Ligedannede trekanter - Matematik
Ligedannede trekanter - Matematik
Ligedannede trekanter - Matematik
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong>
Ib Michelsen: <strong>Matematik</strong> C, Geometri, 1. kapitel 2011<br />
Version 7.1<br />
22-08-11<br />
Rettet: tempel.png inkorporeret / minioverskrift rettet<br />
D:\Appserv260\www\2011\ligedannedeTrekanter2.odt
Arven fra Grækenland<br />
Der er i dag - ca. 2500 år efter den græske kulturs<br />
blomstringstid - en stor lighed mellem grækernes<br />
opfattelse af matematik dengang og en moderne<br />
opfattelse.<br />
Ud fra en række nærmere beskrevne begreber og<br />
nogle grundantagelser ("aksiomer") udledes<br />
("bevises") en række sætninger (dvs. "generelle<br />
påstande") om en eller anden sammenhæng.<br />
Arbejdet hermed er en vigtig del af "matematik".<br />
Tidligere kulturer som den babyloniske og den<br />
ægyptiske har også anvendt matematik, og man har<br />
kendt mange af de regler, der genfindes i den<br />
græske kultur. Men den afgørende forskel er dels<br />
beviset, dels den systematiske opstilling af<br />
sætningerne i en rækkefølge, hvoraf det klart<br />
fremgår, hvad der er bevist, og hvad der kan bygges<br />
videre på. Vigtigt har det også været at erkende, at<br />
man ikke kan bevise sætninger uden at have andre<br />
til rådighed: Der må eksistere nogle "første<br />
sætninger". Om de så vælges, fordi "de er indlysende<br />
sande" eller af andre grunde får stå hen. Denne<br />
teoriopbygning formuleres overbevisende af<br />
grækeren Euklid ca. 300 år før vor tidsregning i hans<br />
bøger: "Elementerne", så overbevisende, at indholdet<br />
har fået lov at stå næsten uantastet i over 2000 år.<br />
Også dette kapitel bygger i det væsentlige på<br />
Euklids arbejde såvel som dele i de følgende kapitler.<br />
Arven fra Grækenland<br />
3
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
Øvelser<br />
1.<br />
Øvelse for par (2 elever) med papir, blyant, passer, lineal og vinkelmåler.<br />
Parret vælger 3 sidelængder i fællesskab, som begge skriver ned. Elev A tegner en trekant<br />
med de valgte sider, elev B ganger eller deler sidelængderne med et vilkårligt tal, men med<br />
det samme tal alle tre gange. B tegner derefter en trekant med de beregnede nye sidelængder.<br />
Begge måler derefter alle 6 vinkler.<br />
Parrets resultater sammenlignes med nabopars resultater.<br />
2.<br />
Samme øvelse gentaget, men med tegninger lavet i Geogebra. (Eventuelt laves øvelsen med<br />
hjemmesiden http://mimimi.dk/bog/1-1/TegnTrekant_1.html )<br />
3.<br />
Læreren vælger sidelængder; hver elev vælger tallet, der ganges eller deles med. Alles resultater<br />
sammenlignes.<br />
4.<br />
Kan du formulere en regel? Prøv at skrive den ned så præcist, du kan.<br />
5.<br />
Sammenlign med sætningen hos Euklid (Bog VI, sætning 5):<br />
http://aleph0.clarku.edu/~djoyce/java/elements/bookVI/propVI5.html<br />
Du skal bare oversætte den fjerde linje, der starter: "If two …" samt notere, at "having their<br />
sides proportional" er ensbetydende med at have fælles forstørrelsesfaktor. Kan du vise det<br />
sidste?<br />
6.<br />
Øvelse for par (2 elever) med papir, blyant, passer, lineal og vinkelmåler.<br />
Parret vælger 3 vinkler i fællesskab, som begge skriver ned. Begge elever tegner en trekant<br />
med de valgte vinkler, men vælger selv sidernes størrelse.<br />
Begge måler derefter alle 6 sider. I fællesskab beregnes 3 brøker, hvor én af elev A's sidelængder<br />
er tælleren og den tilsvarende sidelængde hos elev B er nævneren. Tilsvarende betyder,<br />
at siderne ligger overfor lige store vinkler.<br />
4
Parrets resultater sammenlignes med nabopars resultater.<br />
7.<br />
Øvelser<br />
Samme øvelse gentaget, men med tegninger lavet i Geogebra. (Eventuelt laves øvelsen med<br />
hjemmesiden http://mimimi.dk/bog/1-1/TegnTrekant_2.html )<br />
8.<br />
Læreren vælger vinkler; hver elev vælger én sidelængde. Eleverne beregner brøkerne med<br />
