ГЛАВА IV.

ЧЕТЫРЁХУГОЛЬНИКИ.

§43. ПАРАЛЛЕЛОГРАММ.

1. Определение параллелограмма.

Если пару параллельных прямых пересечём другой парой параллельных прямых, то получим четырёхугольник, у которого противоположные стороны попарно параллельны.

В четырёхугольниках АВDС и ЕFNМ (черт. 224) ВD || АС и АВ || СD;
ЕF || МN и ЕМ || FN.

Четырёхугольник, у которого противоположные стороны попарно параллельны, называется параллелограммом.

2. Свойства параллелограмма.

Теорема. Диагональ параллелограмма делит его на два равных треугольника.

Пусть имеется параллелограмм АВDС (черт. 225), в котором АВ || СD и АС || ВD.

Требуется доказать, что диагональ делит его на два равных треугольника.

Проведём в параллелограмме АВDС диагональ СВ. Докажем, что /\ САВ= /\ СDВ.

Сторона СВ общая для этих треугольников; /  АВС = /  ВСD, как внутренние накрест лежащие углы при параллельных АВ и СD и секущей СВ; /  АСВ = /  СВD, тоже как внутренние накрест лежащие углы при параллельных АС и ВD и секущей  CB    (§ 38).

Отсюда /\ САВ =  /\ СDВ.

Таким же путём можно доказать, что диагональ AD разделит параллелограмм на два равных треугольника АСD и АВD.

Следствия. 1. Противоположные углы параллелограмма равны между собой.

/  А =  /  D, это следует из равенства треугольников САВ и СDВ.
Аналогично и  /  С =  /  В.

2. Противоположные стороны параллелограмма равны между собой.

АВ = СD и АС = ВD, так как это стороны равных треугольников и лежат против равных углов.

Теорема 2. Диагонали параллелограмма в точке их пересечения делятся пополам.

Пусть ВС и AD — диагонали параллелограмма AВDС (черт. 226). Докажем, что АО = OD и СО = ОВ.

Для этого сравним какую-нибудь пару противоположно расположенных треугольников, например  /\ AОВ и  /\ СОD.

В этих треугольниках АВ = СD, как противоположные стороны параллелограмма;
 / 1 = / 2, как углы внутренние накрест лежащие при параллельных АВ и СD и секущей AD;
/ 3 = / 4 по той же причине, так как АВ || СD и СВ — их секущая   (§ 38).

Отсюда следует, что  /\ AОВ =  /\ СОD. А в равных треугольниках против равных углов лежат равные стороны. Следовательно, АО = OD и СО = ОВ.

Теорема 3. Сумма углов, прилежащих к одной стороне параллелограмма, равна 2d.

Доказать самостоятельно.

3. Признаки параллелограмма.

Теорема. Если противоположные стороны четырёхугольника попарно равны, то этот четырёхугольник — параллелограмм.

Пусть в четырёхугольнике AВDС (черт. 227) АВ = СD и АС = ВD. Докажем, что при этом условии АВ || СD и АС || ВD, т. е. четырёхугольник АВDC — параллелограмм.
Соединим отрезком какие-нибудь две противоположные вершины этого - четырёхугольника, например С и В. Четырёхугольник АВDС разбился на два равных треугольника: /\ СAВ и /\ СDВ. В самом деле, сторона СВ у них общая, АВ = СD и АС = ВD по условию. Таким образом, три стороны одного треугольника соответственно равны трём сторонам другого, поэтому /\ СAВ = /\ СDВ.

В равных треугольниках против равных сторон лежат равные углы, поэтому
/ 1 = / 2 и / 3 = / 4.

Углы 1-й и 2-й являются внутренними накрест лежащими углами при пересечении прямых АВ и СD прямой СВ. Следовательно, АВ || СD.

Точно так же углы 3-й и 4-й являются внутренними накрест лежащими углами при пересечении прямых СА и ВD прямой СВ, следовательно, СА || ВD (§ 35).

Таким образом, противоположные стороны четырёхугольника АВDС попарно параллельны, следовательно, он параллелограмм, что и требовалось доказать.

Теорема 2. Если две противоположные стороны четырёхугольника равны и параллельны, то этот четырёхугольник — параллелограмм.

Пусть в четырёхугольнике АВDС АВ = СD и АВ || СD. Докажем, что при этих условиях четырёхугольник АВDС— параллелограмм (черт. 228).

Соединим отрезком СВ вершины С и В. Вследствие параллельности прямых АВ и СD углы 1 и 2, как углы внутренние накрест лежащие, равны (§ 38).
Тогда треугольник САВ равен треугольнику СDВ, так как сторона СВ у них общая,
АВ = СD по условию теоремы и  / 1 =  / 2 по доказанному. Из равенства этих треугольников вытекает равенство углов 3 и 4, так как они лежат против равных сторон в равных треугольниках.

Но углы 3 и 4 — это внутренние накрест лежащие углы, образованные при пересечении прямых АС и ВD прямой СВ, следовательно, АС || ВD (§ 35), т. е. четырёхугольник
АВDС— параллелограмм.

Упражнения.

1. Доказать, что если диагонали четырёхугольника в точке их взаимного пересечения делятся пополам, то этот четырёхугольник — параллелограмм.

2. Доказать, что четырёхугольник, у которого сумма внутренних углов, прилежащих к каждой из двух соседних сторон, равна 2d, есть параллелограмм.

3. Построить параллелограмм по двум сторонам и углу между ними:

 а) используя параллельность противоположных сторон параллелограмма;
 б) используя равенство противоположных сторон параллелограмма.

4. Построить параллелограмм по двум смежным сторонам и диагонали.

5. Построить параллелограмм по двум его диагоналям и углу между ними.

6. Построить параллелограмм по его стороне и двум диагоналям.