Matematika Sekolah Dasar dan Menengah · Grades 1–9
41Segitiga dan Segi Empat
Segitiga dan segi empat adalah bangun dasar dalam geometri. Tujuan bab ini adalah mengenal keluarga istimewanya — segitiga sama kaki, sama sisi, siku-siku; persegi panjang, belah ketupat, persegi — lewat sifat yang mendefinisikannya, lalu melukisnya dengan tepat memakai penggaris dan jangka.
41.1 Segitiga
Definisi 41.1 (Segitiga istimewa)
Segitiga punya tiga titik sudut dan tiga sisi. Ia disebut:
- sama kaki di jika (dua sisi sama panjang);
- sama sisi jika (tiga sisi sama panjang);
- siku-siku di jika sudut adalah sudut siku-siku. Sisi yang berhadapan dengan sudut siku-siku itu disebut sisi miring.
Metode 41.2 (Melukis segitiga dari ketiga sisinya)
Untuk melukis dengan cm, cm, cm:
- gambarlah ruas garis sepanjang cm dengan penggaris;
- gambarlah busur lingkaran berpusat dengan jari-jari cm (semua titik yang berjarak cm dari );
- gambarlah busur lingkaran berpusat dengan jari-jari cm;
- titik adalah tempat kedua busur itu berpotongan; hubungkan ia ke dan .
41.2 Segi empat
Definisi 41.3 (Segi empat istimewa)
Segi empat punya empat titik sudut dan empat sisi. Ia disebut:
- persegi panjang jika keempat sudutnya siku-siku;
- belah ketupat jika keempat sisinya sama panjang;
- persegi jika ia keduanya sekaligus: empat sudut siku-siku dan empat sisi sama panjang.
Proposisi 41.4 (Sifat diagonalnya)
Pada segi empat ini, kedua diagonalnya saling memotong di titik tengah bersamanya, dan lebih dari itu:
- pada persegi panjang, diagonalnya sama panjang;
- pada belah ketupat, diagonalnya saling tegak lurus;
- pada persegi, keduanya sekaligus.
Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎
Catatan 41.5
Persegi itu otomatis merupakan persegi panjang (ia punya empat sudut siku-siku) dan otomatis merupakan belah ketupat (empat sisi sama panjang). Jadi “persegi panjang” tidak berarti “bukan persegi”! Dalam matematika, bangun yang lebih istimewa termasuk ke dalam keluarga yang lebih umum.
Contoh 41.6 (Mengenali bangun dari sifatnya)
Sebuah segi empat punya empat sisi sepanjang cm dan satu sudut siku-siku. Bangun apa itu? Empat sisi sama panjang membuatnya belah ketupat. Pada belah ketupat, sudut yang berhadapan sama besar dan keempat sudutnya berjumlah ; satu sudut siku-siku lalu memaksa keempatnya menjadi siku-siku (hal ini akan dibuktikan bersama jajargenjang pada Bab 52). Jadi bangunnya persegi.
Metode 41.7 (Program melukis)
Program melukis adalah daftar langkah yang dapat diikuti siapa pun untuk menggambar ulang sebuah gambar dengan tepat. Tulislah satu langkah per baris, namailah setiap titik ketika ia dibuat, dan pakailah hanya: “gambarlah ruas garis / garis / lingkaran…”, “letakkan titiknya di tempat … berpotongan”. Ujilah programmu dengan mengikutinya secara harfiah, kata demi kata.
Contoh 41.8
Program untuk persegi dengan sisi cm:
- Gambarlah ruas garis dengan cm.
- Gambarlah garis tegak lurus terhadap di ; padanya, letakkan pada jarak cm dari (pilihlah satu sisi garis lalu tetaplah di sana).
- Gambarlah garis tegak lurus terhadap di ; padanya, letakkan pada jarak cm dari , di sisi yang sama dengan .
- Hubungkan dan .
Periksalah dengan penggaris: semestinya juga berukuran cm.
41.3 Latihan
Latihan 41.1 ★
Lukislah segitiga dengan cm, cm dan cm, mengikuti Metode 41.2.
Solusi
Solusi Latihan 41.1.
Ikutilah caranya: ruas garis sepanjang cm, busur berjari-jari cm berpusat di , busur berjari-jari cm berpusat di ; titik potongnya adalah .
