Ισοσκελές τραπέζιο

Στην ευκλείδεια γεωμετρία, ισοσκελές τραπέζιο είναι ένα τραπέζιο στο οποίο οι μη παράλληλες πλευρές είναι ίσες. Από αυτή την ιδιότητα έπεται ότι και οι προσκείμενες στη βάση γωνίες είναι ανά δύο ίσες.Ένα ισοσκελές τραπέζιο που είναι και ορθογώνιο είναι ένα ορθογώνιο παραλληλόγραμμο.

 Ένα τραπέζιο είναι ισοσκελές ανν οι προσκείμενες σε βάση γωνίες είναι ίσες.Απόδειξη ( ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } ): Έστω A B Γ Δ {\displaystyle \mathrm {AB\Gamma \Delta } } ένα ισοσκελές τραπέζιο και A A ′ {\displaystyle \mathrm {AA'} } , B B ′ {\displaystyle \mathrm {BB'} } ύψη. Τα ορθογώνια τρίγωνα Δ A A ′ {\displaystyle \mathrm {\Delta AA'} } και Γ B B ′ {\displaystyle \mathrm {\Gamma BB'} } έχουν μία κάθετη πλευρά και την υποτείνουσα ίσες, άρα είναι ίσα. Συνεπώς θα έχουν και τις γωνίες ίσες, άρα Γ ^ = Δ ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {\Gamma } }}={\hat {\mathrm {\Delta } }}} (ισότητα γωνιών). Επίσης, Δ A A ′ = Γ B B ′ {\displaystyle \mathrm {\Delta AA'} =\mathrm {\Gamma BB'} } , και προσθέτοντας κατά μέλη μία ορθή γωνία, λαμβάνουμε ότι A ^ = B ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {A} }}={\hat {\mathrm {B} }}} (ισότητα γωνιών). Απόδειξη ( ⇐ {\displaystyle \Leftarrow } ): Έστω A B Γ Δ {\displaystyle \mathrm {AB\Gamma \Delta } } ένα τραπέζιο με Γ ^ = Δ ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {\Gamma } }}={\hat {\mathrm {\Delta } }}} . Θεωρούμε τα δύο ύψη του τριγώνου A A ′ {\displaystyle \mathrm {AA'} } και B B ′ {\displaystyle \mathrm {BB'} } . Τα ορθογώνια τρίγωνα A A ′ Δ {\displaystyle \mathrm {AA'\Delta } } και B B ′ Γ {\displaystyle \mathrm {BB'\Gamma } } είναι ίσα καθώς έχουν μία κάθετη πλευρά ( A A ′ = B B ′ {\displaystyle \mathrm {AA'} =\mathrm {BB'} } ) και δύο γωνίες ίσες. Επομένως, A Δ = B Γ {\displaystyle \mathrm {A\Delta } =\mathrm {B\Gamma } } . Ένα τραπέζιο είναι ισοσκελές ανν οι διαγώνιες του είναι ίσες.Απόδειξη ( ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } ): Έστω A B Γ Δ {\displaystyle \mathrm {AB\Gamma \Delta } } ένα ισοσκελές τραπέζιο και A Γ {\displaystyle \mathrm {A\Gamma } } , B Δ {\displaystyle \mathrm {B\Delta } } οι διαγώνιοί του. Τα τρίγωνα A Γ Δ {\displaystyle \mathrm {A\Gamma \Delta } } και B Δ Γ {\displaystyle \mathrm {B\Delta \Gamma } } έχουν A Δ = B Γ {\displaystyle \mathrm {A\Delta } =\mathrm {B\Gamma } } , Δ ^ = Γ ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {\Delta } }}={\hat {\mathrm {\Gamma } }}} (ισότητα γωνιών) και Γ Δ = Δ Γ {\displaystyle \mathrm {\Gamma \Delta } =\mathrm {\Delta \Gamma } } , άρα είναι ίσα από το κριτήριο πλευράς-γωνίας-πλευράς. Έτσι θα έχουν και A Γ = B Δ {\displaystyle \mathrm {A\Gamma } =\mathrm {B\Delta } } . Απόδειξη ( ⇐ {\displaystyle \Leftarrow } ): Έστω A B Γ Δ {\displaystyle \mathrm {AB\Gamma \Delta } } ένα τραπέζιο με ίσες διαγωνίους, A Γ = B Δ {\displaystyle \mathrm {A\Gamma } =\mathrm {B\Delta } } και έστω O {\displaystyle \mathrm {O} } το σημείο τομής τους. Θεωρούμε επίσης τα δύο ύψη A A ′ {\displaystyle \mathrm {AA'} } και Δ Δ ′ {\displaystyle \Delta \Delta '} . Τότε τα ορθογώνια τρίγωνα A A ′ Γ {\displaystyle \mathrm {AA'\Gamma } } και Δ Δ ′ B {\displaystyle \mathrm {\Delta \Delta 'B} } είναι ίσα, καθώς έχουν δύο πλευρές ίσες, τις A A ′ = Δ Δ ′ {\displaystyle \mathrm {AA'} =\Delta \Delta '} και A Γ = B Δ {\displaystyle \mathrm {A\Gamma } =\mathrm {B\Delta } } . Επομένως, ∠ A Γ A ′ = ∠ Δ B Δ ′ {\displaystyle \angle \mathrm {A\Gamma A'} =\angle \mathrm {\Delta B\Delta '} } . Λόγω της παραλληλίας των A B {\displaystyle \mathrm {AB} } και Γ Δ {\displaystyle \mathrm {\Gamma \Delta } } , προκύπτει ότι ∠ A Γ Δ = ∠ Γ A B {\displaystyle \angle \mathrm {A\Gamma \Delta } =\angle \mathrm {\Gamma AB} } και ∠ A B Δ = ∠ B Δ Γ {\displaystyle \angle \mathrm {AB\Delta } =\angle \mathrm {B\Delta \Gamma } } .Επομένως, τα τρίγωνα Γ O Δ {\displaystyle \mathrm {\Gamma O\Delta } } και A O B {\displaystyle \mathrm {AOB} } είναι ισοσκελή, άρα A O = B O {\displaystyle \mathrm {AO} =\mathrm {BO} } και O Γ = O Δ {\displaystyle \mathrm {O\Gamma } =\mathrm {O\Delta } } . Τέλος, τα τρίγωνα A O Δ {\displaystyle \mathrm {AO\Delta } } και B O Γ {\displaystyle \mathrm {BO\Gamma } } είναι ίσα αφού έχουν δύο πλευρές και την περιέχομενη γωνία τους ίση. Καταλήγουμε ότι A Δ = B Γ {\displaystyle \mathrm {A\Delta } =\mathrm {B\Gamma } } και το τραπέζιο είναι ισοσκελές. Ένα τραπέζιο είναι ισοσκελές ανν είναι εγγράψιμο.Απόδειξη ( ⇒ {\displaystyle \Rightarrow } ): Έστω A B Γ Δ {\displaystyle \mathrm {AB\Gamma \Delta } } ένα ισοσκελές τραπέζιο. Τότε A ^ = Δ ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {A} }}={\hat {\mathrm {\Delta } }}} . Επειδή η A B {\displaystyle \mathrm {AB} } είναι παράλληλη στην Γ Δ {\displaystyle \mathrm {\Gamma \Delta } } , έχουμε ότι η A ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {A} }}} είναι παραπληρωματική στην Δ ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {\Delta } }}} εντός και επί ταυτά. Επίσης επειδή το τραπέζιο είναι ισοσκελές, έχουμε ότι Δ ^ = Γ ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {\Delta } }}={\hat {\mathrm {\Gamma } }}} , και άρα η A ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {A} }}} είναι παραπληρωματική της Γ ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {\Gamma } }}} . Επομένως, το A B Γ Δ {\displaystyle \mathrm {AB\Gamma \Delta } } είναι εγγράψιμο. Απόδειξη ( ⇐ {\displaystyle \Leftarrow } ): Έστω A B Γ Δ {\displaystyle \mathrm {AB\Gamma \Delta } } ένα εγγράψιμο τραπέζιο. Τότε οι απέναντι γωνίες A ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {A} }}} και Γ ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {\Gamma } }}} είναι παραπληρωμαικές. Επειδή η A B {\displaystyle \mathrm {AB} } είναι παράλληλη στην Γ Δ {\displaystyle \mathrm {\Gamma \Delta } } οι A ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {A} }}} και Δ ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {\Delta } }}} είναι παραπληρωματικές ως εντός και επί ταυτά. Επομένως, Γ ^ = Δ ^ {\displaystyle {\hat {\mathrm {\Gamma } }}={\hat {\mathrm {\Delta } }}} . Σε ένα ισοσκελές τραπέζιο, η μεσοκάθετος των δύο βάσεων διέρχεται από το σημείο τομής των δύο διαμέσων. Σε ένα ισοσκελές τραπέζιο ισχύουν οι παρακάτω μετρικές σχέσεις: Το μήκος των διαγωνίων δίνεται από τον τύπο: B Δ = A Γ = A Δ 2 + A B ⋅ Γ Δ . {\displaystyle \mathrm {B\Delta } =\mathrm {A\Gamma } ={\sqrt {\mathrm {A\Delta } ^{2}+\mathrm {AB} \cdot \mathrm {\Gamma \Delta } }}.} Το ύψος δίνεται του τραπεζίου δίνεται από τον τύπο: u = A Δ 2 − ( Γ Δ − A B 2 ) 2 . {\displaystyle u={\sqrt {\mathrm {A\Delta } ^{2}-\left({\tfrac {\mathrm {\Gamma \Delta } -\mathrm {AB} }{2}}\right)^{2}}}.} Η ακτίνα του περιγεγραμμένου του κύκλου δίνεται από τον τύπο: R = B Γ ⋅ A Δ 2 + A B ⋅ Γ Δ 4 A Δ 2 − ( Γ Δ − A B ) 2 . {\displaystyle R=\mathrm {B\Gamma } \cdot {\sqrt {\frac {\mathrm {A\Delta } ^{2}+\mathrm {AB} \cdot \mathrm {\Gamma \Delta } }{4\mathrm {A\Delta } ^{2}-\left(\mathrm {\Gamma \Delta } -\mathrm {AB} \right)^{2}}}}.} Το εμβαδόν του ισοσκελούς τραπεζίου δίνεται από τους εξής τύπους: (Τύπος Βραχμαγκούπτα) Αφού το ισοσκελές τραπέζιο είναι εγγράψιμο, εφαρμόζοντας τον τύπο Βραχμαγκούπτα, το εμβαδόν του τραπεζίου δίνεται από: E = ( τ − α ) ⋅ ( τ − β ) ⋅ ( τ − γ ) ⋅ ( τ − δ ) = ( τ − α ) ⋅ ( τ − β ) 2 ⋅ ( τ − γ ) {\displaystyle \mathrm {E} ={\sqrt {(\tau -\alpha )\cdot (\tau -\beta )\cdot (\tau -\gamma )\cdot (\tau -\delta )}}={\sqrt {(\tau -\alpha )\cdot (\tau -\beta )^{2}\cdot (\tau -\gamma )}}} , όπου τ = 1 4 ⋅ ( α + β + γ + δ ) {\displaystyle \tau ={\tfrac {1}{4}}\cdot (\alpha +\beta +\gamma +\delta )} είναι η ημιπερίμετρος του τραπεζίου.Από τον τύπο για το εμβαδόν του τραπεζίου και την έκφραση για το ύψος έχουμε ότι E = α + γ 2 ⋅ u = α + γ 2 ⋅ β 2 − ( γ − α 2 ) 2 {\displaystyle \mathrm {E} ={\frac {\alpha +\gamma }{2}}\cdot u={\frac {\alpha +\gamma }{2}}\cdot {\sqrt {\beta ^{2}-\left({\tfrac {\gamma -\alpha }{2}}\right)^{2}}}} Το ορθογώνιο και ισοσκελές τραπέζιο είναι ένα ορθογώνιο παραλληλόγραμμο. Μία ειδική περίπτωση του ισοσκελούς τραπεζίου είναι αυτό που έχει τις δύο μη-παράλληλες πλευρές και μία από τις βάσεις ίσες. Τραπέζιο Ορθογώνιο τρίγωνο Ισοσκελές τρίγωνο