Смежные и вертикальные углы в задачах
Определения смежных и вертикальных углов и доказательства их свойств разобраны в уроках «Смежные углы» и «Вертикальные углы», а развернутый угол и биссектриса — в уроке «Угол. Развернутый угол. Сравнение углов. Биссектриса». Этот урок — практикум. Научимся узнавать пары углов на чертеже из двух и трех прямых, находить углы в несколько шагов, докажем, что биссектрисы смежных углов образуют прямой угол, и запишем решение с обоснованием каждого равенства.
Вопрос для начала. Прокл, автор комментария к «Началам» Евклида, пишет со слов историка Евдема: равенство вертикальных углов первым открыл Фалес, а научное доказательство этого свойства дано в «Началах». Но равенство и так видно на глаз. Зачем его доказывать? Ответим в последнем разделе.
Общей стороны мало: смежные углы вместе дают развернутый
Начертите прямую $AB$ и отметьте на ней точку $O$. Лучи $OA$ и $OB$ образуют развернутый угол $AOB$, он равен $180^\circ$. Проведите из точки $O$ луч $OC$. Он разрезал развернутый угол на два угла — $AOC$ и $COB$. Вместе они снова дают развернутый угол, поэтому $\angle AOC+\angle COB = 180^\circ$. Это смежные углы.
Теперь проведите еще один луч $OE$ между $OC$ и $OB$. У углов $AOC$ и $COE$ тоже есть общая сторона $OC$, и лежат они тоже рядом. Но вместе они составляют угол $AOE$, а не развернутый: луч $OE$ не лежит на продолжении луча $OA$. Такие углы просто соседние.
Определение
Смежные углы — два угла, у которых одна сторона общая, а две другие являются продолжениями одна другой. Сумма смежных углов равна $180^\circ$.
Вертикальные углы — два угла, стороны одного из которых являются продолжениями сторон другого. Вертикальные углы равны.
Вернемся к прямой $AB$ и лучу $OC$ и продолжим луч $OC$ за точку $O$ — получится луч $OD$ и прямая $CD$. Стороны угла $BOD$ — продолжения сторон угла $AOC$: $OB$ продолжает $OA$, $OD$ продолжает $OC$. Значит, углы $AOC$ и $BOD$ вертикальные.
Почему вертикальные углы равны, видно с калькой. Скопируйте угол $AOC$ на кальку, приколите ее булавкой в точке $O$ и поверните на пол-оборота. Луч $OA$ ляжет на свое продолжение $OB$, луч $OC$ — на $OD$, и копия угла $AOC$ совпадет с углом $BOD$.
Строгое доказательство обходится без кальки — через смежные углы: $\angle AOC+\angle COB = 180^\circ$ и $\angle COB+\angle BOD = 180^\circ$, значит, $\angle AOC = \angle BOD$. Подробно оно разобрано в уроке «Вертикальные углы».
Пару проверяют по определению, а не на глаз. Для смежных углов нужны оба условия: общая сторона есть и две другие стороны лежат на одной прямой. У вертикальных углов общей стороны нет, зато каждая сторона одного угла продолжает сторону другого.
Ошибка
Прямые $AB$, $CD$ и $EF$ пересекаются в точке $O$, $\angle AOC = 50^\circ$. Решавр рассуждает: «У углов $AOC$ и $COE$ общая сторона $OC$, значит, они смежные: $\angle COE = 180^\circ-50^\circ = 130^\circ$».
Проверим на числах. Лучи $OC$ и $OE$ лежат между лучами $OA$ и $OB$, поэтому углы $AOC$, $COE$ и $EOB$ вместе составляют развернутый угол $AOB$. Если бы $\angle COE = 130^\circ$, на угол $EOB$ осталось бы $180^\circ-50^\circ-130^\circ = 0^\circ$: луч $OE$ совпал бы с $OB$, а прямая $EF$ — с прямой $AB$. На чертеже это разные прямые, значит, ответ неверен.
Где сломалось рассуждение: проверено только первое условие определения. Общая сторона есть, но лучи $OA$ и $OE$ не продолжают друг друга.
Сначала назовите пару, потом считайте
Калька отвечает на вопрос «равны ли углы», но не говорит, сколько в них градусов. Числа дают сумма $180^\circ$ и деление на равные части. Поэтому любая задача решается по одной схеме.
Метод
- Назовите пару и причину: «смежные — общая сторона, две другие на одной прямой» или «вертикальные — стороны продолжают друг друга».
- Запишите равенство: сумма смежных углов $180^\circ$, вертикальные углы равны.
- Если углы даны через «в $k$ раз больше», «относятся как $m : n$» или «на $d$ больше», разделите $180^\circ$ на части.
- Проверьте ответ: сумма смежных углов $180^\circ$, угол, смежный с острым, — тупой.
Задача 1
Один из смежных углов в 4 раза больше другого. Найдите оба угла.
