Глава XI. Дополнительные задачи — с. 269
1076. Векторы a и b не коллинеарны. Найдите такое число x (если это возможно), чтобы векторы p и q были коллинеарны: а) p = 2a − b, q = a + xb; б) p = xa − b, q = a + xb; в) p = a + xb, q = a − 2b; г) p = 2a + b, q = xa + b.
Во всех пунктах p ≠ 0 (коэффициент при одном из векторов отличен от нуля). Векторы p и q коллинеарны тогда и только тогда, когда q = kp при некотором k. Приравниваем коэффициенты при a и b (разложение единственно).
а) a + xb = k(2a − b): 1 = 2k, x = −k. Отсюда k = 1/2, x = −1/2.
б) a + xb = k(xa − b): 1 = kx, x = −k. Подставляя, −k² = 1, это невозможно. Такого x нет.
в) a − 2b = k(a + xb): 1 = k, −2 = kx, откуда x = −2.
г) xa + b = k(2a + b): x = 2k, 1 = k, откуда x = 2.
Ответ: а) x = −1/2; б) не существует; в) x = −2; г) x = 2.
а) a + xb = k(2a − b): 1 = 2k, x = −k. Отсюда k = 1/2, x = −1/2.
б) a + xb = k(xa − b): 1 = kx, x = −k. Подставляя, −k² = 1, это невозможно. Такого x нет.
в) a − 2b = k(a + xb): 1 = k, −2 = kx, откуда x = −2.
г) xa + b = k(2a + b): x = 2k, 1 = k, откуда x = 2.
Ответ: а) x = −1/2; б) не существует; в) x = −2; г) x = 2.
1077. Найдите координаты вектора p и его длину, если: а) p = 7a − 3b, a {1; −1}, b {5; −2}; б) p = 4a − 2b, a {6; 3}, b {5; 4}; в) p = 5a − 4b, a {3/5; 1/5}, b {6; −1}; г) p = 3(−2a − 4b), a {1; 5}, b {−1; −1}.
а) x = 7·1 − 3·5 = −8; y = 7·(−1) − 3·(−2) = −1. p {−8; −1}, |p| = √(64 + 1) = √65.
б) x = 24 − 10 = 14; y = 12 − 8 = 4. p {14; 4}, |p| = √(196 + 16) = √212 = 2√53.
в) 5a {3; 1}, −4b {−24; 4}; p {3 − 24; 1 + 4} = {−21; 5}, |p| = √(441 + 25) = √466.
г) −2a {−2; −10}, −4b {4; 4}, их сумма {2; −6}; p = 3·{2; −6} = {6; −18}, |p| = √(36 + 324) = √360 = 6√10.
б) x = 24 − 10 = 14; y = 12 − 8 = 4. p {14; 4}, |p| = √(196 + 16) = √212 = 2√53.
в) 5a {3; 1}, −4b {−24; 4}; p {3 − 24; 1 + 4} = {−21; 5}, |p| = √(441 + 25) = √466.
г) −2a {−2; −10}, −4b {4; 4}, их сумма {2; −6}; p = 3·{2; −6} = {6; −18}, |p| = √(36 + 324) = √360 = 6√10.
1078. Докажите, что расстояние между любыми двумя точками M1 (x1; 0) и M2 (x2; 0) оси абсцисс вычисляется по формуле d = |x1 − x2|.
По формуле расстояния между точками d = √((x2 − x1)² + (0 − 0)²) = √((x2 − x1)²) = |x2 − x1| = |x1 − x2|. Что и требовалось доказать.
1079. Докажите, что треугольник ABC, вершины которого имеют координаты A (4; 8), B (12; 11), C (7; 0), является равнобедренным, но не равносторонним.
AB² = (12 − 4)² + (11 − 8)² = 64 + 9 = 73; AC² = (7 − 4)² + (0 − 8)² = 9 + 64 = 73; BC² = (7 − 12)² + (0 − 11)² = 25 + 121 = 146.
AB = AC = √73, поэтому треугольник равнобедренный. BC = √146 ≠ √73, значит, он не равносторонний. Что и требовалось доказать.
AB = AC = √73, поэтому треугольник равнобедренный. BC = √146 ≠ √73, значит, он не равносторонний. Что и требовалось доказать.
1080. Докажите, что углы A и C треугольника ABC равны, если A (−5; 6), B (3; −9) и C (−12; −17).
AB² = (3 + 5)² + (−9 − 6)² = 64 + 225 = 289, AB = 17. BC² = (−12 − 3)² + (−17 + 9)² = 225 + 64 = 289, BC = 17. Значит, AB = BC, треугольник ABC равнобедренный с основанием AC, и углы при основании равны: ∠A = ∠C. Что и требовалось доказать.
1081. Докажите, что точка D равноудалена от точек A, B и C, если: а) D (1; 1), A (5; 4), B (4; −3), C (−2; 5); б) D (1; 0), A (7; −8), B (−5; 8), C (9; 6).
Покажем, что DA = DB = DC.
а) DA² = 16 + 9 = 25; DB² = 9 + 16 = 25; DC² = 9 + 16 = 25. Все расстояния равны 5.
б) DA² = 36 + 64 = 100; DB² = 36 + 64 = 100; DC² = 64 + 36 = 100. Все расстояния равны 10.
Что и требовалось доказать.
а) DA² = 16 + 9 = 25; DB² = 9 + 16 = 25; DC² = 9 + 16 = 25. Все расстояния равны 5.
