Geometrické konstrukce

Konstrukční úlohou rozumíme úlohu, ve které chceme sestrojit určitý geometrický útvar (alespoň jeden, případně všechny) splňující dané podmínky. Jinými slovy, pomocí pravítka kružítka a případně i úhloměru sestrojíme geometrický útvar (trojúhelník, obdélník atd.), pro který známe délky jeho stran, velikosti úhlů či jiné vlastnosti.

Před rýsováním je dobré si ujasnit:

• body značíme velkými písmeny, např bod A
• přímky značíme malými písmeny, např. přímka p

Řešení konstrukční úlohy se obvykle skládá z několika kroků.

Náčrtek: Od ruky si nakreslíme obrázek hledaného útvaru se vším, co známe ze zadání. To nám pomůže představit si výsledek. Pro přehlednost můžeme jednotlivé prvky vyznačit barevně. Nezapomeňte, náčrtky děláme velké a přehledné. V obrázku velkém jako blecha nic neuvidíme.

Popis konstrukce: Popis jednotlivých kroků, které musíme udělat, abychom dospěli k výsledku. Popis píšeme proto, aby každý mohl náš postup zopakovat. Z výsledného obrázku to nejde vždy snadno udělat. Pro zápis konstrukce používáme geometrické značení. Popis konstrukce řešíme obvykle až ve vyšších ročnících.

Konstrukce: Jde o samotné rýsování příkladu.

Zkouška správnosti: Měli bychom ověřit, zda obrázek opravdu splňuje všechny podmínky ze zadání.

Počet řešení (diskuse): Zjistíme počet výsledků, které vyhovují zadání úlohy. Ne vždy musíme všechny výsledky narýsovat.

Dále využíváme pro zápis geometrických konstrukcí množinové operace, především průnik (\cap) a sjednocení (\cup).

Polopřímka je část přímky, která vznikne rozdělením přímky jedním jejím bodem. Tento bod se nazývá počáteční. Polopřímku s počátečním bodem A procházející bodem B značíme \mapsto AB. Každý bod rozděluje přímku na dvě opačné polopřímky se společným počátečním bodem.

Základní vlastnosti polopřímek:

• Sjednocením dvou opačných polopřímek je přímka.
• Průnikem dvou opačných polopřímek je bod.
• Průnikem polopřímek \mapsto AB a \mapsto BA je úsečka AB.

Polorovina je část roviny, která vznikne rozdělením roviny jednou přímkou. Tato přímka se nazývá hraniční. Polorovinu s hraniční přímkou p procházející bodem K značíme \mapsto pK. Je-li přímka p určena body A, B, můžeme také psát \mapsto ABK. Každá přímka rozděluje rovinu na dvě opačné poloroviny se společnou hraniční přímkou.

Základní vlastnosti polorovin:

• Sjednocením dvou opačných polorovin je rovina.
• Průnikem dvou opačných polorovin je hraniční přímka.
• Průnikem dvou polorovin s rovnoběžnými hraničními přímkami je pás rovnoběžek.

Pro zápis geometrických konstrukcí používáme množinové operace, především průnik (\cap) a sjednocení (\cup).

Příklad: Rozhodněte, co je průnikem polopřímky CA a poloroviny ABC.

Polorovina ABC je určena hraniční přímkou AB a bodem C. Polopřímka CA má počáteční bod C a prochází bodem A. Průnikem je pak úsečka AC. Matematicky bychom úlohu zapsali: AC = \mapsto ABC \cap \mapsto CA.

Rovnoběžky jsou dvě přímky ležící ve stejné rovině, které se nikde neprotínají. Rovnoběžnost přímek p a q zapisujeme p \parallel q.

Kolmice je přímka, která protíná jinou přímku a svírá s ní úhel 90°. Kolmost přímek p a q zapisujeme p \perp q.

Dvě přímky, které jsou kolmé na nějakou třetí přímku a současně obě leží v jedné rovině, jsou rovnoběžky.

Při řešení jednodušších úloh sestrojujeme trojúhelníky, pro které známe délky stran. Nesmíme přitom zapomínat, že platí tzv. trojúhelníková nerovnost, tedy že součet dvou stran je větší než třetí strana. Jednoduše řečeno, pokud je součet dvou nejkratších stran větší než třetí strana, trojúhelník lze sestrojit.

Při složitějších příkladech využíváme věty o sestrojitelnosti trojúhelníků (kde s značí stranu a u úhel):

• Věta sss — v trojúhelníku jsou dány délky všech stran, platí trojúhelníková nerovnost.
• Věta sus — v trojúhelníku jsou dány délky dvou stran a velikost úhlu, který svírají (menší než 180°).
• Věta usu — v trojúhelníku je dána délka jedné strany a velikosti 2 úhlů k ní přiléhajících (součet velikostí daných úhlů je menší než 180°).

Tyto věty také používáme při určení shodnosti trojúhelníků.

U nejtěžších příkladů využíváme při konstrukci další pojmy související s trojúhelníkem, například výška, těžnice, či množiny bodů daných vlastností.

Při řešení složitějších konstrukčních úloh budeme využívat i množiny bodů daných vlastností. Připomeňme si ty nejdůležitější.