Подготовка к школе
1 класс
2 класс
3 класс
4 класс
5 класс
6 класс
7 класс
8 класс
9 класс
10 класс
11 класс
ОГЭ
ЕГЭ
Для всех
Назад

Решение прямоугольных треугольников

Содержание

Вы уже знаете синус, косинус и тангенс острого угла, значения для углов 30°, 45° и 60° и теорему Пифагора. В этом уроке соберем их в один способ: по двум известным элементам прямоугольного треугольника найдем все остальные стороны и углы. Разберем четыре случая, главную ошибку при выборе функции и задачи в формате ОГЭ.

Решить треугольник — значит найти все его стороны и углы

Лестница длиной $5$ м приставлена к вертикальной стене и образует с горизонтальной землей угол $60^\circ$. На какой высоте ее верхний конец? Рулетка до верха не достает, но два элемента треугольника уже известны: длина лестницы и угол у земли.

Лестница AB длиной 5 м стоит под углом 60° к земле и опирается на вертикальную стену в точке B; нужно найти высоту BC
Лестница — гипотенуза, стена лежит напротив угла у земли, земля — рядом с ним

Стена, земля и лестница образуют прямоугольный треугольник $ABC$ с прямым углом $C$. Встаньте мысленно в вершину $A$, у основания лестницы. Одна сторона треугольника — напротив вас (стена $BC$), другая — рядом (земля $AC$), третья — сама лестница $AB$, гипотенуза. Этот «вид из угла» и подскажет, какую функцию брать в каждой задаче урока.

Определение

Решить прямоугольный треугольник — значит по данным элементам найти все его стороны и острые углы. У треугольника $ABC$ с $\angle C=90^\circ$ неизвестны пять элементов: стороны $AB$, $BC$, $AC$ и углы $A$ и $B$. Чтобы найти остальные, достаточно знать два из них, и хотя бы один должен быть стороной.

Прямоугольный треугольник ABC: известны гипотенуза AB и угол A, неизвестны BC, AC и угол B
Даны два элемента (серым), один из них — сторона; остальные три находим

Почему одних углов мало? Если известны только острые углы, треугольник можно увеличить в два раза: углы не изменятся, а стороны станут другими. Длину задает хотя бы одна известная сторона.

Правило

В прямоугольном треугольнике сумма острых углов равна $90^\circ$. Если $\angle C=90^\circ$, то

Это следует из того, что сумма углов треугольника равна $180^\circ$, а на прямой угол из них приходится $90^\circ$. Если известен один острый угол, второй находят вычитанием из $90^\circ$ сразу. Если даны две стороны, сначала находят один угол по отношению сторон (об этом — в разделе «Если даны две стороны, сначала находят угол»).

$$\angle B=90^\circ-\angle A$$

Функцию выбирает место стороны относительно угла

В треугольнике $ABC$ с $\angle C=90^\circ$ из вершины $A$ видно: катет $BC$ лежит против угла $A$, катет $AC$ прилежит к нему, $AB$ — гипотенуза. По определению из урока о синусе, косинусе и тангенсе каждая функция связывает ровно две стороны.

Например, известна гипотенуза $AB=20$, угол $A=30^\circ$, нужен катет $BC$. Из вершины $A$ видно: $BC$ лежит напротив, $AB$ — гипотенуза, значит, их связывает синус. Если бы нужен был катет $AC$, который прилежит к углу $A$, связывал бы косинус. Обобщим этот выбор.

Правило

Выпишите две стороны: ту, что известна, и ту, что нужно найти. Посмотрите на них из вершины данного угла:

  • противолежащий катет и гипотенуза — синус;
  • прилежащий катет и гипотенуза — косинус;
  • два катета — тангенс.

$$\sin A=\frac{BC}{AB},\quad \cos A=\frac{AC}{AB},\quad \operatorname{tg} A=\frac{BC}{AC}$$

Известна и нужна (для угла $A$)ФункцияРавенство
$AB$ и $BC$синус$\sin A=\frac{BC}{AB}$
$AB$ и $AC$косинус$\cos A=\frac{AC}{AB}$
$AC$ и $BC$тангенс$\operatorname{tg} A=\frac{BC}{AC}$

Алгоритм

Дано: $\angle C=90^\circ$, сторона и острый угол $A$.