egne og lærerens tal.<br />
9.<br />
Kan du formulere en regel? Prøv at skrive den ned så præcist, du kan.<br />
10.<br />
Sammenlign med sætningen hos Euklid (Bog VI, sætning ):<br />
http://aleph0.clarku.edu/~djoyce/java/elements/bookVI/propVI4.html<br />
Du skal bare oversætte den fjerde linje, der starter: "In equiangular ..."<br />
<strong>Ligedannede</strong> Trekanter<br />
Ensvinklede <strong>trekanter</strong><br />
To <strong>trekanter</strong> er ensvinklede, hvis der for hver vinkel i den ene trekant findes en tilsvarende<br />
lige så stor vinkel i den anden.<br />
Trekanter med fælles forstørrelsesfaktor<br />
To <strong>trekanter</strong> har fælles forstørrelsesfaktor, hvis der for hver side i den ene trekant findes en<br />
tilsvarende side i den anden, hvor de tre sider er forstørret (eller formindsket) med den<br />
samme skalafaktor.<br />
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
To <strong>trekanter</strong> er ligedannede, hvis de både er ensvinklede og er <strong>trekanter</strong> med fælles<br />
forstørrelsesfaktor<br />
Tilsvarende kan ligedannede polygoner (dvs. mangekanter) defineres. Det har Euklid gjort i Bog<br />
5
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
VI, 1. definition. For <strong>trekanter</strong>ne – og kun for <strong>trekanter</strong>ne – gælder den næste sætning:<br />
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
To <strong>trekanter</strong> er ligedannede, hvis de enten er ensvinklede eller er <strong>trekanter</strong> med fælles<br />
forstørrelsesfaktor<br />
Denne sætning svarer til sætningerne 4 og 5 i Bog VI. Beviset for sætningen kan ses der, men<br />
gentages ikke her. 1<br />
Denne sætning er grundlæggende for alle trekantsberegninger. Derfor er det vigtigt, at du<br />
kan huske de 3 definitioner (med gul baggrundsfarve) og den sidste sætning. Anvendelsen af<br />
dem demonstreres lidt senere i kapitlet.<br />
Definition og sætning og bevis<br />
Definitioner<br />
Som i eksemplet herover er der noget (her: fx <strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong>), der defineres. Definitionen<br />
er forklaringen med gul baggrundsfarve.<br />
Sætninger<br />
En sætning er en påstand. Sætningen kan have et navn som Pythagoras sætning eller Fermats<br />
store sætning eller Trekantens areal. Navnet fungerer blot som en etikette: Nå, det er den sætning,<br />
du tænker på. Selve sætningen er her markeret med en lavendelblå baggrundsfarve.<br />
Sætningen (eller rettere: dobbeltsætningen) her er en typisk generel påstand af typen: Hvis<br />
påstand P1 gælder, så vil påstanden P2 også altid gælde.<br />
Beviser<br />
Når matematikere fremsætter påstande, vil de gerne sikre sig, at påstanden altid er rigtig. Og<br />
selv om man har undersøgt fx vinkelsummen i tusinder af <strong>trekanter</strong>, er der jo stadig uendelig<br />
mange tilbage: vil de også have den samme vinkelsum?<br />
Det er altså ikke nok at undersøge enkelte eksempler for at kontrollere, at en sætning er rigtig.<br />
Vi må komme med argumenter, der vil være rigtige i enhver situation. De mange opmålinger<br />
kan bringe os på sporet af et mønster, men det er de tvingende argumenter, der udgør<br />
beviset, således at alle indser sætningens rigtighed.<br />
1 Bemærk, at Euklid ikke benytter forstørrelsesfaktor, men taler om proportionale sider. Det er dog<br />
nemt at vise, at har de proportionale sider er den ene en forstørrelse af den anden og omvendt.<br />
6
Eksempel<br />
Trekanterne ABC og DEF er ensvinklede;<br />
det fremgår også indirekte af<br />
udsmykningen af vinklerne. Fx er<br />
vinklerne A og D ens: de har den samme<br />
udsmykning: Bue med en tværstreg.<br />
Tilsvarende gælder for B og E<br />
samt for C og F.<br />
Sætningen om ligedannede <strong>trekanter</strong><br />
medfører nu, at <strong>trekanter</strong>ne er <strong>trekanter</strong><br />
med fælles forstørrelsesfaktor.<br />
For at finde den fælles forstørrelsesfaktor,<br />
skal der findes én side fra hver<br />