Latihan 41.2 ★
Lukislah segitiga sama kaki dengan cm dan cm. Dua sudut mana pada segitiga ini yang tampak sama besar? Ukurlah untuk memeriksanya.
Solusi
Solusi Latihan 41.2.
Alas sepanjang cm, lalu dua busur berjari-jari cm berpusat di dan ; perpotongannya adalah . Kedua sudut alasnya dan sama besar (kira-kira masing-masing) — akibat simetri segitiga sama kaki (Contoh 42.8).
Latihan 41.3 ★
Lukislah segitiga sama sisi dengan sisi cm hanya memakai penggaris dan jangka. Ukurlah salah satu sudutnya.
Solusi
Solusi Latihan 41.3.
Ruas garis sepanjang cm, lalu dua busur berjari-jari cm berpusat di kedua ujungnya. Setiap sudutnya berukuran .
Latihan 41.4 ★
Golongkan setiap segitiga dari datanya (sama kaki, sama sisi, siku-siku — beberapa jawaban dapat berlaku sekaligus): (a) sisi , , ; (b) sisi , , ; (c) sudut , , ; (d) sudut , , .
Solusi
Solusi Latihan 41.4.
(a) sama sisi (karena itu juga sama kaki). (b) sama kaki (). (c) siku-siku dan sama kaki (dua sudut sama besar menghadap dua sisi yang sama panjang). (d) sama sisi (tiga sudut sama besar).
Latihan 41.5 ★
Pada segitiga siku-siku, sisi mana yang menjadi sisi miring? Gambarlah segitiga yang siku-siku di , lalu sebutkan sisi miringnya. Titik sudut mana yang tidak pernah disentuh sisi miring itu?
Solusi
Solusi Latihan 41.5.
Sisi miring adalah sisi yang berhadapan dengan sudut siku-siku, dan selalu sisi yang terpanjang. Pada yang siku-siku di , sisi miringnya : ia tidak pernah menyentuh titik sudut siku-sikunya, .
Latihan 41.6 ★
Benar atau salah? Berilah alasan untuk tiap jawaban dalam satu kalimat.
- Setiap persegi adalah persegi panjang.
- Setiap persegi panjang adalah persegi.
- Setiap persegi adalah belah ketupat.
- Belah ketupat yang punya satu sudut siku-siku adalah persegi.
Solusi
Solusi Latihan 41.6.
1. Benar: persegi punya empat sudut siku-siku, dan itulah definisi persegi panjang.
2. Salah: persegi panjang punya sisi yang tidak sama panjang.
3. Benar: persegi punya empat sisi sama panjang, dan itulah definisi belah ketupat.
4. Benar: lihat Contoh 41.6.
Latihan 41.7 ★
Lukislah persegi panjang dengan cm dan cm. Ukurlah kedua diagonalnya: apa yang kamu amati?
Solusi
Solusi Latihan 41.7.
Lukisannya memakai garis tegak lurus, seperti pada Contoh 41.8. Kedua diagonalnya berukuran kira-kira cm: diagonal persegi panjang sama panjang (Proposisi 41.4).
Latihan 41.8 ★
Lukislah belah ketupat yang diagonalnya cm dan cm. (Pakailah Proposisi 41.4: gambarlah kedua diagonalnya dulu — saling tegak lurus, berpotongan di titik tengahnya — lalu hubungkan keempat ujungnya.)
Solusi
Solusi Latihan 41.8.
Gambarlah ruas garis sepanjang cm; titik tengahnya ; garis tegak lurus di ; padanya, dua titik berjarak cm dari di kedua sisinya. Menghubungkan keempat ujungnya memberi belah ketupat (keempat titik sudutnya berjarak cm dan cm dari sepanjang garis yang tegak lurus, jadi keempat sisinya sama panjang menurut simetri).
Latihan 41.9 ★★
Tulislah program melukis untuk segitiga sama kaki dengan alas cm dan kaki cm, dengan gaya Contoh 41.8. Tukarkanlah dengan teman sekelas: dapatkah ia mengikutinya tanpa melihat gambarmu?
Solusi
Solusi Latihan 41.9.
Satu program yang benar: 1. gambarlah ruas garis dengan cm; 2. gambarlah busur berpusat dengan jari-jari cm di atas ; 3. gambarlah busur berpusat dengan jari-jari cm di atas ; 4. namailah titik potong kedua busur itu; 5. gambarlah ruas garis dan .