  1. Найдите второй острый угол: $\angle B=90^\circ-\angle A$.
  2. Определите, где известная и искомая стороны относительно угла $A$, и выберите функцию.
  3. Запишите равенство и выразите из него неизвестную сторону.
  4. Третью сторону найдите так же или по теореме Пифагора и проверьте: гипотенуза — наибольшая сторона, $BC^2+AC^2=AB^2$.
Алгоритм решения треугольника ABC, AB=16, угол A=30°: угол B, сторона BC, сторона AC
Четыре шага: угол $B$, выбор функции, выразить сторону, третья сторона и проверка

Пример 1

В треугольнике $ABC$ угол $C$ равен $90^\circ$, $AB=16$, $\angle A=30^\circ$. Решите треугольник.

Решение. 1) $\angle B=90^\circ-30^\circ=60^\circ$.

2) Выбор функции. Катет $BC$ лежит против угла $A$, гипотенуза $AB$ известна — синус: $\sin 30^\circ=\frac{BC}{16}$.

3) Выражаем и считаем: $BC=16 \cdot \sin 30^\circ=16 \cdot \frac12=8$.

4) Третья сторона и проверка. Катет $AC$ прилежит к углу $A$ — косинус: $AC=16 \cdot \cos 30^\circ=16 \cdot \frac{\sqrt3}{2}=8\sqrt3\approx13{,}9$. Проверка: $8^2+(8\sqrt3)^2=64+192=256=16^2$. Еще одна проверка: катет против угла $30^\circ$ равен половине гипотенузы, $8=16:2$, и лежит он против $A$, а не против $B$.

Ответ: $\angle B=60^\circ$, $BC=8$, $AC=8\sqrt3$.

Ошибка

Решавр — наш условный ученик, который иногда ошибается. Он решал ту же задачу ($AB=16$, $\angle A=30^\circ$) и записал: «$BC=8$, $AC=8\sqrt3$». Правильные числа, но он остановился.

Проверка на определении: решить треугольник — найти все стороны и острые углы. Стороны найдены, угол $B$ нет.

Где сломалось: пропущен шаг 1 алгоритма. Недостающий результат: $\angle B=90^\circ-30^\circ=60^\circ$. Перед ответом сверьте список: три стороны и два угла, ничего не осталось со знаком вопроса.

Когда неизвестна гипотенуза, на функцию делят

В примере 1 гипотенуза была известна, и катет получался умножением. Теперь известен катет, а гипотенуза стоит в знаменателе дроби.

Пример 2

В треугольнике $ABC$ угол $C$ равен $90^\circ$, $AC=6$, $\angle A=60^\circ$. Решите треугольник.

Решение. 1) $\angle B=90^\circ-60^\circ=30^\circ$.

2) Катет $AC$ прилежит к углу $A$, нужна гипотенуза $AB$ — косинус: $\cos A=\frac{AC}{AB}$. Умножим обе части на $AB$: $AC=AB \cdot \cos A$. Разделим на $\cos A$: $AB=\frac{AC}{\cos A}=6:\frac12=12$.

3) $BC$ и $AC$ — два катета, тангенс: $BC=AC \cdot \operatorname{tg} 60^\circ=6\sqrt3\approx10{,}4$.

4) Проверка: $6^2+(6\sqrt3)^2=36+108=144=12^2$; против большего угла $60^\circ$ лежит больший катет $BC$.

Ответ: $\angle B=30^\circ$, $AB=12$, $BC=6\sqrt3$.

Ошибка

Из $\cos A=\frac{AC}{AB}$ пишут $AB=AC \cdot \cos A=6 \cdot \frac12=3$.

Проверка на числах: гипотенуза $3$ короче катета $6$. Так не бывает: гипотенуза — наибольшая сторона прямоугольного треугольника.

Где сломалось: произведение $AC \cdot \cos A$ не равно $AB$. Из равенства $AC=AB \cdot \cos A$ гипотенузу получают делением на $\cos A$.

Слева гипотенуза AB=12 доходит до вертикали через C; справа отрезок 3, полученный умножением, не дотягивается до неё
Отрезок $AB=3$ не дотягивается до прямой $BC$: гипотенузу надо делить, а не умножать

Обратите внимание

Неизвестная сторона в числителе — умножайте, в знаменателе — делите. Катет равен гипотенузе, умноженной на синус или косинус; гипотенуза равна катету, деленному на синус или косинус.