trekant, der svarer til hinanden.<br />
Lad os vælge c og f. At de svarer til<br />
hinanden kan ses, fordi vinklerne<br />
overfor (dvs. C og F) er markeret som<br />
lige store.<br />
Beregning af forstørrelsesfaktor<br />
Kald forstørrelsesfaktoren k. Så gælder, at<br />
c⋅k= f ⇔<br />
k= f<br />
c<br />
<strong>Ligedannede</strong> Trekanter<br />
Bemærk, at den længste sidelængde er f, som benyttes som tæller. Derfor gælder det, at<br />
k > 1<br />
Ved indsættelse af tallene fås nemt den aktuelle værdi:<br />
k= 6<br />
3 =2<br />
Beregning af en side i den store trekant<br />
Lad os prøve at beregne d (og lade som om vi ikke kendte den.)<br />
Da a og d svarer til hinanden, findes d som en forstørrelse af a ved at gange a med k:<br />
a⋅k=d<br />
7
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
og ved indsættelse af de kendte tal fås:<br />
d =4,2⋅2=8,4<br />
Det ser ud, som om det kun passer omtrent, jævnfør tegningens oplysninger.Men tegningens<br />
tal er rigtige og værdien af k er rigtig. Imidlertid er a vist som et afrundet tal. Havde man<br />
medtaget en decimal mere fås a = 4,24 og det medfører, at d = 8,48 eller ved afrunding d = 8,5.<br />
Beregning af en side i den lille trekant<br />
Lad os endelig prøve at beregne b.<br />
Da b og e svarer til hinanden, findes b som en formindskelse af e ved at dividere e med k:<br />
e<br />
k =b<br />
og ved indsættelse af de kendte tal fås:<br />
b= 11,6<br />
2 =5,8<br />
Opgave med besvarelse<br />
Opgavetekst August 2009, opgave 1 (HF <strong>Matematik</strong> C)<br />
Figuren viser to ensvinklede <strong>trekanter</strong> ABC og A1 B1 C1. Nogle af målene fremgår af figuren.<br />
a) Bestem længden af hver af siderne A1 B1 og AC.<br />
Kommentar: Det skrives ikke direkte hvilke vinkler der er lige store, men både ved navngivning<br />
og farvelægning af buer vises det indirekte.<br />
8
Besvarelsen<br />
<strong>Ligedannede</strong> Trekanter<br />
Da <strong>trekanter</strong>ne er ensvinklede, er de også ligedannede. Der findes derfor en fælles forstørrelsesfaktor<br />
k, som gælder for alle par af sider, der svarer til hinanden.<br />
1. Beregning af k<br />
Siderne BC og B1 C1 og svarer til hinanden, da de ligger over for lige store vinkler.<br />
Længderne betegnes |BC | = a og |B1 C1| = a1. Derfor gælder for forstørrelsesfaktoren:<br />
k= a 1<br />
a<br />
og ved indsættelse af de oplyste tal:<br />
k= 17<br />
10,2<br />
9
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
2. Beregning af |A1 B1|<br />
Siderne AB og A1 B1 og svarer til hinanden, da de ligger over for lige store vinkler. Idet<br />
de tilsvarende længder betegnes hhv. c og c1 fås:<br />
c 1 =c⋅k<br />
og ved indsættelse af de kendte tal:<br />
c 1=5,7⋅ 17<br />
10,2 ⇔<br />
c 1 =9,50<br />
|A1 B1| = 9,5<br />
3. Beregning af |AC|<br />
Siderne AC og A1 C1 og svarer til hinanden, da de ligger over for lige store vinkler. Idet<br />
de tilsvarende længder betegnes hhv. b og b1 fås (idet der nu skal findes en side i den<br />
lille trekant):<br />
b= b 1<br />
k<br />
|AC| = 9,9<br />
og ved indsættelse af de kendte tal:<br />
b=16,5: 17<br />
10,2 ⇔<br />
b=16,5⋅ 10,2<br />
17 ⇔<br />
b=9,90<br />
Kommentarer til besvarelsen<br />
Bemærk den obligatoriske tegning, som hører med i enhver geometriopgave. Bemærk også<br />
den klare struktur, der opnås med minioverskrifter afsluttende med den fremhævede konklusion.<br />
Undersøg, om besvarelsen iøvrigt lever op til de almindelig krav til besvarelser af eksamensopgaver<br />
(jævfør side 2 i eksamensopgaverne og siderne 6-8 i<br />
http://uvmat.dk/skrift/SkriftlighedHFC/matCHFSkriftlighed.pdf)<br />
10
Centrale begreber og sætninger<br />
Hvad betyder det?<br />
Centrale begreber og sætninger<br />
Et plan kaldes hos Euklid: En plan flade. I definition 7 forklares: "En plan flade er en flade,<br />
som ligger lige mellem de rette linjer i den." Meningen er nok lidt uklar, men i dagligdagen<br />
har vi ikke besvær med at forestille os idealiserede gulve, vægge, tavler osv. som plane<br />
