3.4: Напівплощини
ПрипустимоX,Y∉(PQ). Тоді кутиPQX іPQY мають однаковий знак, якщо і тільки якщо[XY] не перетинаються(PQ).
- Доказ
-
Якщо частина випливає з леми 3.3.2.
Припустимо, що[XY] перетинається(PQ); припустимо, щоZ позначає точку перетину. Без втрати спільності можна припуститиZ≠P.
Зверніть увагу, щоZ лежить міжX іY. Згідно з Леммою 3.1.1,∠PZY мають∠PZX і протилежні ознаки. Це доводить твердження, якщоZ=Q.
ЯкщоZ≠Q, то∠ZQX іQZX мають протилежні ознаки на 3,7. Так само ми отримуємо, що∠ZQY і∠QZY маємо протилежні ознаки.
ЯкщоQ лежить міжZ іP, то по лемі 3.1.1 дві пари кутів∠PQX,∠ZQX причому∠PQY,∠ZQY мають протилежні знаки. Звідси випливає, що∠PQX і∠PQY мають протилежні ознаки в міру необхідності.
В іншому випадку[QZ)=[QP) і тому∠PQX=∠ZQX і∠PQY=∠ZQY. Тому знову∠PQX і∠PQY мають протилежні ознаки в міру необхідності.
Доповнення лінії(PQ) в площині може бути представлено унікальним чином у вигляді об'єднання двох неспільних підмножин, званих напівплощинами, такими, що
(а) Дві точкиX,Y∉(PQ) лежать в одній півплощині тоді і тільки тоді, коли кутиPQX іPQY мають однаковий знак.
(b) Дві точкиX,Y∉(PQ) в одній півплощині, якщо і тільки тоді, коли[XY] не перетинаються(PQ).
Ми говоримо, щоX іY лежати на одній стороні,(PQ) якщо вони лежать в одній з напівплощин,(PQ) і ми говоримо, щоP іQ лежать на протилежних сторонам,l якщо вони лежать в різних напівплощинамиl.
Вправа3.4.1
Припустимо, що кутиAOB іA′OB′ вертикальні іB∉(OA). Показати, що лінія(AB) не перетинає відрізок[A′B′].
- Підказка
-
Зверніть увагу, щоO іA′ лежать на одній стороні(AB). АналогічноO іB′ лежать на тій же стороні(AB). Звідси і результат.
Розглянемо трикутникABC. Відрізки[AB],[BC], і[CA] називаються сторонами трикутника.
Припустімо, що лініяl не проходить через будь-яку вершину трикутника. Потім вона перетинає або дві, або нульові сторони трикутника.
- Доказ
-
Припустимо, що лініяl[AB] перетинає сторону трикутникаABC і не проходить черезA,B, іC.
За слідством3.4.1, вершиниA іB лежать на протилежні сторони відl.
ВершинаC може лежати на одній стороні зA і на протилежному боці зB або навпаки. За слідством3.4.1, в першому випадку,l перетинається збоку[BC] і не перетинається[AC]; у другому випадкуl перетинається сторона[AC] і не перетинається[BC]. Звідси випливає твердження.
Вправа3.4.2
Покажіть, що дві точкиX,Y∉(PQ) лежать на одній стороні(PQ) якщо і тільки якщо кутиPXQ іPYQ мають однаковий знак.
- Підказка
-
Застосувати теорему 3.3.1 для,△PQX△PQY а потім застосувати Слідство3.4.1a.
Вправа3.4.3
△ABCДозволяти бути невиродженим трикутником,A′∈[BC] іB′∈[AC]. Покажіть, що відрізки[AA′] і[BB′] перетинаються.
- Підказка
-
Можна припустити, щоA′≠B,C іB′≠A,C; інакше твердження тривіально тримає.
Зверніть увагу, що(BB′) не перетинається[A′C]. Застосовуючи теорему Паша (теорема 3.4.1) для△AA′C і(BB′), отримаємо, що(BB′) перетинає[AA′]; позначимо точку перетину поM.
Так само ми отримуємо, що(AA′) перетинається[BB′]; тобтоM лежить на[AA′] і[BB′].
Вправа3.4.4
Припустимо, що точкиX іY лежать по протилежних сторонам від лінії(PQ). Покажіть, що напівлінія[PX) не перетинається[QY).
- Підказка
-
Припустимо, щоZ це точка перетину.
Зверніть увагу, щоZ≠P іZ≠Q. Тому,Z∈(PQ).
Покажіть, щоZ іX ляжте на одну сторону(PQ). Повторіть аргумент, щоб показати, щоZ іY лежати на одній стороні(PQ). Звідси випливає, щоX іY лежати на одній стороні(PQ) - протиріччя.
Розширені вправи3.4.1
Зверніть увагу, що наступна кількість
∡ABC={πif ∡ABC=π−∡ABCif ∡ABC<π
може служити мірою кута; тобто аксіоми тримають, якщо∡ ∡ обмінюватися скрізь.
Покажіть, що∡ і ∡ є єдиними можливими кутовими мірами на площині.
Покажіть, що без Axiom IIiC це вже не так.