Чаще всего ошибаются в выборе катета

Самая частая ошибка — запомнить «синус — для вертикального катета» или «косинус — для $BC$». Функцию выбирает не положение катета на рисунке, а то, как он расположен относительно данного угла. Сменили угол — катеты поменялись ролями.

Ошибка

Решавр решал задачу: $\angle C=90^\circ$, $AB=20$, $\angle A=60^\circ$, найти $BC$. Он написал $BC=20 \cdot \cos 60^\circ=10$.

Проверка на числах: $\angle B=90^\circ-60^\circ=30^\circ$. Катет против угла $30^\circ$ равен половине гипотенузы, то есть $10$. Против угла $B$ лежит $AC$, значит, $AC=10$. Катет $BC$ лежит против большего угла $60^\circ$ и должен быть больше $10$. Решавр нашел не тот катет.

Где сломалось: из вершины $A$ катет $BC$ виден напротив, а косинус связывает гипотенузу с прилежащим катетом. Верно: $BC=20 \cdot \sin 60^\circ=10\sqrt3\approx17{,}3$.

Один треугольник, AB=20: из вершины A напротив лежит BC, из вершины B напротив лежит AC; ответ 10 принадлежит катету AC
Из вершины $A$ катет $BC$ напротив, из вершины $B$ — рядом: сменили угол, сменилась функция

Перед выбором функции проговорите вслух: «из вершины $A$ сторона $BC$ — напротив». Если задача про угол $B$, встаньте в вершину $B$: теперь напротив $AC$, рядом $BC$, и $\sin B=\frac{AC}{AB}$.

Если даны две стороны, сначала находят угол

Иногда угол не дан, а известны две стороны. Тогда «вид из угла» работает в обратную сторону: по двум сторонам находим значение функции, а по нему — угол. В задачах этого урока значение всегда совпадает с табличным для $30^\circ$, $45^\circ$ или $60^\circ$; угол по нему находят по таблице из урока о значениях.

Пример. Катеты $BC=5$ и $AC=5\sqrt3$. Из вершины $A$ они стоят как «напротив» и «рядом», значит, $\operatorname{tg} A=\frac{5}{5\sqrt3}=\frac{1}{\sqrt3}=\frac{\sqrt3}{3}$. Это тангенс угла $30^\circ$, поэтому $\angle A=30^\circ$, $\angle B=60^\circ$, а гипотенуза $AB=\sqrt{25+75}=10$. Теперь соберем такие случаи в таблицу.

ДаноПервый шагДальше
гипотенуза и острый уголвторой угол; катеты через $\sin$ и $\cos$проверка по теореме Пифагора
катет и острый уголвторой угол; гипотенуза делением на $\sin$ или $\cos$второй катет через $\operatorname{tg}$
два катета$\operatorname{tg} A$ и угол по таблицегипотенуза по теореме Пифагора
катет и гипотенуза$\sin A$ или $\cos A$ и угол по таблицевторой катет по теореме Пифагора
Четыре случая решения прямоугольного треугольника и что находят первым шагом
Четыре случая: данные серым, первым находим то, что отмечено «?»

Пример 3

В треугольнике $ABC$ угол $C$ равен $90^\circ$, $AB=10$, $AC=5$. Решите треугольник.

Решение. 1) Катет $AC$ прилежит к углу $A$, $AB$ — гипотенуза: $\cos A=\frac{5}{10}=\frac12$. Косинус равен $\frac12$ у угла $60^\circ$, значит, $\angle A=60^\circ$.

2) $\angle B=90^\circ-60^\circ=30^\circ$.

3) По теореме Пифагора $BC=\sqrt{10^2-5^2}=\sqrt{75}=5\sqrt3\approx8{,}7$.

4) Проверка: $BC=10 \cdot \sin 60^\circ=10 \cdot \frac{\sqrt3}{2}=5\sqrt3$ — совпало.

Ответ: $\angle A=60^\circ$, $\angle B=30^\circ$, $BC=5\sqrt3$.

В задачах прямоугольный треугольник сначала надо увидеть

В задачах ОГЭ готового треугольника $ABC$ с прямым углом $C$ обычно нет. Его выделяют на чертеже:

  • высота равнобедренного треугольника, проведенная к основанию, делит его на два прямоугольных треугольника, боковая сторона в каждом — гипотенуза;
  • диагональ прямоугольника вместе с двумя его сторонами образует прямоугольный треугольник, диагональ — гипотенуза;
  • дерево или столб стоит вертикально на горизонтальной земле: высота и тень — катеты, луч солнца — гипотенуза.