flader. De kan både være begrænsede eller ubegrænsede; det sidste er tit forudsat.<br />
En trekant er en figur, der er indesluttet af 3 rette linjestykker. Linjestykkerne er trekantens<br />
sider. De tre punkter (linjestykkerne ligger imellem) kaldes trekantens hjørner eller<br />
vinkelspidser. Hjørnerne navngives med store bogstaver, den modstående side (der forbinder<br />
de to andre punkter) navngives med det tilsvarende lille bogstav. Til hjørnet A svarer altså siden<br />
a. Da a har endepunkterne B og C kaldes linjestykket også BC.<br />
Til højre ses ΔABC. Sæt de manglede betegnelser på<br />
tegningen (både for hjørner og sider.)<br />
Siderne har en længde, der kan måles. Hvis det er siden a, vi<br />
vil angive længden på, kan vi for eksempel skrive a = 3, hvis<br />
a har længden 3. Oftest vil vi ikke angive, om det er cm eller<br />
km, men angiver længden som et ubenævnt tal. Du bemærker<br />
altså, a har to betydninger: det er både navnet på siden<br />
og er samtidig et tal, nemlig tallet der angiver længden. Vi<br />
kan også benytte skrivemåden |BC| for længden, hhv. BC<br />
som navn for a.<br />
Mål ΔABC 's sider (med en almindelig lineal), og skriv<br />
målene i tabellen herunder med 1 decimals nøjagtighed:<br />
Side a b c<br />
Længde i cm<br />
ΔABC<br />
En vinkel er en figur bestående af et punkt (vinkelspidsen) og to halvlinjer (eller linjestykker)<br />
gående ud fra punktet. Halvlinjerne kaldes vinklens ben; forestil dig, at du sidder i vinklens<br />
spids og placerer dine ben over vinklens ben. Så er vinklens venstre ben under dit venstreben<br />
og tilsvarende for højre vinkelben. Vinkler har også et navn og en størrelse, og som for siderne<br />
bruges ofte samme betegnelse for vinklen og vinklens størrelse. I ∆ABC kan der benyttes<br />
11
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
flere navne for den samme vinkel: ∠A understreger, at det er en vinkel med vinkelspidsen A,<br />
∠BAC præciserer, at A er en vinkelspids (da det er det midterste bogstav) og at B og C er<br />
punkter, der ligger på hver sit vinkelben. I forbindelse med trigonometriske beregninger –<br />
som sin(A) – undlades vinkeltegnet. Endelig kan vi vælge særskilte symboler for punkt og<br />
vinkelstørrelse, for eksempel: A og α (alfa, det græske alfabets første bogstav). Der var intet i<br />
vejen for at benytte andre danske bogstaver, som for eksempel v, men benyttes det græske<br />
bogstav, kan man se, at vinkelstørrelsen α hører sammen med A. Der findes adskillige<br />
måder at måle vinkler på: I begyndelsen vil vi her arbejde med grader, men på et senere<br />
tidspunkt introduceres et andet mål: radianer. Du er sikkert bekendt med, at en hel cirkel<br />
svarer til 360°. Vinkler inddeles i grupper efter størrelse: lige (præcis 180°), stumpe (mellem<br />
90° og 180°), rette (præcis 90°) og spidse vinkler (mellem 0°og 90°).<br />
12<br />
Skriv vinklernes type ved hvert af de 4 eksempler
Centrale begreber og sætninger<br />
Enhver trekant har nogle linjer (linjestykker) med særlige navne: højder, som er linjestykker<br />
fra en vinkelspids til den modstående side, der står vinkelret på denne. Højden fra B til b<br />
betegnes h eller hb, for at præcisere hvilken af de tre højder, der er tale om.<br />
Hvad hedder den tegnede højde mere præcist? Skriv det på tegningen.<br />
Næste eksempel er vinkelhalveringslinjer, som er halvlinjer fra en vinkelspids, der deler<br />
vinklen i 2 lige store vinkler. Betegnelsen er v eller vA (hvis vinkelspidsen er A).<br />
Hvilken præcis betegnelse kan bruges for v (på tegningen)? Skriv det!<br />
Hvis ∠A = 61°, .hvor stor er så β? Skriv det.<br />
Trekanter har også medianer, der er linjestykker fra en vinkelspids til midtpunktet af den<br />
modstående side. De betegnes m eller mc (hvis medianen<br />
går fra C til et punkt på c).<br />
Hvad vil du kalde den tegnede linje m mere præcist?<br />
Endelig er der<br />
midtnormaler til siderne,<br />
