Množina bodov danej vlastnosti · interaktívna lekcia

Množina bodov danej vlastnosti

Kružnica, osi, ekvidištanty, Tálesova kružnica aj oblúk daného uhla — a hlavne konštrukčné úlohy metódou množín bodov (rozbor → konštrukcia → dôkaz → diskusia). Na záver presah ku kuželosečkám a veľký kvíz.

|SX|=r kružnica|AX|=|BX| os úsečky90° Táles
Poďme na to
01 Kružnica02 Osi03 Ekvidištanty04 Táles05 Daný uhol06 Konštrukcie07 Aplikácie08 Kuželosečky09 Kvíz
01 Základ

Množina bodov, kružnica a kruh

Kružnica je najznámejšia množina bodov — body v rovnakej vzdialenosti od stredu.

Množina bodov

Každý bod útvaru U má danú vlastnosť a každý bod mimo U ju nemá.

Kružnica a kruh

k(S,r) = { X : |SX| = r }

K(S,r) = { X : |SX| ≤ r }

Charakteristická vlastnosť

Útvar G je množinou bodov s vlastnosťou V, práve keď platia obe inklúzie:

I. každý bod G má V  (G ⊆ {X : V})II. každý bod s V patrí do G  ({X : V} ⊆ G)

Práve na tieto dve inklúzie sa odvoláva dôkaz v konštrukčnej úlohe.

Otestuj sa — kružnica a kruh

Vlastnosť bodu a jej množina.

02 Jadro témy

Os úsečky a os uhla

Dve najpoužívanejšie množiny pri konštrukciách — rozpoľujú úsečku a uhol.

Os úsečky

{ X : |AX| = |BX| }

Priamka kolmá na úsečku v jej strede.

Os uhla

Body rovnako vzdialené od oboch ramien uhla.

Otoč kartu — vlastnosť → množina

Over si typické množiny bodov.

Otestuj sa — os úsečky a uhla

Priraď množinu k vlastnosti.

03 Základné množiny

Ekvidištanty — rovnobežky a sústredné kružnice

Ekvidištanta je množina bodov, ktoré majú od daného útvaru konštantnú vzdialenosť d. Od priamky vzniknú dve rovnobežky, od kružnice dve sústredné kružnice.

Rovnobežky od priamky

{ X : v(X, p) = d }

Dvojica rovnobežiek s p vo vzdialenosti d — z oboch strán priamky.

Os pásu

{ X : v(X,p) = v(X,q) }

Body rovnako vzdialené od dvoch rovnobežiek p, q. Je to stredná rovnobežka (os pásu).

Sústredné kružnice

{ X : v(X,k) = d }

Pre k(S,r) sú to dve kružnice so stredom S a polomermi r+d a r−d (pri d<r).

pqos pásud/2d/2
Os pásu = stredná rovnobežka, rovnako ďaleko od p aj q
Sr + drr − d
Ekvidištanta kružnice k(S,r) = dve sústredné kružnice (r+d a r−d)
Častá chyba

Ekvidištanta priamky sú vždy dve rovnobežky — nie jedna. Jedna priamka by zachytila len jednu polrovinu.

Otestuj sa — ekvidištanty

Rovnobežky, os pásu a sústredné kružnice.

04 Jadro témy

Tálesova kružnica

Tálesova kružnica je množina vrcholov pravých uhlov nad úsečkou.

Tálesova kružnica

τ = { X : uhol AXB = 90° }

Kružnica s priemerom AB. Z každého jej bodu vidíme úsečku AB pod pravým uhlom.

Konštrukcie

Hľadaný bod často nájdeme ako priesečník dvoch množín bodov (napr. stred opísanej kružnice = priesečník osí strán).

Otestuj sa — Tálesova kružnica a konštrukcie

Využitie množín bodov.

05 Jadro témy

Množina bodov daného uhla (kruhový oblúk)

Z ktorých bodov vidíme úsečku AB pod daným uhlom φ? Odpoveď je oblúk — priame zovšeobecnenie Tálesovej kružnice.

Oblúk daného uhla

{ X : |∠AXB| = φ },  0° < φ < 180°

Je to dvojica zhodných kružnicových oblúkov nad úsečkou AB (po oboch stranách priamky AB). Krajné body A, B do množiny nepatria.

ABX₁X₂φφ
Z každého bodu oblúka vidíme AB pod rovnakým uhlom φ (krajné body A, B nepatria)
Veta o obvodovom a stredovom uhle

Obvodový uhol nad tetivou je polovicou príslušného stredového uhla. Preto sú všetky obvodové uhly nad tým istým oblúkom zhodné — a množinou je oblúk.

obvodový = ½ · stredovýφ = 90° → stredový 180° → Tálesova kružnica
Otestuj sa — daný uhol

Oblúk, obvodový a stredový uhol.