Решение. Углы смежные, их сумма $180^\circ$. Примем меньший угол за 1 часть, тогда больший — 4 таких части, а вместе $1+4 = 5$ частей. Одна часть: $180^\circ : 5 = 36^\circ$. Больший угол: $36^\circ \cdot 4 = 144^\circ$. Проверка: $36^\circ+144^\circ = 180^\circ$, к острому углу смежный тупой.
Ответ: $36^\circ$ и $144^\circ$.
Если углы относятся как $2 : 7$, то частей $2+7 = 9$, одна часть $180^\circ : 9 = 20^\circ$, углы $40^\circ$ и $140^\circ$.
Если сказано «на $d$ больше», сначала уберите разницу: останутся два равных меньших угла. Например, при разнице $30^\circ$ меньший угол равен $(180^\circ-30^\circ) : 2 = 75^\circ$, больший — $75^\circ+30^\circ = 105^\circ$.
Задача 2
При пересечении двух прямых образовались четыре угла. Сумма двух из них равна $220^\circ$. Найдите все четыре угла.
Решение. Сначала назовем пару. Любые два из четырех углов либо смежные, либо вертикальные. Смежные дали бы в сумме $180^\circ$, а здесь $220^\circ$, значит, данные углы вертикальные и равны: $220^\circ : 2 = 110^\circ$. Каждый из двух других углов смежный с углом $110^\circ$: $180^\circ-110^\circ = 70^\circ$. Проверка: $110^\circ+70^\circ+110^\circ+70^\circ = 360^\circ$ — две пары смежных углов.
Ответ: $110^\circ$, $70^\circ$, $110^\circ$, $70^\circ$.
На чертеже из трех прямых вертикальный угол лежит напротив
Проведем через точку $O$ три прямые $AB$, $CD$ и $EF$. Получится шесть углов. Пронумеруем их по кругу: $\angle 1 = \angle AOC$, $\angle 2 = \angle COE$, $\angle 3 = \angle EOB$, $\angle 4 = \angle BOD$, $\angle 5 = \angle DOF$, $\angle 6 = \angle FOA$.
Лучи $OA$ и $OB$ лежат на одной прямой, поэтому углы 1, 2 и 3 вместе составляют развернутый угол $AOB$. Теперь повернем кальку с углом 1 на пол-оборота: $OA$ ляжет на $OB$, $OC$ — на $OD$, и угол 1 совпадет с углом 4. Так же угол 2 ляжет на угол 5, а угол 3 — на угол 6.
Правило
Если через точку $O$ проходят три прямые, то три угла подряд между двумя лучами одной прямой в сумме дают $180^\circ$:
Вертикальный угол к данному — противоположный: между ними с каждой стороны по два угла.
Задача 3
Прямые $AB$, $CD$ и $EF$ пересекаются в точке $O$, $\angle AOC = 50^\circ$, $\angle COE = 70^\circ$. Найдите остальные четыре угла.
Решение. Углы $AOC$, $COE$ и $EOB$ составляют развернутый угол $AOB$: $\angle EOB = 180^\circ-50^\circ-70^\circ = 60^\circ$. Дальше — вертикальные углы: $\angle BOD = \angle AOC = 50^\circ$, $\angle DOF = \angle COE = 70^\circ$, $\angle FOA = \angle EOB = 60^\circ$. Проверка: $50^\circ+70^\circ+60^\circ+50^\circ+70^\circ+60^\circ = 360^\circ$.
Ответ: $\angle EOB = 60^\circ$, $\angle BOD = 50^\circ$, $\angle DOF = 70^\circ$, $\angle FOA = 60^\circ$.
Ошибка
На том же чертеже Решавр ищет угол, вертикальный углу $AOC$: «Вертикальный угол — через один. Через один от угла $AOC$ лежит угол $EOB$, значит, $\angle EOB = 50^\circ$».
Проверим калькой: при повороте на пол-оборота $OA$ идет в $OB$, $OC$ — в $OD$, и угол $AOC$ ложится на угол $BOD$, а не на $EOB$. Проверим числами: если $\angle EOB = 50^\circ$, то $50^\circ+70^\circ+50^\circ = 170^\circ$, и развернутый угол $AOB$ не собирается.
Где сломалось рассуждение: у угла $EOB$ только сторона $OB$ продолжает сторону угла $AOC$, а $OE$ не продолжает $OC$. У вертикальных углов продолжениями должны быть обе стороны. При двух прямых угол «через один» и есть противоположный, поэтому привычка подводит именно на трех прямых.
Биссектрисы смежных углов всегда образуют прямой угол
Пусть углы $AOC$ и $COB$ смежные и $\angle AOC = 50^\circ$, тогда $\angle COB = 130^\circ$. Проведем биссектрисы: $OK$ — угла $AOC$, $OM$ — угла $COB$. Угол $KOM$ состоит из двух половинок: $25^\circ+65^\circ = 90^\circ$. Возьмем другой угол: при $\angle AOC = 120^\circ$ смежный угол равен $60^\circ$, а половинки — $60^\circ$ и $30^\circ$. Снова $90^\circ$.