som er linjer, der står vinkelret på et linjestykke (her en side)<br />
i linjestykkets midtpunkt. Afhængig af øvrige anvendte<br />
betegnelser, kan du benytte betegnelser som m eller n for<br />
linjen. 2<br />
2 Der er ikke mange 100 % faste regler for navngivning, men derimod mange sædvaner, som det er<br />
fornuftigt at følge, fordi det ikke forvirrer læseren, hvis navnene følger det vante skema.<br />
13
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
Der findes særlige trekantstyper:<br />
Ligesidede, hvis alle 3 sider er lige store,<br />
ligebenede, hvis 2 af de 3 sider er lige store,<br />
spidsvinklede, hvis trekantens største vinkel er spids,<br />
retvinklede, hvis trekantens største vinkel er ret, og<br />
stumpvinklede, hvis trekantens største vinkel er stump.<br />
En cirkel er en plan figur begrænset af en linje: cirkelperiferien; alle punkterne på<br />
cirkelperiferien har den samme afstand til ét punkt: cirklens centrum. Afstanden kaldes radius<br />
og ethvert linjestykke mellem centrum og et punkt på cirkelperiferien kaldes en radius.<br />
14<br />
Hvad kan du sige om længden af linjestykkerne: PV, VQ, QS, SR, RU, UP? Skriv det<br />
herunder:<br />
Tegn på en transparent alle 5 trekantstyper<br />
Prøv at lave en lang liste over alle de ord, der benyttes ved omtale af cirkler: diameter,<br />
korde, tangent, centervinkel, periferivinkel ... og beskriv for hver af dem præcist, hvad<br />
de betyder.<br />
Hvilke formler kender du i forbindelse med cirkler? Skriv sætningerne herunder:
Hvad er π?<br />
Centrale begreber og sætninger<br />
Tegn en række cirkler: både store og små. Karton og pap er velegnet til de små og lidt<br />
større cirkler. Klip eller skær dem ud. Find også andre cirkler: cykelhjul, fade, møllesten<br />
...<br />
For alle måles og noteres radius og omkreds. Noter resultaterne i en tabel med 2<br />
rækker: øverst radius (x-værdi), lige under den tilsvarende omkreds (y-værdi).<br />
Omkredsen findes i nogle tilfælde<br />
lettest ved at markere et punkt på<br />
periferien; cirklen "trilles" langs en ret<br />
linje indtil mærket er i samme position<br />
og den kørte afstand måles.<br />
Sommetider er centrum givet, men ikke<br />
altid. Forklar, hvordan du så vil finde<br />
det!<br />
Indret et koordinatsystem på mmpapir,<br />
så papiret udnytttes: indtegn et<br />
punkt for hver cirkel med de målte<br />
værdier som koordinater.<br />
Forsøg at tegne en ret linje gennem (0 ;<br />
0) tæt ved alle punkterne:<br />
Kan det lade sig gøre?<br />
Hvorfor skal linjen gå gennem (0 ;<br />
0)?<br />
Kan du ved hjælp af tegningen finde<br />
omkredsen for en cirkel med radius<br />
10 cm - selv om du ikke har målt en<br />
sådan cirkel?<br />
Besvar samme spørgsmål hvor radius er 1 cm.<br />
Ligner det sidste svar et tal du kender?<br />
15
Rektangel er<br />
Kvadrat er<br />
Trapez er<br />
Parallellogram<br />
Rombe er<br />
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
Firkanter er figurer begrænset af fire rette linjestykker.<br />
16<br />
Hvilke firkanter kan<br />
have flere navne?<br />
Rektangel<br />
Kvadrat<br />
Trapez<br />
Parallellogram<br />
Rombe<br />
Sæt x i skemaet - hvor udsagnet er rigtigt<br />
Hvis figuren har 4 rette vinkler kaldes den et rektangel;<br />
er også alle siderne er lige store, kaldes den et kvadrat.<br />
Hvis firkantens har et par modstående sider parallelle, er den et<br />
trapez;<br />
er begge par modstående sider parallelle, kaldes den et parallelogram;<br />
er alle siderne lige store i parallelogrammet, kaldes det en rombe.<br />
Parallelle linjer er rette linjer, der ikke skærer hinanden.<br />
På et blankt A4-ark tegnes en cirkel med centrum midt på arket og med radius 10 cm.<br />
På periferien afsættes fire punkter.<br />
En firkant tegnes med disse punkter som hjørner<br />
Sider og vinkler målestokken<br />
Dine resultater sammenlignes med dine naboers<br />
...<br />
Kan du se noget mønster i jeres resultater? Evt. hvilket?<br />
Hvis ja: kan du forklare, hvorfor det må være rigtigt?