06 Aplikácia

Konštrukčné úlohy — rozbor, konštrukcia, dôkaz, diskusia

Neznámy bod určíme ako priesečník dvoch množín bodov — každá zachytí jednu podmienku zo zadania. Úplné riešenie má štyri časti.

1. Rozbor

Náčrt hotového útvaru. Určíme, ktorá množina bodov reprezentuje ktorú podmienku zadania.

2. Konštrukcia

Zápis postupu krokov rysovania (slovne alebo symbolmi), zakončený zostrojením útvaru.

3. Dôkaz

Overíme charakteristickú vlastnosť — zostrojený útvar naozaj spĺňa všetky podmienky zadania.

4. Diskusia

Počet riešení podľa vzájomnej polohy množín (0, 1, 2, …); pri parametri aj podmienky riešiteľnosti.

Vyriešený príklad

ABCc = |AB|oblúk uhla γvcp ‖ AB
Vrchol C = priesečník rovnobežky p (výška vc) a oblúka uhla γ
Krok za krokom — zostroj △ABC (c, vc, γ)

Klikaj a sleduj rozbor → konštrukciu → dôkaz → diskusiu.

Otestuj sa — metóda konštrukcií

Poradie krokov, dôkaz aj diskusia.

07 Aplikácia

Aplikácie — opísaná, vpísaná kružnica a dotyčnica

Tri klasické maturitné konštrukcie, ktoré stoja celé na množinách bodov.

Kružnica opísaná

O = priesečník osí strán

O je rovnako vzdialený od všetkých troch vrcholov, polomer R = |OA|.

Kružnica vpísaná

I = priesečník osí uhlov

I je rovnako vzdialený od všetkých troch strán, polomer ρ = v(I, strana).

ABCOosi strán
Stred O opísanej kružnice = priesečník osí strán (|OA| = |OB| = |OC|)

Dotyčnica z bodu mimo kružnice

Dotyčnica je kolmá na polomer v dotykovom bode, takže ∠STM = 90°. Bod T preto leží na Tálesovej kružnici nad SM. Konštrukcia: T = k ∩ τ(SM). Z vonkajšieho bodu vedú práve dve dotyčnice.

SMT₁T₂90°90°
Dotykové body T ∈ Tálesova kružnica nad SM ⇒ ∠STM = 90°. Z bodu M práve 2 dotyčnice.
Rozšírenie

Podobne sa zostroja spoločné dotyčnice dvoch kružníc (vonkajšie a vnútorné) — tiež cez Tálesovu kružnicu a pomocnú kružnicu s polomerom r₁ ± r₂.

Otestuj sa — aplikácie

Opísaná, vpísaná kružnica a dotyčnica.

08 Rozšírenie

Kuželosečky ako množiny bodov

Aj kuželosečky sú množiny bodov danej vlastnosti — opísané vzdialenosťami od ohnísk, prípadne od ohniska a riadiacej priamky.

Kde to patrí

Na niektorých školách súčasť tejto témy, inde samostatný okruh kuželosečiek. Ohniskové definície ako množiny bodov sa však prirodzene hodia sem.

Elipsa

{ X : |F₁X| + |F₂X| = 2a }

Súčet vzdialeností od dvoch ohnísk je konštantný (2a > |F₁F₂|).

Hyperbola

{ X : ‖F₁X|−|F₂X‖ = 2a }

Absolútna hodnota rozdielu vzdialeností je konštantná (2a < |F₁F₂|).

Parabola

{ X : |FX| = v(X, d) }

Body rovnako vzdialené od ohniska F a riadiacej priamky d.

F₁F₂X
Elipsa: |F₁X| + |F₂X| = 2a (konštantný súčet)
dFXv(X,d)|XF|
Parabola: |XF| = vzdialenosť X od riadiacej priamky d
F₁F₂
Hyperbola: ‖F₁X| − |F₂X‖ = 2a (konštantný rozdiel)
Súvis s kružnicou

Kružnica je špeciálny prípad elipsy, keď obe ohniská splynú (F₁ = F₂) — vtedy je súčet vzdialeností presne 2r.

Otoč kartu — vlastnosť → kuželosečka

Priraď definíciu k správnej krivke.

Otestuj sa — kuželosečky

Ohniskové definície elipsy, hyperboly a paraboly.

09 Test

Záverečný kvíz

Trinásť otázok cez celú tému — základné množiny, oblúk daného uhla, konštrukcie aj kuželosečky.

Záverečný kvíz — 13 otázok

Otestuj sa cez celú tému — a uzavri celú sériu maturitných okruhov!