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Teoremi sui triangoli qualunque: seni, proiezioni

In questo modulo introduciamo altri due teoremi della trigonometria, il teorema dei seni, che deriva direttamente dal teorema della corda, ed il teorema delle proiezioni. Entrambi i risultato sono importanti perché forniscono un utile formula per il calcolo di elementi dei triangoli.

Il seguente è detto Teorema dei seni.

Teorema 1

In un triangolo qualsiasi i lati sono proporzionali ai seni degli angoli opposti, pertanto é costante il rapporto tra ciascun lato e il seno dell’angolo opposto.

Vediamo come dimostrare questo risultato. Preso in esame il triangolo Studenti/matematica indichiamo con Studenti/matematica la misura dell’altezza Studenti/matematica relativa a Studenti/matematica, e con Studenti/matematica la misura dell’altezza Studenti/matematica relativa ad Studenti/matematica, come nella figura

Studenti/matematica

Preso in esame il triangolo rettangolo Studenti/matematica scriviamo

Studenti/matematica

allo stesso modo nel triangolo Studenti/matematica abbiamo

Studenti/matematica

ne consegue che:

Studenti/matematica

pertanto

Studenti/matematica
1

Allo stesso modo se Studenti/matematica la consideriamo un cateto del triangolo Studenti/matematica oppure del triangolo Studenti/matematica abbiamo:

Studenti/matematica

e

Studenti/matematica

ricaviamo

Studenti/matematica
Studenti/matematica
2

mettendo a confronto la (1) e la (2), possiamo scrivere

Studenti/matematica

che possono anche riscriversi come

Studenti/matematica
Studenti/matematica
Studenti/matematica

In conclusione questo risultato ci permette di affermare che: in un triangolo il rapporto fra due lati é uguale al rapporto fra i seni degli angoli opposti.

Il teorema dei seni può essere anche enunciato nel seguente modo:

In un triangolo, il rapporto fra i lati e i seni degli angoli opposti é uguale al diametro della circonferenza circoscritta.

Infatti, guardando la figura

Studenti/matematica

se applichiamo il teorema della corda ad ogni lato del triangolo inscritto abbiamo:

Studenti/matematica
Studenti/matematica
Studenti/matematica

poiché 2R é il diametro della circonferenza segue:

Studenti/matematica

Passiamo adesso al secondo teorema di questo modulo, il teorema sui triangoli qualunque o teorema delle proiezioni.

Teorema 2

In un triangolo qualsiasi un lato é uguale alla somma dei prodotti degli altri due lati per il coseno dell’angolo che ciascuno di questi forma con il primo lato.

La dimostrazione si basa sulla risoluzione della seguente espressione:

Studenti/matematica

la relazione vale sia se i due angoli sono acuti sia se lo é uno solo dei due.

Analizziamo separatamente i vari casi che si possono presentare

Caso 1

Studenti/matematica

Studenti/matematica

l'altezza del triangolo relativa alla base Studenti/matematica ha estremi Studenti/matematica e Studenti/matematica e poiché

Studenti/matematica

considerando i triangoli Studenti/matematica e Studenti/matematica per il teorema 1 introdotto nel modulo “Teoremi sui triangoli rettangoli” possiamo scrivere:

Studenti/matematica
Studenti/matematica

da cui otteniamo

Studenti/matematica

caso 2:

se Studenti/matematica

in questo caso si ha un triangolo del tipo di quello in figura

Studenti/matematica

Conduciamo come si vede in figura la perpendicolare dal vertice Studenti/matematica sul prolungamento del lato Studenti/matematica fino ad incontrarlo in Studenti/matematica. Si ha:

Studenti/matematica

si ha ancora

Studenti/matematica

applicando ancora il teorema 1 introdotto nel modulo dedicato ai Teoremi sui triangoli rettangoli, ai triangoli Studenti/matematica e Studenti/matematica scriviamo:

Studenti/matematica
Studenti/matematica

infine

Studenti/matematica

ottenendo così, equivalentemente al caso 1, la relazione

Studenti/matematica

Lo stesso ragionamento si può replicare partendo dagli altri due vertici, quindi senza ripetere tutto il procedimento, possiamo scriviamo

Studenti/matematica
Studenti/matematica
Studenti/matematica