Formler<br />
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
Centrale begreber og sætninger<br />
Figuren viser to ensvinklede <strong>trekanter</strong> ABC og A1 B1 C1. Vinkler med samme markering / farve<br />
/ signatur er lige store.<br />
Forstørrelsesfaktoren (eller formindskelsesfaktoren) k kan beregnes som<br />
k= a1 a = b1 b = c1 c<br />
a 1 =a⋅k eller a= a 1<br />
k<br />
b 1=b⋅k eller b= b 1<br />
k<br />
c 1 =c⋅k eller c= c 1<br />
k<br />
Alle <strong>trekanter</strong><br />
Arealet af en trekant<br />
og der gælder for beregning af siderne:<br />
T =½⋅h g hvor T er trekantens areal, h er højden og g den tilsvarende grundlinje.<br />
17
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
Vinkelsummen i en trekant<br />
∠ A + ∠ B + ∠ C = 180°<br />
Retvinklede <strong>trekanter</strong><br />
Pythagoras sætning<br />
18<br />
hyp 2 2 2<br />
=k 1 k 2
Geometriske Modeller<br />
Eksempel: Flagstang<br />
Geometriske Modeller<br />
Opgaven er at finde højden f på en<br />
flagstang.<br />
For at kunne beregne højden på den,<br />
forenkles den til et linjestykke i modellen<br />
(den blå linje f). Jordoverfladen<br />
forenkles til en ret linje. Yderligere antages<br />
vinklen mellem f og jordoverfladen<br />
at være ret. Ligeledes antages solstrålen,<br />
der lige strejfer toppen af flagstangen,<br />
at være en ret linje. Denne<br />
solstråle markerer, hvor flagstangens<br />
skygge på jorden ophører.<br />
Vi har nu defineret en trekant som<br />
model for flagstang, skygge og (noget<br />
af) solstrålen.<br />
På tegningen er der også vist en anden<br />
model af en kvinde med højde q, hendes skygge og solstrålen, der strejfer hendes isse. q<br />
og de to skyggelængder kan måles (ihvertfald nogenlunde præcist) og antages at være kendte.<br />
I de to <strong>trekanter</strong> er de rette vinkler lige store, men også vinklerne mellem jordoverfladen og<br />
solstrålerne er lige store. Solstrålerne er jo parallelle linjer (da de "aldrig" mødes) og de omtalte<br />
vinkler er dermed ensliggende vinkler ved parallelle linjer: sådanne vinkler er lige store.<br />
I følge sætningen om vinkelsummen i en trekant er de to <strong>trekanter</strong>s sidste vinkel også af<br />
samme størrelse.<br />
Trekanterne er altså ensvinklede, derfor ligedannede, og vi kan finde en fælles<br />
forstørrelsesfaktor med længderne af de to skygger, da de ligger overfor lige store vinkler:<br />
k= skygge 1<br />
skygge 2<br />
og da f og q er sider, der ligger overfor lige store vinkler, kan f beregnes som<br />
f =q⋅k= q⋅skygge 1<br />
skygge 2<br />
19
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
Kommentar<br />
Det fremgår klart af tegningen, at det vi beregner ikke er flagstangens nøjagtige højde, men<br />
en tilnærmet højde. Dette er typisk for enhver model: modellens størrelser er kun omtrent<br />
svarende til virkeligheden. Om det så er godt nok, afhænger både af modellens nøjagtighed,<br />
og hvad modellen skal bruges til. Hvis formålet her var at købe et passende stort Dannebrog,<br />
vil et par procents fejl sikkert kunne tilgives.<br />
Opgave: Åens bredde<br />
20<br />
Hvor bred er åen? Vibeke og Yrsa kan se et træ på<br />
brinken på den anden side af åen og har ved hjælp<br />
af pejlestokke og målebånd lavet nedenstående<br />
skitse - som ikke er målfast. Deres mål er:<br />
|AB| = 40 m,<br />
|CD| = 50 m,<br />
|AC| = 15 m,<br />
|BD| = 45 m.<br />
Beregn bredden.<br />
Bredden er m<br />
Hvad er stiltiende forudsat?