Причину видно, если перегнуть лист. Сложим его по биссектрисе $OK$: луч $OA$ ляжет на общую сторону $OC$. Сложим по биссектрисе $OM$: луч $OB$ тоже ляжет на $OC$. Весь развернутый угол $AOB$ сложился вдвое, поэтому угол между сгибами — половина развернутого: $180^\circ : 2 = 90^\circ$.
Теорема
Биссектрисы смежных углов образуют прямой угол: угол между ними равен $90^\circ$. Такие лучи называют перпендикулярными — подробно в следующем уроке.
Ответ не зависит от того, каким был угол $AOC$. Именно поэтому это теорема, а не совпадение двух примеров. А биссектрисы вертикальных углов лежат на одной прямой: калька, повернутая на пол-оборота, переводит биссектрису угла $AOC$ в биссектрису угла $BOD$, и луч переходит в свое продолжение. Доказательство — в уроке «Вертикальные углы».
Каждое равенство записываем вместе с причиной
В решении задачи на углы у каждого равенства есть причина: «как смежные» или «как вертикальные». Причина — это и проверка. Если ее не удается назвать, равенство, скорее всего, неверно. Вот запись задачи 3.
| Запись | Почему |
|---|---|
| Дано: прямые $AB$, $CD$, $EF$ пересекаются в точке $O$; $\angle AOC = 50^\circ$, $\angle COE = 70^\circ$ | Условие |
| $\angle EOB = 180^\circ-50^\circ-70^\circ = 60^\circ$ | Углы $AOC$, $COE$, $EOB$ составляют развернутый угол $AOB$ |
| $\angle BOD = \angle AOC = 50^\circ$ | Как вертикальные |
| $\angle DOF = \angle COE = 70^\circ$ | Как вертикальные |
| $\angle FOA = \angle EOB = 60^\circ$ | Как вертикальные |
Обратите внимание
«Соседние» и «через один» — не причины. Свойства «соседние углы равны» или «соседние углы в сумме дают $180^\circ$» нет: так ведут себя только смежные и вертикальные углы.
Две половинки ножниц можно считать двумя прямыми, которые пересекаются в винте $O$: каждая ручка продолжает свое лезвие. Тогда угол раскрытия ручек и угол раскрытия лезвий — вертикальные и всегда равны: насколько развели кольца, настолько раскрылись лезвия. Ручка и ее собственное лезвие образуют развернутый угол, он не меняется. А ручка и чужое лезвие образуют угол, смежный с углом раскрытия: раскрыли лезвия на $30^\circ$ — этот угол равен $150^\circ$.
Теперь ответ на вопрос из начала урока. На двух прямых равенство вертикальных углов действительно видно. Но на чертеже из трех прямых глаз путает соседние, смежные и вертикальные углы — это обе ошибки Решавра. Рассуждение через смежные углы от вида чертежа не зависит: если стороны угла 1 продолжают стороны угла 2, а угол $x$ смежный с каждым из них, то $\angle 1+\angle x = 180^\circ$ и $\angle 2+\angle x = 180^\circ$, значит, $\angle 1 = \angle 2$. Глаз не отличит $89^\circ$ от $91^\circ$ и не проверит все пары прямых — их бесконечно много. Доказательство проверяет все случаи сразу. Поэтому в решении пишут не «видно», а «как вертикальные».
Вывод
Задачи на смежные и вертикальные углы встречаются в ВПР и в задачах следующих уроков: перпендикулярные прямые, треугольники, параллельные прямые. Ошибаются в них не в арифметике, а в выборе пары. Поэтому сначала назовите пару и причину, а потом считайте.
Калька показывает только равенство углов. Числа дают сумма $180^\circ$ и деление на части.
Часто задаваемые вопросы
Смежные углы вместе составляют развернутый угол, поэтому две другие их стороны должны лежать на одной прямой. Если этого нет, углы просто соседние, и их сумма может быть любой. Проверяйте оба условия определения.
Продолжите обе стороны данного угла за вершину. Угол между продолжениями и есть вертикальный. На чертеже из трех прямых он лежит напротив, а не «через один».
Определенного числа нет: вертикальные углы равны, а их сумма — удвоенный угол, она может быть и $60^\circ$, и $250^\circ$. Ровно $180^\circ$ дает сумма смежных углов. Поэтому если сумма двух углов при пересечении двух прямых не $180^\circ$, эти углы вертикальные.
Да, если каждый из них равен $180^\circ : 2 = 90^\circ$. Тогда прямые пересекаются под прямым углом. Такие прямые называют перпендикулярными — это тема следующего урока.
Можно: если меньший угол $x$, а больший $4x$, то $x+4x = 180^\circ$. Это то же деление на 5 частей, только записанное буквами. Для смежных углов оба способа дают одинаковый ответ.
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