б) DA² = 36 + 64 = 100; DB² = 36 + 64 = 100; DC² = 64 + 36 = 100. Все расстояния равны 10.
Что и требовалось доказать.
1082. На оси абсцисс найдите точку, равноудалённую от точек M1 (−2; 4) и M2 (6; 8).
Искомая точка P (x; 0). Условие PM1² = PM2²: (x + 2)² + 16 = (x − 6)² + 64. Раскрываем: x² + 4x + 4 + 16 = x² − 12x + 36 + 64, 16x = 80, x = 5.
Проверка: PM1² = 49 + 16 = 65, PM2² = 1 + 64 = 65.
Ответ: (5; 0).
Проверка: PM1² = 49 + 16 = 65, PM2² = 1 + 64 = 65.
Ответ: (5; 0).
1083. Вершины треугольника ABC имеют координаты A (−5; 13), B (3; 5), C (−3; −1). Найдите: а) координаты середин сторон треугольника; б) медиану, проведённую к стороне AC; в) средние линии треугольника.
а) Середина AB: ((−5 + 3)/2; (13 + 5)/2) = (−1; 9). Середина BC: (0; 2). Середина AC: (−4; 6).
б) Медиана к AC идёт из B в середину AC (−4; 6): √((−4 − 3)² + (6 − 5)²) = √(49 + 1) = √50 = 5√2.
в) Средние линии соединяют середины сторон: между (−1; 9) и (0; 2): √(1 + 49) = 5√2; между (0; 2) и (−4; 6): √(16 + 16) = 4√2; между (−1; 9) и (−4; 6): √(9 + 9) = 3√2.
Ответ: а) (−1; 9), (0; 2), (−4; 6); б) 5√2; в) 3√2, 4√2, 5√2.
б) Медиана к AC идёт из B в середину AC (−4; 6): √((−4 − 3)² + (6 − 5)²) = √(49 + 1) = √50 = 5√2.
в) Средние линии соединяют середины сторон: между (−1; 9) и (0; 2): √(1 + 49) = 5√2; между (0; 2) и (−4; 6): √(16 + 16) = 4√2; между (−1; 9) и (−4; 6): √(9 + 9) = 3√2.
Ответ: а) (−1; 9), (0; 2), (−4; 6); б) 5√2; в) 3√2, 4√2, 5√2.
1084. Докажите, что четырёхугольник ABCD, вершины которого имеют координаты A (3; 2), B (0; 5), C (−3; 2), D (0; −1), является квадратом.
AB {−3; 3}, DC {−3; 3}: AB = DC как векторы, поэтому ABCD — параллелограмм. AB = √18 = 3√2, BC {−3; −3}, BC = 3√2, то есть AB = BC, и параллелограмм — ромб. Диагонали AC = √(36 + 0) = 6 и BD = √(0 + 36) = 6 равны. Параллелограмм с равными диагоналями — прямоугольник. Ромб, являющийся прямоугольником, — квадрат. Что и требовалось доказать.
1085. Докажите, что четырёхугольник ABCD, вершины которого имеют координаты A (−2; −3), B (1; 4), C (8; 7), D (5; 0), является ромбом. Найдите его площадь.
AB {3; 7}, DC {8 − 5; 7 − 0} = {3; 7}, значит AB = DC и ABCD — параллелограмм. AB = √(9 + 49) = √58, BC {7; 3}, BC = √58. Смежные стороны равны, значит, это ромб.
Площадь ромба равна половине произведения диагоналей. AC = √(10² + 10²) = 10√2, BD = √((5 − 1)² + (0 − 4)²) = 4√2. S = 1/2·10√2·4√2 = 40.
Ответ: 40.
Площадь ромба равна половине произведения диагоналей. AC = √(10² + 10²) = 10√2, BD = √((5 − 1)² + (0 − 4)²) = 4√2. S = 1/2·10√2·4√2 = 40.
Ответ: 40.
1086. Найдите координаты четвёртой вершины параллелограмма по заданным координатам трёх его вершин: (−4; 4), (−5; 1) и (−1; 5). Сколько решений имеет задача?
Обозначим данные точки P (−4; 4), Q (−5; 1), R (−1; 5). Они не лежат на одной прямой: PQ {−1; −3}, PR {3; 1} не коллинеарны (−1·1 − (−3)·3 = 8 ≠ 0). Четвёртой вершиной может быть противоположная любой из трёх данных. В параллелограмме сумма координат двух противоположных вершин равна сумме координат двух других.
1) Фигура PQRX (X противоположна Q): X = P + R − Q = (−4 − 1 + 5; 4 + 5 − 1) = (0; 8).
2) X противоположна R: X = P + Q − R = (−4 − 5 + 1; 4 + 1 − 5) = (−8; 0).
3) X противоположна P: X = Q + R − P = (−5 − 1 + 4; 1 + 5 − 4) = (−2; 2).
Ответ: (0; 8), (−8; 0) или (−2; 2); три решения.
1) Фигура PQRX (X противоположна Q): X = P + R − Q = (−4 − 1 + 5; 4 + 5 − 1) = (0; 8).
2) X противоположна R: X = P + Q − R = (−4 − 5 + 1; 4 + 1 − 5) = (−8; 0).
3) X противоположна P: X = Q + R − P = (−5 − 1 + 4; 1 + 5 − 4) = (−2; 2).
Ответ: (0; 8), (−8; 0) или (−2; 2); три решения.