Latihan 41.10 ★★
Gambarlah lingkaran berpusat dan salah satu diameternya . Letakkan sembarang titik pada lingkaran lalu gambarlah segitiga . Ukurlah sudut . Geserlah lalu ukur lagi. Apa dugaanmu? (Fakta yang mengejutkan ini dibuktikan pada Bab 60.)
Latihan 41.11 ★★
Sebuah segi empat punya diagonal yang sama panjang dan saling memotong di titik tengah bersamanya. Pilahlah bangun apa ia pastinya, dengan memakai Proposisi 41.4: persegi panjang, belah ketupat atau persegi? (Hati-hati: hanya satu sifat yang diberikan.)
Solusi
Solusi Latihan 41.11.
Diagonal yang saling memotong di titik tengahnya dan sama panjang: itulah daftar sifat persegi panjang (Proposisi 41.4). Tidak ada yang memaksa diagonalnya tegak lurus, jadi ia tidak harus berupa belah ketupat atau persegi — persegi panjang adalah jawaban yang tepat (persegi juga memenuhinya, tetapi tidak dipaksakan).
Latihan 41.12 ★★★
Pada petak titik , berapa persegi berbeda yang dapat kamu gambar dengan pojoknya pada titik petak — termasuk juga persegi yang “miring”? Gambarlah sedikitnya satu persegi miring lalu jelaskan mengapa sisinya sama panjang.
Solusi
Solusi Latihan 41.12.
Dengan titik ada petak. Persegi yang sejajar petak: sisi , atau memberi persegi. Persegi miring juga ada: yang kecil, yang sisinya diagonal petak (seperti , , , ) — ada empat; dan yang lebih besar, yang sisinya diagonal persegi panjang , seperti , , , — ada dua. Keempat sisi persegi semacam itu sama panjang karena semuanya diagonal persegi panjang yang identik. Seluruhnya: persegi. (Hitungan mana pun yang menyertakan satu contoh miring yang benar dan persegi sejajar petak sudah merupakan keberhasilan pada tingkat ini.)
41.4 Soal: Apa yang diketahui oleh diagonalnya
Soal 41.1
Soal akhir pekan — membangun kembali setiap segi empat istimewa hanya dari diagonalnya, dan membilang diagonal segi banyak mana pun
Proposisi 41.4 membaca sebuah bangun lalu menceritakan diagonalnya. Soal ini memainkan permainan itu secara terbalik: diberikan hanya dua ruas garis yang berpotongan — calon diagonalnya — bangun apa yang muncul kalau keempat ujungnya dihubungkan? Kamu akan menyusun “kamus diagonal” yang lengkap, memahami mengapa lukisan belah ketupat pada Latihan 41.8 berhasil, bertemu bangun yang belum punya nama, lalu menutupnya dengan membilang diagonal segi banyak yang sisinya jauh lebih dari empat.
Bagian I — Kamus diagonal. Untuk setiap pertanyaan, gambarlah kedua ruas garis seperti yang dijelaskan, hubungkan keempat ujungnya berurutan, lalu kenali segi empat yang kamu peroleh.
- Dua ruas garis yang masing-masing cm, saling tegak lurus, berpotongan di titik tengah bersamanya. Ukurlah keempat sisi dan keempat sudut bangun yang dihasilkan: bangun apa itu?
- Dua ruas garis cm dan cm, saling tegak lurus, berpotongan di titik tengah bersamanya. Bangun apa yang muncul (Latihan 41.8)?
- Dua ruas garis yang masing-masing cm — sama panjang tetapi tidak saling tegak lurus — berpotongan di titik tengah bersamanya. Ukurlah sisi dan sudutnya: bangun apa dugaanmu?
- Dua ruas garis cm dan cm, tidak saling tegak lurus, berpotongan di titik tengah bersamanya. Bangun yang kamu peroleh bukan salah satu dari ketiga bangun pada Definisi 41.3 — jelaskan apa yang kamu lihat (sisi mana yang tampak sama panjang? sejajar?). Segi empat ini menerima namanya pada Bab 52.
- Rangkumlah pertanyaan 1–4 menjadi kamus dengan empat baris: diagonalnya sama panjang / tegak lurus / keduanya / bukan keduanya (selalu berpotongan di titik tengahnya) nama (atau gambaran) bangunnya.
