$ см, $MB = 5$ см, $NB = 2$ см, обе точки $M$ и $N$ — по одну сторону от $B$, и $MN = 5-2 = 3$ см. Это снова половина $AC$.
Вывод
Отрезки сравнивают наложением, а число — длину — дает мерка, уложенная подряд. Части отрезка приложены друг к другу концом к концу, поэтому их длины складываются; а если точки просто лежат на одной прямой, сначала выясните, какая из них между двумя другими, — ответов может быть два. Середина — это место сгиба, при котором конец лег на конец, и точка обязательно лежит на отрезке. Наложение понадобится уже в следующем уроке «Угол. Развернутый угол. Сравнение углов. Биссектриса»: углы сравнивают так же, как отрезки. А с правилами этого урока решают задачи на клетчатой бумаге из ОГЭ и ВПР и считают расстояния по одной дороге, как между Тверью и Бологим.
Как быстро вспомнить главное — по таблице.
| Вопрос | Что делаем с калькой или меркой | Запись |
|---|---|---|
| Равны ли отрезки? | Накладываем конец на конец и смотрим на второй конец | $AB = CD$, одинаковые штрихи |
| Какова длина? | Укладываем мерку подряд и считаем | $AB = 4{,}5$ см |
| Точка $C$ на отрезке $AB$ | Части приложены концом к концу | $AB = AC + CB$ |
| Три точки на одной прямой | Рисуем все расположения | Сумма или разность |
| Где середина? | Перегибаем так, чтобы $A$ легла на $B$ | $AM = MB = AB : 2$, $M$ на $AB$ |
| Каково расстояние? | Измеряем отрезок между точками | $AB = BA$ |
Часто задаваемые вопросы
Отрезок — фигура, а длина — число. Записывают их одинаково, $AB$, а смысл ясен из текста: «отрезок $AB$ лежит на прямой $a$» — это о фигуре, «$AB = 5$ см» — о длине.
Линейка — тоже наложение: на ней мерки уже уложены подряд. Наложение нужно, чтобы понять, что значит «равны»: так же сравнивают углы и многоугольники, у которых длины нет.
1 см = 10 мм, 1 дм = 10 см, 1 м = 100 см, 1 км = 1000 м. Перед тем как складывать, вычитать или сравнивать длины, переведите их в одни единицы: 12 см и $1{,}2$ дм — это одна и та же длина.
Нет. Середина $M$ лежит на отрезке на расстоянии $AB : 2$ от точки $A$, а на отрезке $AB$ такая точка одна. Перегибание дает тот же ответ: сгиб, при котором $A$ ложится на $B$, пересекает отрезок в одной точке.
Если условие не говорит, какая точка лежит между двумя другими, к нему подходят два разных рисунка. Каждый дает свой ответ, и оба верны. Полный ответ — оба значения, например «13 или 5».
Получите полный доступ ко всем материалам и занимайтесь в удобном темпе — без ограничений.
- Более 700 000 учеников и 50 000 учителей по всей России.
- Повышение среднего балла по предмету до 20 % после месяца занятий.
- Всплеск интереса к учебе и более глубокое понимание предметов.
Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:
- Отслеживайте прогресс освоения тем
- Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
- Проводите работу над ошибками после занятий