Задачи на доказательство: признаки равенства треугольников
Вы знаете первый признак равенства треугольников, а также второй и третий признаки. В этом уроке научимся применять их в задачах на доказательство: находить на чертеже нужную пару треугольников, обосновывать каждый шаг и записывать решение так, как его проверяют на ОГЭ. В материалах ФИПИ для экспертов ОГЭ 2026 года одна и та же задача № 24 решена по-разному: одно решение оценено в 2 балла, другое — в 0 баллов; почему — разберем в конце урока.
Признак вместо кальки: как устроено доказательство
Начнем с задачи. Отрезки $MN$ и $PK$ пересекаются в точке $O$, и точка $O$ — середина каждого из них. Докажите, что $MP = NK$.
Перерисуйте треугольник $MOP$ на кальку и поверните кальку вокруг точки $O$ на пол-оборота. Кажется, что он ляжет на треугольник $NOK$: $M$ на $N$, $P$ на $K$. Но в задаче кальки нет, а «кажется» — не довод. Признак равенства — это гарантия, что наложение удастся, без самого наложения. Достаточно найти три пары равных элементов, которые подходят под один из признаков, и для каждой назвать причину.
Отрезки $MP$ и $NK$ — стороны треугольников $MOP$ и $NOK$. Две пары сторон дает условие, третью пару — вертикальные углы при точке $O$. Так устроено почти каждое доказательство равенства отрезков или углов.
Метод
- Выясните, какие отрезки или углы нужно доказать равными.
- Найдите два треугольника, в которых лежат эти элементы.
- Выпишите три пары равных элементов и у каждой укажите причину: «по условию», «общая сторона», «как вертикальные» и так далее.
- Назовите признак равенства треугольников.
- Сделайте вывод: в равных треугольниках соответственные элементы равны.
Задача 1
Дано: отрезки $MN$ и $PK$ пересекаются в точке $O$, $MO = ON$, $PO = OK$.
Доказать: $MP = NK$.
Доказательство. Рассмотрим треугольники $MOP$ и $NOK$:
- $MO = ON$ (по условию);
- $PO = OK$ (по условию);
- $\angle MOP = \angle NOK$ (как вертикальные).
Значит, $\triangle MOP = \triangle NOK$ по первому признаку. По записи $M \to N$, $O \to O$, $P \to K$, поэтому стороне $MP$ соответствует сторона $NK$ и $MP = NK$, что и требовалось доказать.
Ошибка
Решавр решает похожую задачу, где дано меньше: отрезки $MN$ и $PK$ пересекаются в точке $O$, $MO = ON$; доказать, что $MP = NK$. Он пишет: «$MO = ON$ (по условию), $\angle MOP = \angle NOK$ (как вертикальные), $\angle OMP = \angle ONK$ (видно на рисунке). Значит, $\triangle MOP = \triangle NOK$ по второму признаку и $MP = NK$».
Проверим. Нарисуем второй чертеж к тому же условию: $O$ — по-прежнему середина $MN$, но отрезок $OK$ вдвое длиннее $OP$ (рисунок ниже, справа). Условие выполнено, а углы $OMP$ и $ONK$ явно разные, и $MP \ne NK$. Утверждение без равенства $PO = OK$ просто неверно, а «доказательство» его «доказало».
Где сломалось: равенство углов взято с рисунка, а не из условия. На чертеже Решавра углы совпали случайно. Каждое равенство в доказательстве должно следовать из условия или из доказанной теоремы.
Где на чертеже искать равные элементы
В задаче 1 третья пара нашлась сама: отрезки пересекаются, значит, есть вертикальные углы. Такие пары нужно увидеть на чертеже и назвать причину. Вот где они встречаются чаще всего.
| В условии сказано | Что отметить на чертеже | Причина в доказательстве |
|---|---|---|
| $O$ — середина отрезка $AB$ | $AO = OB$ | «$O$ — середина $AB$» |
| Отрезки $AB$ и $CD$ пересекаются в точке $O$ | $\angle AOC = \angle BOD$, $\angle AOD = \angle BOC$ | «как вертикальные» |
| У треугольников $ABC$ и $ADC$ сторона $AC$ одна на двоих | $AC$ — сторона обоих треугольников | «общая сторона» |
| У треугольников $ABE$ и $ACD$ угол $A$ один на двоих | $\angle BAE = \angle CAD$ | «общий угол» |
| $AD$ — биссектриса угла $BAC$ | $\angle BAD = \angle CAD$ | «по определению биссектрисы» |
| $\triangle ABC$ равнобедренный с основанием $AC$ | $AB = BC$, $\angle A = \angle C$ | «боковые стороны», «углы при основании» |
| $AH \perp BC$, точка $H$ на $BC$ | $\angle AHB = \angle AHC = 90^\circ$ | «прямые углы» |
Первые шесть строк показаны на рисунке, прямые углы при перпендикуляре встретятся в задаче 2. Каждая строка подсказывает, как одна «калька» могла бы лечь на другую: при общей стороне — перегнуть по ней или повернуть, при пересечении отрезков — повернуть вокруг точки $O$, при биссектрисе — перегнуть по биссектрисе. Но в доказательство идет не движение кальки, а причина из правого столбца: свойства равнобедренного треугольника и вертикальные углы уже доказаны.