Bagian II — Mengapa lukisannya berhasil.
- Pada pertanyaan 2, kedua diagonalnya memotong bangun itu menjadi empat segitiga siku-siku di sekeliling titik potongnya. Berapa panjang kedua sisi siku-siku setiap segitiga itu? Jelaskan mengapa keempat segitiganya adalah salinan persis satu sama lain, lalu simpulkan mengapa keempat sisi bangunnya sama panjang — rahasia Latihan 41.8.
- Simpulkan sebuah uji yang hanya memakai jangka: setelah membangun bangun apa pun dari diagonalnya, bagaimana kamu dapat memeriksa hanya dengan jangka (tanpa mengukur dengan penggaris) bahwa keempat sisinya sama panjang?
- Tulislah program melukis (Metode 41.7) untuk persegi yang diagonalnya berukuran cm — bukan sisinya.
- Pada persegi di pertanyaan 8, apakah sisinya lebih panjang atau lebih pendek daripada cm — setengah diagonalnya? Ukurlah untuk mengetahuinya. Setengah jawabannya sudah dapat dibuktikan: berjalan dari satu pojok ke pojok berikutnya lewat pusatnya adalah memutar sejauh cm, dan jalan lurus selalu lebih pendek daripada memutar — jadi sisinya lebih pendek daripada cm. (Membuktikan bahwa ia juga mengalahkan cm, dan menghitungnya dengan tepat, adalah tugas Bab 58.)
- Sebuah baris baru untuk kamusnya: gambarlah ruas garis sepanjang cm; padanya, tandailah titik berjarak cm dari ; melalui gambarlah ruas garis tegak lurus sepanjang cm dengan sebagai titik tengah ruas itu. Hubungkan . Bangun ini disebut layang-layang (satu diagonalnya membagi dua diagonal yang lain, tegak lurus). Dengan memakai segitiga pojok seperti pada pertanyaan 6, carilah sisi mana pada layang-layang yang sama panjang dengan sisi mana.
Bagian III — Membilang diagonal. Diagonal sebuah segi banyak menghubungkan dua titik sudut yang bukan tetangga.
- Gambarlah segi empat, segi lima (lima titik sudut) dan segi enam (enam titik sudut), lalu gambarlah semua diagonalnya. Bilanglah: ada berapa pada masing-masing?
- Membilang tanpa menggambar, untuk segi enam: dari satu titik sudut, ada berapa diagonal yang berangkat? (Ke berapa dari keenam titik sudut itu ia tidak dapat dihubungkan oleh diagonal?) Mengalikannya dengan keenam titik sudut membilang setiap diagonal tepat dua kali — mengapa? Perolehlah kembali hitunganmu pada pertanyaan 11. (Pembilangan ganda yang sama muncul pada jabat tangan di Soal 37.1.)
- Pakailah cara pada pertanyaan 12 untuk membilang diagonal segi banyak dengan titik sudut, lalu dengan titik sudut.
- Sebuah segi banyak punya tepat diagonal. Berapa titik sudutnya? (Cobalah cara pada pertanyaan 13 pada beberapa calon.)
- Ujilah caramu pada segi banyak yang paling kecil: berapa diagonal yang dipunyai segitiga, dan apa jawaban cara pembilangan pada pertanyaan 12? Tutuplah dengan satu kalimat tentang persamaan jabat tangan dan diagonal.
Solusi
Solusi Soal 41.1.
1. Keempat sisinya berukuran sama (kira-kira cm) dan keempat sudutnya siku-siku: bangunnya sebuah persegi. (Diagonal yang sama panjang memberi sudut siku-siku, seperti pada persegi panjang; diagonal yang tegak lurus memberi sisi yang sama panjang, seperti pada belah ketupat; keduanya sekaligus memberi persegi, yaitu Proposisi 41.4 yang dibaca terbalik.)
2. Sebuah belah ketupat: empat sisi sama panjang (kira-kira cm), tetapi tanpa sudut siku-siku — ini persis lukisan pada Latihan 41.8.
3. Keempat sudutnya ternyata siku-siku tetapi sisinya terdiri atas dua panjang yang berbeda: sebuah persegi panjang — inilah keadaan pada Latihan 41.11.
