Знание радиусов вписанной и описанной окружностей пригодится инженерам, архитекторам, дизайнерам, строителям и всем, кто работает с геометрическими фигурами. Благодаря этим знаниям можно точно рассчитать размеры конструкций, элементов зданий, произвести замеры на местности.
Основные понятия и определения
Окружность – это геометрическая фигура, которая состоит из точек на плоскости, расположенных на одинаковом расстоянии от центра. Элементами окружности являются:
- Радиус – отрезок, соединяющий центр окружности с любой точкой окружности.
- Диаметр – отрезок, проходящий через центр окружности и соединяющий две точки на окружности.
- Хорда – отрезок, соединяющий две точки окружности и не проходящий через ее центр.
- Касательная – прямая, имеющая с окружностью ровно одну общую точку.
Если окружность касается всех сторон некоторого многоугольника, не пересекая его, то такая окружность называется вписанной в этот многоугольник. Центром вписанной окружности является точка пересечения биссектрис внутренних углов многоугольника. Радиус вписанной окружности обозначается буквой r.
Если окружность проходит через все вершины многоугольника, то она называется описанной около этого многоугольника. Центр описанной окружности лежит в точке пересечения серединных перпендикуляров к сторонам многоугольника. Радиус такой окружности обозначается буквой R.
Вычисление радиуса вписанной окружности
Для нахождения радиуса r вписанной окружности используется общая формула:
r = S / p
где S – площадь многоугольника, р – полупериметр многоугольника (половина суммы всех его сторон). Эта формула применима для любых многоугольников, в которые можно вписать окружность.
Рассмотрим также частные случаи для некоторых многоугольников:
- Для треугольника с известными сторонами a, b, c радиус вписанной окружности вычисляется по
формуле r = √(s − a)(s − b)(s − c) / s, где s - полупериметр треугольника. - Радиус вписанной окружности равностороннего треугольника равен трети высоты этого треугольника, т.е.
r = h / 3. - Для окружности, вписанной в равнобедренный треугольник, радиус можно найти, зная стороны и угол при вершине, по формуле
r = (a*b*sinα) / (a+b).
Разберем некоторые числовые примеры для закрепления материала.
| Задача | Решение |
| В равносторонний треугольник со стороной 10 см вписана окружность. Найти ее радиус r. | Используем соответствующую формулу для вычисления r через высоту равностороннего треугольника: r = h / 3 Высота равностороннего треугольника равна √3а/2. Подставляем числовые значения: h = √3*10/2 = 8,66 см r = 8,66/3 = 2,89 см |
| В равнобедренный треугольник с основанием 15 см и боковой стороной 10 см вписана окружность. Угол при вершине равен 30 градусов. Найти радиус этой окружности r. | Используем формулу радиуса вписанной окружности равнобедренного треугольника через стороны и угол: a = 10 см, b = 10 см – боковые стороны c = 15 см – основание α = 30° sin30° = 0,5 r = (a*b*sinα) / (a+b) = = (10*10*0,5) / (10+10) = 5 см |
Применение радиусов окружностей на практике
Знания о радиусах вписанных и описанных окружностей активно используются на практике в различных областях.
В геометрии с помощью радиусов можно вычислить площадь многоугольника, решить задачу на построение, доказать какое-либо утверждение о фигуре.
В строительстве радиусы применяются при возведении куполов, арок, сводов. Инженер-строитель должен точно рассчитать радиусы кривизны конструкций, чтобы они были прочными и устойчивыми.
В технике, например, для проектирования зубчатых передач необходимо знать радиусы шестеренок и колес. А радиусы сопрягаемых деталей поршневых устройств должны быть подогнаны с высокой точностью для обеспечения герметичности.
Применение радиусов окружностей на практике
В архитектуре и дизайне радиусы окружностей используются при проектировании различных криволинейных элементов – колонн, арок, сводов, куполов. Архитектор вычисляет необходимый радиус исходя из размеров помещения и желаемой формы конструкции.
Вычисление размеров арок по радиусам
Для построения арки необходимо знать радиусы вписанной и описанной окружностей. По ним рассчитывается высота арки в свету, толщина арки в любом сечении.
Проектирование криволинейных лестниц
При проектировании винтовых или криволинейных лестниц вычисляют радиус кривизны основания лестницы исходя из габаритов помещения. Чем больше радиус, тем положе будет уклон маршей.
Расчет элементов ландшафтного дизайна
Ландшафтные дизайнеры применяют знание радиусов для расчета клумб, дорожек, холмов, водоемов. Это позволяет гармонично вписать все элементы в зеленую зону, не нарушая ее целостности.
Проектирование транспортных развязок
При проектировании дорожных развязок, петель, съездов необходимо учитывать радиусы поворота автомобилей разных типов. Чем больше радиус, тем плавнее и безопаснее будет движение.
Вычисление габаритов туннелей и мостов
Инженеры-строители должны точно рассчитать радиус кривизны туннеля или мостового перехода, чтобы транспортные средства могли по ним безопасно передвигаться на заданной скорости.
