I due teoremi di euclide: Formule ed esempi


I teoremi di Euclide riguardano la correlazione tra le lunghezze dei lati di un triangolo rettangolo e le proiezioni dei suoi lati sull’ipotenusa.

Il primo teorema di Euclide stabilisce che in un triangolo rettangolo ciascun cateto รจ medio proporzionale tra l’ipotenusa e la proiezione del cateto sull’ipotenusa.

Il secondo teorema di Euclide stabilisce che in un triangolo rettangolo l’altezza relativa all’ipotenusa รจ il medio proporzionale tra le proiezioni dei cateti sull’ipotenusa.

Euclide, uno dei pionieri della Geometria Piana nell’Antica Grecia, ha lasciato un’impronta indelebile nel campo matematico. In questa lezione, esamineremo attentamente i due teoremi principali da lui formulati, che riguardano i triangoli rettangoli, e vedremo come possiamo applicare tali concetti nella risoluzione dei problemi.

Proporremo entrambi gli enunciati dei teoremi in due forme equivalenti: una espressa in linguaggio geometrico e l’altra in forma di proporzioni.

Introduzione ai teoremi di Euclide: le proiezioni dei cateti sull’ipotenusa

Prima di immergerci nei teoremi di Euclide, รจ fondamentale acquisire una chiara comprensione del concetto di proiezione di un cateto sull’ipotenusa.

Immaginiamo un triangolo rettangolo $ABC$ con l’angolo retto in $A$. Tracciamo l’altezza relativa all’ipotenusa e identifichiamo con $H$ il punto in cui l’altezza interseca l’ipotenusa.

Il piede dell’altezza suddivide l’ipotenusa in due segmenti, che non sono necessariamente congruenti, indicati rispettivamente come $CH$ e $HB$.

  • $CH$ rappresenta la proiezione del cateto $AC$ sull’ipotenusa;
  • $BH$ rappresenta la proiezione del cateto $AB$ sull’ipotenusa.

รˆ evidente che la somma delle lunghezze delle proiezioni dei due cateti sull’ipotenusa equivale alla lunghezza dell’ipotenusa stessa:

$$
\overline{C H}+\overline{B H}=\overline{B C}
$$

Primo teorema di Euclide

Il primo teorema di Euclide stabilisce che, all’interno di un triangolo rettangolo, il quadrato costruito su uno dei cateti รจ equivalente al rettangolo avente come dimensioni l’ipotenusa e la proiezione del cateto sull’ipotenusa.

Questo enunciato mette in connessione tre elementi del triangolo rettangolo: l’ipotenusa, un cateto e la sua proiezione sull’ipotenusa. In particolare, ci riferiamo al primo teorema di Euclide con riferimento al cateto $AB$.

Primo teorema di Euclide riferito al cateto AB.

Rispetto alla figura, possiamo ottenere una formula corrispondente al primo teorema di Euclide:

$\overline{AB}^2=\overline{BH} \times \overline{BC}$

Qui, $\overline{AB}^2$ rappresenta l’area del quadrato costruito sul cateto minore, mentre $\overline{BH} \times \overline{BC}$ indica l’area del rettangolo avente come dimensioni la proiezione $BH$ e l’ipotenusa $BC$.

In modo analogo, possiamo formulare la stessa relazione facendo riferimento al cateto maggiore $AC$ e alla sua proiezione $\mathrm{CH}$.

Primo teorema di Euclide riferito al cateto AC.

Secondo l’enunciato del primo teorema di Euclide, otteniamo:

$\overline{AC}^2=\overline{CH} \times \overline{BC}$

Ragionando come prima, $\overline{AC}^2$ rappresenta l’area del quadrato costruito sul cateto maggiore, mentre $\overline{CH} \times \overline{BC}$ indica l’area del rettangolo avente come dimensioni la proiezione $CH$ e l’ipotenusa $BC$.

Il primo teorema di Euclide puรฒ essere espresso anche attraverso una formulazione equivalente nel linguaggio delle proporzioni: in un triangolo rettangolo, ciascun cateto รจ medio proporzionale tra l’ipotenusa e la proiezione del cateto sull’ipotenusa.

In termini di proporzioni, ciรฒ si traduce nelle seguenti relazioni:

$\overline{B C}: \overline{A B}=\overline{A B}: \overline{B H} $
$\overline{B C}: \overline{A C}=\overline{A C}: \overline{C H}$

Esempio sul primo teorema di Euclide

Supponiamo di dover calcolare il perimetro di un triangolo rettangolo $ABC$, dove l’angolo retto รจ in $A$, con ipotenusa di lunghezza $12$ cm e proiezione del cateto minore sull’ipotenusa di lunghezza $5$ cm.