4. Tidak ada pernyataan sama panjang yang bertahan setelah diukur dan tidak ada sudut siku-siku yang muncul; tetapi sisi yang berhadapan sama panjang dua-dua dan tampak sejajar. Inilah “persegi panjang yang miring” pada umumnya, yang diagonalnya sekadar saling membagi dua — yaitu jajargenjang, yang dinamai dan dipelajari pada Bab 52.
5. Diagonal yang berpotongan di titik tengah bersamanya:
| diagonalnya… | bangunnya |
|---|---|
| sama panjang dan tegak lurus | persegi |
| tegak lurus saja | belah ketupat |
| sama panjang saja | persegi panjang |
| bukan keduanya | si tanpa nama (lihat Bab 52) |
6. Setiap segitiga pojoknya punya satu sisi siku-siku pada tiap diagonal: setengah dari cm dan setengah dari cm, jadi sisi siku-sikunya cm dan cm, dengan sudut siku-siku di antaranya — data yang sama untuk keempatnya. Segitiga yang dibangun dari dua sisi siku-siku yang sama beserta sudut siku-siku di antaranya adalah salinan persis satu sama lain (bangunlah: bukaan jangkanya identik). Karena itu keempat sisi miringnya — yaitu sisi bangun itu — sama panjang: bangunnya belah ketupat.
7. Bukalah jangka sepanjang satu sisi, lalu jalankan ia mengelilingi bangun itu: kalau jarum dan pensilnya mendarat tepat pada tiap pasang pojok yang bertetangga, keempat sisinya sama dengan bukaan itu. Tidak perlu penggaris.
8. Programnya:
- Gambarlah ruas garis dengan cm lalu letakkan titik tengahnya (ukurlah cm dari ).
- Gambarlah garis tegak lurus terhadap di .
- Padanya, letakkan dan berjarak cm dari , satu di tiap sisi.
- Hubungkan , , , .
Diagonalnya sama panjang ( cm), tegak lurus, dan saling membagi dua: menurut kamusnya, adalah persegi.
9. Pengukurannya memberi kira-kira cm: lebih panjang daripada cm — terkaan yang lazim, “setengah diagonalnya”, ternyata salah. Setengah jawaban yang dapat dibuktikan: untuk pergi dari pojok ke pojok berikutnya, kita dapat berjalan lurus pada sisi , atau memutar lewat pusatnya yang memakan cm; sisi yang lurus lebih pendek, jadi sisinya berukuran kurang daripada cm. Bahwa ia juga lebih daripada cm adalah yang ditunjukkan penggaris; Bab 58 akan membuktikannya dan memberi nilai tepatnya ( cm dikalikan akar kuadrat , kira-kira cm).
10. Keempat segitiga pojok di sekarang terdiri atas dua pasang yang sepadan: dua dengan sisi siku-siku cm dan cm (sisi miringnya dan ), dua dengan sisi siku-siku cm dan cm (sisi miringnya dan ). Jadi dan : layang-layang punya dua pasang sisi bertetangga yang sama panjang (belah ketupat adalah layang-layang istimewa yang keempat sisinya sepadan).
11. Segi empat: diagonal. Segi lima: . Segi enam: .
12. Dari satu titik sudut segi enam, diagonalnya menuju setiap titik sudut kecuali dirinya sendiri dan kedua tetangganya: diagonal. Enam titik sudut meluncurkan ujung diagonal — tetapi setiap diagonal sudah terbilang pada kedua ujungnya, sekali dari tiap ujungnya, persis seperti jabat tangan yang dibilang oleh kedua orang yang berjabat (Soal 37.1). Hitungan yang sebenarnya: . Itu cocok dengan gambarnya.
13. Sepuluh titik sudut: dari masing-masing, jadi diagonal. Dua puluh titik sudut: diagonal.
14. Cobalah beberapa calon: titik sudut memberi (pertanyaan 13); titik sudut memberi . Ketemu: segi banyak itu punya titik sudut.
15. Segitiga sama sekali tidak punya diagonal: yang “bukan tetangga” dari setiap titik sudutnya adalah … tidak seorang pun, karena kedua titik sudut yang lain sama-sama tetangganya. Caranya sepakat: dari setiap titik sudut, seluruhnya . Jabat tangan dan diagonal adalah hitungan yang sama dengan pakaian yang berbeda: pasangan yang dipilih dari sebuah kelompok, tiap pasangan dibilang sekali — matematika mendaur ulang gagasannya yang bagus.