Målebordsblade som modeller af landskabet<br />
Geometriske Modeller<br />
Samtidigt med trianguleringen (se næste kapitel) blev landet opmålt og tegnet på målebordsblade.<br />
Det var meget detaljerede kort i målestokken 1:20.000. De fik en ganske lang<br />
levetid under forskellige myndigheder. I hvertfald solgtes de stadig i boghandlen efter 1970<br />
som fx M 2108 Finderup, opmålt 1877, rettet 1954, trykt i Köbenhavn 1964 ved Geodætisk<br />
Institut.<br />
Det var teknikken ved fremstillingen, der gav dem navn. En lidt forenklet gengivelse af denne<br />
er: Man benytter et bord, hvor det kommende kort fastgøres. 2 punkter (hvorfra der er en<br />
vis udsigt) A og B i naturen udvælges, afstanden mellem dem måles, og punkterne overføres<br />
til kortet med en tilsvarende (meget mindre) afstand mellem de tegnede punkter: lad os<br />
kalde dem A1 og B1.<br />
Bordet stilles så op: først ved fx A med kortets A1 præcist over A og linjen A1B1 lige over en<br />
del af AB.<br />
Andre punkter i landskabet lægges ind ved at tegne sigtelinjer fra A1 (A) på papiret sigtende<br />
fx mod et kirkespir K. Når et passende antal sigtelinjer mod vigtige punkter er indlagt, flyttes<br />
bordet til B med B1 lige ovenover B og linjen A1B1 lige over en del af AB.<br />
Når der så herfra blev tegnes en sigtelinje mod K (eller andre punkter), dannes der to ligedannede<br />
<strong>trekanter</strong>: ABK i naturen og A1B1K1 på kortet. Med tilpas mange støttepunkter<br />
kan den rutinerede kartograf indtegne øvrige detaljer på fri hånd.<br />
Herunder er vist det rektangulære målebord efter flytningen til B (i naturen).<br />
21
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
Da A1 lå over A (og B1 lå over punktet i naturen markeret B2), blev den røde sigtelinje tegnet<br />
fra A1 til K1 . Nu er B og B1 sammenfaldende Der tegnes så en ny sigtelinje, og K1´s position<br />
findes i skæringspunktet. Tilsvarende indtegnes alle andre punkter.<br />
Opgave<br />
Antag, der også var en mølle M i landskabet og at den er tegnet ind på kortet som M1. Gør<br />
rede for, at forhold mellem alle afstandene på kort og de tilsvarende i naturen er de samme.<br />
Vis altså:<br />
| K 1 M 1 |<br />
| KM | =| A1 B1 |<br />
| AB |<br />
Aristarchos jord-sol-måne model<br />
Aristarchos (310 - 230 fvt.) er (måske) den første med et heliocentrisk verdensbillede: i stedet<br />
for at have jorden som verdens centrum sætter han solen i centrum.<br />
Aristarchos vil tegne et Himmelkort, hvor jord (J), sol (S) og måne (M) er punkter. Kortet er<br />
naturligvis en formindsket udgave af den virkelige himmeltrekant. Han kender ikke nogen<br />
af siderne i himmeltrekanten: dvs. de virkelige afstande mellem himmellegemerne. Men derfor<br />
kan han alligevel godt tegne et kort; han mangler blot at kunne angive et målestoksforhold<br />
(eller en formindskelsesfaktor.) For at kunne tegne kortet, skal han lave en trekant, der<br />
er ensvinklet med himmeltrekanten, og dertil behøver han blot at kende to af dennes tre<br />
vinkler.<br />
Den første er nem at få: fra jorden kan man nemt få sigtelinjer til både sol og måne, og derefter<br />
måle vinklen mellem linjerne.<br />
Aristarchos havde ingen ven på månen, han kunne ringe til for at få målt den tilsvarende<br />
vinkel der. Men han fik en genial idé: når vi på jorden har halvmåne, må det være fordi:<br />
22
Geometriske Modeller<br />
• solstrålen, der netop strejfer<br />
månen i B, er en tangent til<br />
månen<br />
• solstrålen står derfor vinkelret<br />
på diameteren AB<br />
• og Aristarchos må befinde sig i<br />
forlængelse af diameteren fordi<br />
◦ bevæger han sig mod solen,<br />
vil månen blive mere<br />
fuld og<br />
◦ bevæger han sig væk fra<br />
solen, bliver den mindre<br />
fuld.<br />
Derfor behøvede Aristarchos kun at<br />
måle én vinkel, men den skulle måles<br />
præcis i det øjeblik, der er halvmåne.<br />
Det forsøgte Aristarchos, og han kom til resultatet 87°. Derfor kunne han tegne tegningen<br />
øverst på siden og beregne forholdet mellem tegningens afstande til sol og måne. På<br />
tegningen kan aflæses, at sættes |JM| = 1, er |JS| = 19,11. For at få virkelighedens mål, skal<br />
disse størrelser ganges med et ukendt k, således at de rigtige afstande er hhv. k og<br />
Forholdet mellem afstandene til sol og måne fås så som:<br />
Afstandsforholdet =<br />
19,11⋅k<br />
19,11⋅k<br />
k =19,11<br />
Kort over Månen (hvor sol og jord ligger i same plan)<br />
Dermed kunne Aristarchos fastslå, at solen både er langt længere væk end månen og følgelig<br />
også langt større! selv om de ser lige store ud.<br />
Aristarchos måling var unøjagtig, så selv om metoden er rigtig et langt stykke ad vejen, fik<br />
han et resultat for k, som ligger langt fra det resultat, vi har i dag: k = 389. Solen er altså langt,<br />
langt længere væk end månen.<br />
Grunden til den voldsomme fejl er en lille fejl i vinkelmålingen, som nok især skyldes, at<br />
halvmåne har man ikke en hel dag, men kun et øjeblik. Månen bevæger sig jo hele tiden<br />
rundt om jorden (samtidig med at jorden bevæger sig rundt om solen) og derfor ændrer<br />
vinklen, der skal måles, sig hele tiden.<br />
Ved at følge dette link til http://mimimi.dk/c/halvMaane.html, kan du se en model, der demonstrerer,<br />
hvad små ændringer af vinklen gør mht. forholdet.<br />
23
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
Jordens omkreds (Eratosthenes)<br />
Eratosthenes (240 FVT.) opnåde berømmelse for sin vurdering af jordens omkreds. Hans<br />
argumenter var:<br />
• På en bestemt dag stod solen lodret over Syene; samtidig kunne Erastostenes i<br />
Alexandria måle vinklen mellem lodret og en linje til solen som 1/50 af en hel cirkel.<br />
• Alexandria ligger stik nord for Syene, altså på samme meridian.<br />
• Afstanden mellem Alexandria og Syene blev opmålt til 5000 stadier<br />
• Denne afstand (buelængden) er ligefrem proportional med centervinklen (som er den<br />
samme som den målte β, da lysstrålerne forudsættes at være parallelle)<br />
Derfor beregnes jordens omkreds (over polerne) til 50x5000 stadier = 250.000 stadier eller<br />
godt 40.000 km 3<br />
3 Argumentationen er rigtig, men forudsætningerne halter en lille smule: Solen har ikke stået præcist<br />
lodret over Syene og Alexandria ligger ikke præcist N for Syene, men den største fejlkilde har<br />