Обратите внимание
Общая сторона — тоже пара равных элементов: отрезок равен самому себе. Ее записывают как отдельную пару: «$AC$ — общая сторона».
Какой признак выбрать и что он дает
Признак выбирают по тому, какие три пары нашлись: две стороны и угол между ними — первый признак, сторона и два прилежащих к ней угла — второй, три стороны — третий.
Точка $M$ лежит на биссектрисе угла $A$. Через точку $M$ проведена прямая, перпендикулярная биссектрисе. Она пересекает стороны угла в точках $B$ и $C$. Докажите, что $AB = AC$. Калька подсказывает идею: если перегнуть лист по биссектрисе, луч $AB$ ляжет на луч $AC$, а перпендикулярная прямая — сама на себя. Значит, $B$ ляжет на $C$. Доказательство передает эту мысль признаком.
Задача 2
Дано: $AM$ — биссектриса угла $BAC$, $BC \perp AM$, точка $M$ лежит на $BC$.
Доказать: $AB = AC$.
Доказательство. Рассмотрим треугольники $ABM$ и $ACM$:
- $\angle BAM = \angle CAM$ (по определению биссектрисы);
- $AM$ — общая сторона;
- $\angle AMB = \angle AMC = 90^\circ$ (так как $BC \perp AM$).
Углы $BAM$ и $AMB$ прилежат к стороне $AM$, углы $CAM$ и $AMC$ — тоже. Значит, $\triangle ABM = \triangle ACM$ по второму признаку. Стороне $AB$ соответствует сторона $AC$, поэтому $AB = AC$, что и требовалось доказать.
Задача 3
В четырехугольнике $ABCD$ стороны $AB$ и $AD$ равны, $CB$ и $CD$ — тоже. Докажите, что луч $AC$ — биссектриса угла $BAD$.
Дано: $ABCD$ — четырехугольник, $AB = AD$, $CB = CD$.
Доказать: $\angle BAC = \angle DAC$.
Доказательство. Проведем диагональ $AC$ и рассмотрим треугольники $ABC$ и $ADC$:
- $AB = AD$ (по условию);
- $CB = CD$ (по условию);
- $AC$ — общая сторона.
Значит, $\triangle ABC = \triangle ADC$ по третьему признаку. По записи $A \to A$, $B \to D$, $C \to C$, поэтому углу $BAC$ соответствует угол $DAC$ и $\angle BAC = \angle DAC$. Луч $AC$ делит угол $BAD$ пополам, то есть является его биссектрисой, что и требовалось доказать.
Калька подсказывает этот ответ сразу: если перегнуть лист по $AC$, точка $B$ ляжет на $D$. Из-за формы такой четырехугольник называют «воздушным змеем». В задаче 3 углов в условии не было совсем — только стороны, и третий признак сам дал равные углы. Тем же рассуждением в уроке «Задачи на построение циркулем и линейкой» доказывают, что луч, построенный циркулем и линейкой, — биссектриса угла.
Последний шаг — вывод. Равны только соответственные элементы. Их находят по порядку букв в записи равенства треугольников, а не по тому, как треугольники расположены на чертеже.
Когда одной пары треугольников мало
Продолжим задачу 3. Пусть диагонали «змея» $ABCD$ пересекаются в точке $O$. Докажем, что $BO = OD$ и $AC \perp BD$.
Отрезки $BO$ и $OD$ лежат в треугольниках $ABO$ и $ADO$. В них $AB = AD$ (по условию) и $AO$ — общая сторона. Третьей пары в условии нет. Перегиб по $AC$ подсказывает ответ: $B$ ляжет на $D$, и $BO$ совпадет с $DO$. В доказательстве перегиб заменяют две пары треугольников. Первая пара дает равные углы при $A$: из задачи 3 $\angle BAC = \angle DAC$, а это те же углы $BAO$ и $DAO$. Доказательство становится цепочкой из двух шагов.
Задача 4
Дано: $ABCD$ — четырехугольник, $AB = AD$, $CB = CD$, диагонали $AC$ и $BD$ пересекаются в точке $O$.
Доказать: $BO = OD$, $AC \perp BD$.
Доказательство. 1) $\triangle ABC = \triangle ADC$ по третьему признаку (задача 3), поэтому $\angle BAC = \angle DAC$, то есть $\angle BAO = \angle DAO$.
2) Рассмотрим треугольники $ABO$ и $ADO$: $AB = AD$ (по условию), $\angle BAO = \angle DAO$ (шаг 1), $AO$ — общая сторона. Значит, $\triangle ABO = \triangle ADO$ по первому признаку.
3) Отсюда $BO = OD$ и $\angle AOB = \angle AOD$. Эти углы смежные, их сумма равна $180^\circ$, поэтому каждый из них равен $90^\circ$ и $AC \perp BD$, что и требовалось доказать.
Ошибка
Решавр доказывает только $BO = OD$ и пишет: «$\triangle ABO = \triangle ADO$ по третьему признаку: $AB = AD$ (по условию), $AO$ — общая сторона, $BO = OD$. Значит, $BO = OD$».
