18.4 เส้นขนานและรูปสามเหลี่ยม
ตัดกระดาษเป็นรูปสามเหลี่ยมรูปไหนก็ได้ ฉีกมุมทั้งสามออกมา แล้ววางเรียงให้จุดยอดชนกันและขอบติดกัน มุมทั้งสามจะต่อกันเป็นเส้นตรงพอดี ทำกับสามเหลี่ยมผอมสูงหรืออ้วนเตี้ยก็ได้ผลเหมือนเดิม การทดลองบอกว่าน่าจะจริงเสมอ แต่ยังไม่ใช่เหตุผล หน้านี้จะใช้เส้นขนานอธิบายว่าทำไม
มุมภายในทั้งสามมุมรวมกันได้ 180°
ให้ เป็นรูปสามเหลี่ยมใดๆ ลาก ผ่านจุด ให้ขนานกับ
- เป็นเส้นตัดของเส้นขนาน กับ ได้มุมแย้ง
- ก็เป็นเส้นตัดของเส้นขนานคู่เดียวกัน ได้มุมแย้ง
- มุมสามมุมที่จุด บน ประกอบกันเป็นมุมตรง
- แทนค่าจากขั้นที่ 1 และ 2 ได้
เหตุผลนี้ไม่ได้ใช้ขนาดของมุมใดเลย จึงใช้ได้กับรูปสามเหลี่ยมทุกรูป ตรงกับการฉีกกระดาษ มุมสีส้มกับสีเขียวที่จุด คือมุม กับมุม ที่ย้ายขึ้นไปวางเรียงกับมุม
ทฤษฎีบท
ขนาดของมุมภายในทั้งสามมุมของรูปสามเหลี่ยมรวมกันเท่ากับ
ลากจุด ไปที่อื่น แล้วดูว่าผลบวกยังเป็น หรือไม่ จากนั้นติ๊กช่องเพื่อแสดงเส้นขนานผ่าน
ลองลากจุด ไปทางซ้ายจนมุม เป็นมุมป้าน แล้วดูว่ามุม กับมุม เหลือรวมกันเท่าไร
ตัวอย่าง 1
รูปสามเหลี่ยม มี และ หาขนาดของ
- มุมภายในทั้งสามรวมกัน จึงได้
ตัวอย่าง 2
มุมภายในทั้งสามของรูปสามเหลี่ยมรูปหนึ่งมีอัตราส่วน หาขนาดของแต่ละมุม
- ให้มุมทั้งสามเป็น และ องศา
- ได้ จึงได้
- มุมทั้งสามคือ และ รวมกันได้ จริง
ตัวอย่าง 3
รูปสามเหลี่ยมหน้าจั่วรูปหนึ่งมีมุมยอดขนาด มุมที่ฐานแต่ละมุมมีขนาดเท่าไร
- มุมที่ฐานของรูปสามเหลี่ยมหน้าจั่วมีขนาดเท่ากัน ตามที่เรียนในบทที่ 17 ให้มีขนาดมุมละ องศา
- ได้
- มุมที่ฐานมีขนาดมุมละ
ผลที่ตามมา
จากทฤษฎีบทนี้ได้ข้อสรุปอีกหลายข้อ ทุกข้อมาจากการนับให้ครบ
- รูปสามเหลี่ยมมุมฉาก มุมแหลมสองมุมรวมกันได้
- รูปสามเหลี่ยมด้านเท่ามีมุมเท่ากันทั้งสามมุม จึงมีขนาดมุมละ
- ถ้ารูปสามเหลี่ยมสองรูปมีมุมเท่ากันสองคู่ มุมคู่ที่สามจะเท่ากันด้วย เพราะต่างก็เป็น ลบผลบวกของสองมุมแรก
ลองคิดก่อน
เพื่อนวาดรูปสามเหลี่ยมที่มีมุม และ ได้หรือไม่
ดูคำตอบ
ไม่ได้ สองมุมนี้รวมกันได้ เกิน ไปแล้ว มุมที่สามจะต้องติดลบ ข้อนี้บอกด้วยว่ารูปสามเหลี่ยมมีมุมป้านหรือมุมฉากได้อย่างมากหนึ่งมุม เพราะสองมุมที่ไม่น้อยกว่า รวมกันก็ได้อย่างน้อย แล้ว
มุมภายนอกของรูปสามเหลี่ยม
ต่อด้าน ของรูปสามเหลี่ยม ออกไปทาง ถึงจุด มุม ที่เกิดขึ้นเรียกว่ามุมภายนอกของรูปสามเหลี่ยม มุมภายใน ที่อยู่ติดกับมันเรียกว่ามุมประชิดของมุมภายนอกนั้น ส่วนมุม กับมุม เป็นมุมภายในที่ไม่ใช่มุมประชิด
- เพราะประกอบกันเป็นมุมตรงบน
- เพราะเป็นมุมภายในของรูปสามเหลี่ยม
- ทั้งสองบรรทัดมี และรวมกันได้ เท่ากัน จึงได้
ทฤษฎีบท
ถ้าต่อด้านใดด้านหนึ่งของรูปสามเหลี่ยมออกไป ขนาดของมุมภายนอกที่เกิดขึ้นจะเท่ากับผลบวกของขนาดของมุมภายในที่ไม่ใช่มุมประชิดของมุมภายนอกนั้น
สมบัตินี้ทำให้หามุมภายนอกได้ในขั้นเดียว ไม่ต้องหามุมภายในที่สามก่อน
ตัวอย่าง 4
รูปสามเหลี่ยม มี และ ต่อ ไปถึง หาขนาดของ และ
- เป็นมุมภายนอก มุมภายในที่ไม่ใช่มุมประชิดคือ กับ จึงได้
- ตรวจ
ตัวอย่าง 5
รูปสามเหลี่ยม มี และ ต่อ ไปถึง ได้ หาค่า และขนาดของมุมทั้งสาม
- มุมภายนอกเท่ากับผลบวกของมุมภายในที่ไม่ใช่มุมประชิด
- ได้
- และ ตรวจ
ลองคิดก่อน
ที่จุดยอดแต่ละจุดของรูปสามเหลี่ยม ต่อด้านออกไปให้เกิดมุมภายนอกจุดละหนึ่งมุม มุมภายนอกทั้งสามมุมรวมกันได้เท่าไร เพื่อนตอบว่า เหมือนมุมภายใน ถูกหรือไม่
ดูคำตอบ
ไม่ถูก ที่จุดยอดแต่ละจุด มุมภายนอกกับมุมภายในรวมกันได้ สามจุดรวมกันได้ ในนั้นเป็นมุมภายใน มุมภายนอกทั้งสามจึงรวมกันได้ เช่นสามเหลี่ยมด้านเท่ามีมุมภายนอกมุมละ สามมุมรวมกันได้
สรุป
- มุมภายในทั้งสามมุมของรูปสามเหลี่ยมรวมกันได้ พิสูจน์ด้วยการลากเส้นขนานผ่านจุดยอดแล้วใช้มุมแย้ง
- รูปสามเหลี่ยมมีมุมป้านหรือมุมฉากได้อย่างมากหนึ่งมุม
- มุมภายนอกเท่ากับผลบวกของมุมภายในที่ไม่ใช่มุมประชิดของมัน
- มุมภายนอกกับมุมประชิดของมันรวมกันได้