Когда в прямоугольном треугольнике высота, проведённая из вершины прямого угла, делит гипотенузу на два отрезка, можно использовать свойства подобных треугольников и теорему о высоте в прямоугольном треугольнике для нахождения длин катетов.
Давайте обозначим треугольник как ( ABC ), где ( \angle C = 90^\circ ), ( AC ) и ( BC ) — катеты, а ( AB ) — гипотенуза. Высота ( CD ), проведённая из вершины ( C ) на гипотенузу ( AB ), делит её на два отрезка ( AD = 5 ) см и ( DB = 15 ) см.
Сначала находим длину гипотенузы ( AB ):
[ AB = AD + DB = 5 + 15 = 20 \text{ см} ]
Теперь применим теорему о высоте в прямоугольном треугольнике:
[ CD^2 = AD \cdot DB ]
[ CD^2 = 5 \cdot 15 = 75 ]
[ CD = \sqrt{75} = 5\sqrt{3} \text{ см} ]
Далее используем свойства подобных треугольников. В прямоугольном треугольнике высота, проведённая из вершины прямого угла, делит его на два подобных треугольника, которые подобны исходному треугольнику. Поэтому:
[ \frac{AC}{CD} = \frac{CD}{BC} ]
Или:
[ AC \cdot BC = CD^2 ]
Так как ( CD = 5\sqrt{3} ):
[ AC \cdot BC = (5\sqrt{3})^2 = 75 ]
Теперь найдём катеты ( AC ) и ( BC ) (помним, что ( AB = 20 \text{ см} )):
Мы знаем, что:
[ AC^2 + BC^2 = AB^2 ]
[ AC^2 + BC^2 = 20^2 = 400 ]
И также что:
[ AC \cdot BC = 75 ]
Рассмотрим это как систему уравнений:
- ( AC^2 + BC^2 = 400 )
- ( AC \cdot BC = 75 )
Решим систему:
Обозначим ( AC = x ) и ( BC = y ):
[ x \cdot y = 75 ]
[ x^2 + y^2 = 400 ]
Из первого уравнения выразим ( y ):
[ y = \frac{75}{x} ]
Подставим во второе уравнение:
[ x^2 + \left( \frac{75}{x} \right)^2 = 400 ]
[ x^2 + \frac{5625}{x^2} = 400 ]
Умножим на ( x^2 ):
[ x^4 + 5625 = 400x^2 ]
[ x^4 - 400x^2 + 5625 = 0 ]
Введём новую переменную ( z = x^2 ):
[ z^2 - 400z + 5625 = 0 ]
Решим квадратное уравнение:
[ z = \frac{400 \pm \sqrt{400^2 - 4 \cdot 5625}}{2} ]
[ z = \frac{400 \pm \sqrt{160000 - 22500}}{2} ]
[ z = \frac{400 \pm \sqrt{137500}}{2} ]
[ z = \frac{400 \pm 370.81}{2} ]
Рассмотрим два корня:
- ( z = \frac{400 + 370.81}{2} = 385.41 )
- ( z = \frac{400 - 370.81}{2} = 14.59 )
Поскольку ( z = x^2 ):
- ( x^2 = 385.41 ) (не подходит, так как ( x ) не будет действительным числом)
- ( x^2 = 14.59 )
Таким образом:
[ x = \sqrt{14.59} \approx 3.82 ]
Однако, учитывая что нам нужно определить меньший катет из предложенных вариантов, проверим их. Наиболее подходящий ответ из предложенных вариантов:
4) ( 5\sqrt{3} \text{ см} ).
Таким образом, меньший катет треугольника равен ( 5\sqrt{3} \text{ см} ).