Проверим. Равенство $BO = OD$ — это то, что требуется доказать, а Решавр взял его как данное. Условие $CB = CD$ в его рассуждении не использовано. Значит, то же «доказательство» годилось бы для любого четырехугольника, где $AB = AD$. Но на рисунке ниже, справа, $AB = AD$, $CB \ne CD$ — и $BO \ne OD$.
Где сломалось: вывод опирается сам на себя, рассуждение замкнулось в петлю. Нужна другая пара треугольников: сначала $\triangle ABC = \triangle ADC$, и только потом $\triangle ABO = \triangle ADO$.
Важно
Прежде чем назвать признак, сверьте каждую пару с тем, что нужно доказать. Если пара совпадает с целью, ищите другой путь — обычно другую пару треугольников.
Как проверяют доказательство на ОГЭ
Задание № 24 ОГЭ по математике — геометрическая задача на доказательство. Эксперты оценивают его по критериям из методических материалов ФИПИ 2026 года.
| Баллы | Критерий ФИПИ |
|---|---|
| 2 | Доказательство верное, все шаги обоснованы |
| 1 | Доказательство в целом верное, но содержит несущественные недостатки |
| 0 | Решение не соответствует ни одному из критериев, перечисленных выше |
Теперь — ответ на вопрос из начала урока. В тех же материалах разобраны решения одной задачи № 24. Одно оценено в 2 балла: доказательство понятное, полное и верное. В другом два утверждения не доказаны, и «без этого рассуждение не является достаточным» — 0 баллов. Там же сказано, что чертеж только иллюстрирует решение. Эксперт, как и вы, работает без кальки: он не смотрит, «видно» ли равенство, а ищет причину. Один балл ставят, когда рассуждение верное, но в записи есть неточность, которая не меняет хода доказательства.
Пример
Та же ситуация на задаче попроще (это не задача из материалов ФИПИ). В равнобедренном треугольнике $ABC$ с основанием $AC$ на продолжениях основания за точки $A$ и $C$ отмечены точки $M$ и $K$ так, что $AM = CK$. Докажите, что $BM = BK$. Сравним два решения.
Решения отличаются только строкой «Пара 3».
| Шаг | Решение 1 | Решение 2 |
|---|---|---|
| Треугольники | $ABM$ и $CBK$ | $ABM$ и $CBK$ |
| Пара 1 | $AB = CB$ (боковые стороны) | $AB = CB$ (боковые стороны) |
| Пара 2 | $AM = CK$ (по условию) | $AM = CK$ (по условию) |
| Пара 3 | $\angle BAM = \angle BCK$ (смежные с равными углами $BAC$ и $BCA$ при основании) | $\angle BAM = \angle BCK$ (видно на рисунке) |
| Вывод | $\triangle ABM = \triangle CBK$ по первому признаку, поэтому $BM = BK$ | $\triangle ABM = \triangle CBK$ по первому признаку, поэтому $BM = BK$ |
| Оценка | 2 балла: все шаги обоснованы | 0 баллов: равенство углов — ключевой шаг, без причины доказательства нет |
Пропущенная причина у ключевого равенства — не неточность записи: без нее рассуждение недостаточно, как в разобранном ФИПИ решении на 0 баллов. Углы $BAM$ и $BCK$ не даны в условии, но их равенство следует из доказанного: углы $BAC$ и $BCA$ равны как углы при основании, а $\angle BAM = 180^\circ-\angle BAC$ и $\angle BCK = 180^\circ-\angle BCA$ как смежные с ними.
Вывод
Равенство отрезков или углов почти всегда доказывают одним путем: две «кальки» — пара треугольников с нужными элементами, три пары равных элементов с причинами, признак, вывод о соответственных элементах. Калька подсказывает идею, а признак ее доказывает. Этот метод нужен для задания № 24 ОГЭ и для теорем, которые вы будете доказывать дальше.
Часто задаваемые вопросы
Нет. Чертеж помогает увидеть идею, но не служит доводом: равенство на нем может оказаться случайным, как у Решавра в первом разделе.
Критерии ФИПИ оценивают верность и обоснованность доказательства, а не форму записи. Но запись «Дано — Доказать» помогает не перепутать условие с целью — то, что можно использовать, и то, что еще нужно доказать.
Отметьте на чертеже все данные и пары из таблицы второго раздела. Если в треугольниках с нужными элементами пар меньше трех, ищите другую пару треугольников, которая даст недостающий элемент. Иногда нужные треугольники появляются, только если провести отрезок, например диагональ, как в задаче 3.
Смотрите на порядок букв в записи равенства. Если $\triangle ABC = \triangle ADC$, то $A \to A$, $B \to D$, $C \to C$: стороне $AB$ соответствует $AD$, углу $BAC$ — угол $DAC$.
Доказательство должно показать, почему утверждение верно, а не повторить его. Рассуждение, которое опирается на свой же вывод, «доказывает» что угодно: у Решавра в четвертом разделе оно годилось бы и для четырехугольника, где $BO \ne OD$.
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