Dati:

$\begin{aligned} & \overline{B C}=12 \mathrm{~cm} \ & \overline{B H}=5 \mathrm{~cm}\end{aligned}$

Utilizzando il primo teorema di Euclide, possiamo calcolare la lunghezza del cateto minore $AB$ tramite la proporzione:

$$
\frac{\overline{B C}}{\overline{A B}}=\frac{\overline{A B}}{\overline{B H}}
$$

Quindi, applicando la proprietร  fondamentale delle proporzioni (prodotto dei medi = prodotto degli estremi), otteniamo:
$$
\begin{aligned}
& \overline{A B}^2=\overline{B C} \times \overline{B H} \
& \Rightarrow \overline{A B}=\sqrt{\overline{B C} \times \overline{B H}} \
& =\sqrt{12 \times 5}=\sqrt{60} \approx 7.75 \mathrm{~cm}
\end{aligned}
$$

Quindi, $\overline{AB} \approx 7.75$ cm.

La proiezione relativa al cateto maggiore $AC$ puรฒ essere calcolata come differenza tra l’ipotenusa e la proiezione del cateto minore:
$$
\overline{C H}=\overline{B C}-\overline{B H}=(12-5) \mathrm{cm}=7 \mathrm{~cm}
$$

Ora, utilizzando nuovamente il primo teorema di Euclide, possiamo calcolare la lunghezza del cateto maggiore:
$$
\frac{\overline{B C}}{\overline{A C}}=\frac{\overline{A C}}{\overline{C H}}
$$

Applicando la stessa procedura:
$$
\begin{aligned}
& \overline{A C}^2=\overline{B C} \times \overline{C H} \
& \Rightarrow \overline{A C}=\sqrt{B C \times \overline{C H}} \
& =\sqrt{12 \times 7}=\sqrt{84} \approx 9.17 \mathrm{~cm}
\end{aligned}
$$

Quindi, $\overline{AC} \approx 9.17$ cm.

Ora abbiamo tutte le misure necessarie per calcolare il perimetro:
$$
\begin{aligned}
P & =\overline{A B}+\overline{B C}+\overline{A C} \
& =7.75+12+9.17 \
& \approx 29 \mathrm{~cm}
\end{aligned}
$$

Secondo teorema di Euclide

Secondo enunciato di Euclide: in un triangolo rettangolo, il quadrato costruito sull’altezza relativa all’ipotenusa รจ uguale al rettangolo avente come dimensioni le proiezioni dei cateti sull’ipotenusa. Secondo enunciato di Euclide.

Il secondo teorema di Euclide stabilisce una correlazione tra l’altezza relativa all’ipotenusa e le proiezioni dei cateti su di essa. Facendo riferimento alla figura, possiamo formulare quanto segue:
$$
\overline{A H}^2=\overline{B H} \times \overline{C H}
$$

Analogamente al primo teorema, possiamo esprimere il secondo anche tramite una proporzione: in un triangolo rettangolo, l’altezza relativa all’ipotenusa รจ il mezzo proporzionale tra le proiezioni dei cateti sull’ipotenusa:
$$
\overline{C H}: \overline{A H}=\overline{A H}: \overline{B H}
$$

Esempio sul secondo teorema di Euclide

Supponiamo di avere un triangolo rettangolo in cui le proiezioni dei cateti sull’ipotenusa sono misurate rispettivamente come $\$ 25 \$ \mathrm{~cm}$ e $\$ 49 \mathrm{~cm}$. Dobbiamo calcolare l’altezza relativa all’ipotenusa.

Dati:
$$
\begin{aligned}
& \overline{B H}=25 \mathrm{~cm} \
& \overline{C H}=49 \mathrm{~cm}
\end{aligned}
$$

Utilizzando la proporzione del secondo teorema di Euclide:
$$
\frac{\overline{C H}}{\overline{A H}}=\frac{\overline{A H}}{\overline{B H}}
$$

Applicando la proprietร  fondamentale delle proporzioni (prodotto dei medi $=$ prodotto degli estremi):
$$
\begin{aligned}
& \overline{A H}^2=\overline{C H} \times \overline{B H} \
& \Rightarrow \overline{A H}=\sqrt{\overline{C H} \times \overline{B H}} \
& =\sqrt{49 \times 25}=\sqrt{1225}=35
\end{aligned}
$$

Pertanto, l’altezza misura $35 cm$.

SOS Matematica

4.6
SCARICA