været den unøjagtige bedømmelse af afstanden mellem de to byer. Yderligere mangler vi præcis<br />
viden om forholdet km/stadier. Desuden er solen jo ikke et punkt, og den har en endelig afstand til<br />
jorden.<br />
24
Kugle eller pandekage?<br />
Hvordan ville du praksis måle β ?<br />
Geometriske Modeller<br />
Eratostenes går ud fra, at jorden er rund. Før ham har der ikke været almindelig<br />
enighed herom. Dog kan det ikke have været en fjern tanke, fordi det - i modsætning<br />
til den flade model - kan forklare:<br />
hvorfor ser sømanden, der er på vej mod land, først bjergets top?<br />
hvorfor er jordens skyggebillede ved måneformørkelse altid cirkulært - en<br />
skiveformet jord ville oftere lave et elliptisk skyggebillede? 4<br />
4 http://en.wikipedia.org/wiki/Flat_Earth<br />
25
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong><br />
Oversigt<br />
Du har lært<br />
26<br />
• Hvad ensvinklede <strong>trekanter</strong> er. Hvad ligedannede <strong>trekanter</strong> er. Hvad en<br />
forstørrelsesfaktor er.<br />
• Hvorledes forstørrelsesfaktoren beregnes og hvad "tilsvarende sider" betyder<br />
• Hvorledes forstørrelsesfaktoren benyttes ved beregninger af sidelængder<br />
• Hvorledes ensvinklede <strong>trekanter</strong> kan benyttes i modelberegninger
Indholdsfortegnelse<br />
Indholdsfortegnelse<br />
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong> .......................................................................................................................1<br />
Arven fra Grækenland...................................................................................................................3<br />
Øvelser.............................................................................................................................................4<br />
<strong>Ligedannede</strong> Trekanter..................................................................................................................5<br />
Ensvinklede <strong>trekanter</strong> ................................................................................................................................5<br />
Trekanter med fælles forstørrelsesfaktor.................................................................................................5<br />
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong>...............................................................................................................................5<br />
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong>...............................................................................................................................6<br />
Definition og sætning og bevis..................................................................................................................6<br />
Definitioner............................................................................................................................................6<br />
Sætninger................................................................................................................................................6<br />
Beviser.....................................................................................................................................................6<br />
Eksempel......................................................................................................................................................7<br />
Opgave med besvarelse..............................................................................................................................8<br />
Kommentarer til besvarelsen.............................................................................................................10<br />
Centrale begreber og sætninger..................................................................................................11<br />
Hvad betyder det?.....................................................................................................................................11<br />
Formler..................................................................................................................................................17<br />
<strong>Ligedannede</strong> <strong>trekanter</strong>........................................................................................................................17<br />
Alle <strong>trekanter</strong>.......................................................................................................................................17<br />
Retvinklede <strong>trekanter</strong>..........................................................................................................................18<br />
Geometriske Modeller..................................................................................................................19<br />
Eksempel: Flagstang............................................................................................................................19<br />
Opgave: Åens bredde..........................................................................................................................20<br />
Målebordsblade som modeller af landskabet.................................................................................21<br />
Opgave .................................................................................................................................................22<br />
Aristarchos jord-sol-måne model......................................................................................................22<br />
Jordens omkreds (Eratosthenes)........................................................................................................24<br />
Kugle eller pandekage?......................................................................................................................25<br />
Oversigt..........................................................................................................................................26<br />
Du har lært...........................................................................................................................................26<br />
Indholdsfortegnelse......................................................................................................................27<br />
27