العلاقات في المثلث
يعد المثلث واحدًا من الأشكال الهندسية الأساسية، وطالما حير علماء الرياضيات لحل معادلاته وفك شيفرة جميع العلاقات في المثلث رغم أنه ليس إلا ثلاثة أضلاعٍ متصلةٍ مع بعضها ومغلقة، فهو يحوي على الكثير والكثير من الأسرار، ودائمًا ما كان يشوبه الغموض. واجتهد علماء الرياضيات والمهندسين على مرِّ العصور كي يحلوا بعضًا من ألغازه، ووضعوا لأجله العديد من النظريات والحقائق حتى شغل جزءًا كبيرًا من اهتمامات علم الرياضيات، وساعد فهمه العديد من المهندسين في الإبداع حتى استطاعوا بناء أشكالٍ هندسيةٍ ممتازة كانت ومازالت محطَّ اهتمام العالم أجمع، كالأهرامات مثلًا.
حتى اليوم، قامت العديد من النظريات بتفسير الكثير من العلاقات الداخلية للمثلث، منها المتوسطات والمنصفات والارتفاعات، وتشترك هذه الأضلاع جميعًا في أنها تمتد من إحدى زوايا المثلث إلى الضلع المقابل لها، لكنها بطبيعة الحال مختلفة وإن بدت بشكلٍ آخر، وستجد أسباب هذه الاختلافات في السطور التالية.
ما هو المثلث
المثلث هو عبارةٌ عن شكلٍ هندسيٍّ مُكون من ثلاثة أضلاعٍ وثلاثة رؤوسٍ، يمثّل كل رأسٍ زاوية، وهو بذلك يتكون من ثلاث زوايا، ويرمز له بالشكل (∆). يشترط في المثلث أن يساوي مجموعة زواياه الداخلية 180 درجةً (توضح الصورة في الأسفل المقصود بالزوايا الداخلية Interior Angles)
أنواع المثلثات
يمكن تصنيف المثلث إلى ستة أنواعٍ، ثلاثة منها حسب قياسات الزوايا، وثلاثة حسب أطوال الأضلاع، كالتالي:
أنواع المثلثات حسب أطوال الأضلاع
- المثلث مختلف الأضلاع: وهو مثلثٌ أطوال أضلاعه الثلاثة متساوية. فإذا افترضنا مثلثًا (ABC) ستجد أن طول الضلع AB لا يساوي طول الضلع BC لا يساوي طول الضلع AC، كما في الصورة التالية. ولا يشترط قياسات محددة أو متساوية لزوايا هذا المثلث، بل تكون زواياه مختلفةً.
- المثلث متساوي الساقين: وهو المثلث الذي يحتوي على ثلاثة أضلاعٍ، منهم ضلعان متساويان في الطول. في المثلث (ABC)، ستلاحظ أن الضلع AB مساو للضلع AC في الطول (AB = AC)، بينما طول الضلع BC لا يساوي أطوال الأضلاع الأخرى. ومن ميزات هذا المثلث أن زاويتي القاعدة متساويتان دائمًا، أي أن الزاوية الداخلية B تساوي الزاوية الداخلية C.
- المثلث متساوي الأضلاع: وهو مثلثٌ جميع أضلاعه متساوية الطول. ففي المثلث (ABC) ستلاحظ أن الضلع AB مساو للضلع BC مساو للضلع AC في الطول (AB=BC=AC). وتتساوى قياسات زواياه أيضًا فتساوي كل منها 60 درجةً.
أنواع المثلثات حسب قياسات الزوايا
- المثلث حاد الزوايا: وهو المثلث الذي تكون جميع زواياه حادة، ونقصد بالزاوية الحادة كل زاويةٍ قياسها أقل من 90 درجةً. وفي الصورة التالية نجد أن كلًا من الزاوية (ABC) والزاوية (ACB) والزاوية (BAC) هي زوايا حادة.
- المثلث قائم الزاوية: وهو مثلثٌ إحدى زواياه قائمة -والزاوية القائمة هي التي تساوي 90°- ومجموع الزاويتين الأخرتين يساوي هذه الزاوية القائمة، أي 90° أيضًا. وتظهر الصورة التالية أنّ الزاوية (ABC) تساوي 90°.
العلاقات في المثلث
تتمثل العلاقات في المثلث بثلاث علاقاتٍ هي:
- المنصفات
المنصفات عبارةٌ عن خطوطٍ أو قطعٍ مستقيمةٍ تقسم زاوية رأس المثلث إلى زاويتين متساويتين، ويهبط المنصف على الضلع المقابل ويقسمه إلى ضلعين متساويين في حالة ما إذا كانت الزاوية المنصفة الأصلية قائمة، وفي الحالات الأخرى فإنه عند تقسيم المنصف للزاوية الأصلية وتكون هذه الزاوية غير قائمةٍ، فسوف يهبط على الضلع المقابل للزاوية المنصفة، ويقسمها إلى ضلعين طول كل منهما يتناسب مع الجانبين الآخرين من المثلث، وفي كلتا الحالتين ينقسم المثلث الأصلي إلى مثلثين.
يمكن في أي مثلثٍ رسم ثلاثة منصفاتٍ داخلية، تلتقي جميعها في نقطةٍ داخل المثلث.
مثلًا في المثال التالي إذا افترضنا أنه تم تنصيف الزاوية (ACB) فإنها تقسم المثلث ABC إلى مثلثين، ويكون: AD/AC=DB/BC..
- المتوسطات
من أهم العلاقات في المثلث، إذ أن المتوسط في المثلث عبارة عن قطعةٍ مستقيمةٍ تهبط من أحد رؤوس المثلث الثلاث، على الضلع المقال لهذه الرأس، ويقسمه إلى قطعتين متساويتين في الطول، فينقسم المثلث الأصلي إلى مثلثين متساويين في المساحة.
إليك بعض الحقائق عن المتوسطات في المثلث:
- يحتوي المثلث الواحد على ثلاثة متوسطاتٍ، حيث لكل زاوية رأس متوسط خاص بها.
- في المثلث متساوي الأضلاع، تتساوى جميع المتوسطات في الطول.
- في المثلث متساوي الساقين، فإن المتوسطين المرسومين من الزوايا المتساوية يتساويان في الطول.
- في المثلث القائم الزاوية، جميع المتوسطات مختلفة في الطول.
- المتوسطات تكون داخل المثلث، وليس خارجه.
هناك نقطةٌ تقع عند التقاء المتوسطات، تسمى النقطة الوسطى، وهي تقسم ضلع المتوسط بنسبة 2:1 من جهة الرأس، ونسبة 1:2 من جهة القاعدة..
- الارتفاعات