Дальше работает тот же алгоритм. Только прямой угол может оказаться при другой вершине, поэтому гипотенузу находят каждый раз заново: она лежит напротив прямого угла.

Три задачи ОГЭ: в равнобедренном треугольнике, в прямоугольнике и с деревом и тенью выделен прямоугольный треугольник
Высота, диагональ, тень: в каждой задаче выделяем прямоугольный треугольник и его гипотенузу

Пример 4

В прямоугольнике $ABCD$ диагональ $AC=16$ образует со стороной $AD$ угол $60^\circ$. Найдите стороны прямоугольника.

Решение. Треугольник $ACD$ прямоугольный, $\angle D=90^\circ$, гипотенуза — диагональ $AC$. Сторона $CD$ лежит против угла $CAD$, сторона $AD$ прилежит к нему.

$AD=16 \cdot \cos 60^\circ=16 \cdot \frac12=8$; $CD=16 \cdot \sin 60^\circ=16 \cdot \frac{\sqrt3}{2}=8\sqrt3\approx13{,}9$.

Проверка: $8^2+(8\sqrt3)^2=64+192=256=16^2$.

Ответ: $8$ и $8\sqrt3$.

Задача о лестнице

Вернемся к лестнице. Гипотенуза $AB=5$ м, угол у земли $\angle A=60^\circ$, высота $BC$ лежит против этого угла — синус:

$BC=5 \cdot \sin 60^\circ=\frac{5\sqrt3}{2}\approx4{,}3$ м. Основание лестницы отстоит от стены на $AC=5 \cdot \cos 60^\circ=2{,}5$ м.

Проверка: $\left(\frac{5\sqrt3}{2}\right)^2+2{,}5^2=18{,}75+6{,}25=25=5^2$.

Ответ: примерно $4{,}3$ м.

Вывод

Решение прямоугольного треугольника встречается в задачах на высоту, расстояние и длину, которую нельзя измерить напрямую, и в заданиях ОГЭ по геометрии. Главное — «вид из угла»: встаньте в вершину данного угла, назовите стороны «напротив», «рядом» и «гипотенуза», и функция выберется сама.

Часто задаваемые вопросы

Обязательно ли третью сторону искать через функцию?

Нет. Когда две стороны уже известны, третью удобно найти по теореме Пифагора. Вторым способом полезно проверить вычисления. Но совпадение результатов не исключает перепутанных катетов: например, при $AB=16$, $\angle A=30^\circ$ значения $16\sin30^\circ=8$ и $16\cos30^\circ=8\sqrt3$ в сумме квадратов дают $256$ при любом назначении катетов: теорема Пифагора не отличает $BC$ от $AC$. Поэтому положение катетов проверяют отдельно: напротив угла $30^\circ$ должен лежать катет, равный половине гипотенузы.

Что делать, если угол не 30°, 45° или 60°?

Тогда значение функции дают в условии, например $\operatorname{tg} 37^\circ=0{,}75$, или его берут из таблицы приближенно. Алгоритм от этого не меняется: меняется только число, на которое умножают или делят.

Почему нельзя решить треугольник, если известны только два острых угла?

Углы задают форму треугольника, но не его размер. Треугольник можно увеличить в любое число раз, и углы останутся прежними. Нужна хотя бы одна сторона.

Как быстро проверить, не перепутаны ли синус и косинус?

Против большего острого угла лежит больший катет. Если угол $A$ больше $45^\circ$, катет $BC$ должен получиться длиннее $AC$. Не вышло — функция выбрана для другого угла.

Дальше: тест урока

  1. Тест к уроку «Решение прямоугольных треугольников» — проверьте, как вы усвоили тему

Следующий урок: Тест модуля «Теорема Пифагора и начала тригонометрии» — следующий шаг, он появится на сайте позже.

Повторите: Соотношение между сторонами и углами прямоугольного треугольника; Значения синуса, косинуса и тангенса для углов 30°, 45° и 60°

Награды за урок
5
5
1
Количество опыта, полученного за урок 5
Ускорьте прогресс с полным доступом

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.
Не потеряйте прогресс!

Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:

  • Отслеживайте прогресс освоения тем
  • Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
  • Проводите работу над ошибками после занятий

Спросить Зави Спросить Зави
Получить ещё подсказку

Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

Верно! Посмотрите пошаговое решение

Предложить улучшение