Б) уравнения сторон AB, BC, CD и DA

Сделайте чертеж.

Решение.

1. Найдем уравнение прямой, на которой лежит AC – вторая диагональ квадрата. Вспомним, что уравнение любой невертикальной прямой может быть приведено к виду y=kx+b, где параметр k – угловой коэффициент этой прямой.

В силу свойства 1) диагоналей квадрата угловые коэффициенты k_AC и k_BD прямых AC и BD связаны соотношением:

k_AC·k_BD =-1 (1)

Найдем угловой коэффициент k_BD. Для этого выразим y через x из данного уравнения прямой BD:

х+3у-13=0,

у=-¹/₃х+¹³/₃,

Итак, . Поэтому из соотношения (1) получим, что k_АС=3.

Теперь уже легко найти уравнение прямой AC. Нам известны координаты её точки А и угловой коэффициента k_AC. Используем уравнение прямой, проходящей через данную точку в данном направлении:

.

Подставим в это уравнение числовые данные нашей задачи: х_А=-3, у_А=2, k_АС=3. Получим: или (после упрощений)

AC:3х-у+11=0.

2. С помощью свойства 2) диагоналей квадрата найдем координаты центра Е квадрата – точки пересечения его диагоналей.

Поскольку точка Е лежит на диагонали АС, её координаты удовлетворяют прямой АС; аналогично рассуждая, получим, что координаты точки Е должны одновременно удовлетворять и уравнению прямой BD. Таким образом, координаты точки Е должны удовлетворять системе из уравнений прямых АС и BD

(первое - уравнение прямой BD, второе – прямой АС). Далее, почленно вычитая первое уравнение из второго, получим:

, значит

х=-2.

Подставим найденное значение х в любое из уравнений системы, например, в первое. Найдем, что у=5.

Итак, мы нашли координаты точки Е, центра квадрата: -2 5, то есть Е(-2; 5).

3. Найдем длину отрезка АЕ – половину диагонали квадрата, а затем воспользуемся тем, что и остальные вершины квадрата находятся от его центра на таком же расстоянии (свойства 2) и 3) диагоналей), т.е. что все вершины квадрата лежат на окружности радиуса АЕ с центром в точке Е.

Подставив в правую часть этой формулы числовые значения координат точек А и Е, получим, что

.

Уравнение окружности радиуса АЕ с центром в точке Е записывается в виде:

.

Подставив в него числовые значения радиуса АЕ и координат центра Е, получим уравнение окружности, проходящей через все вершины квадрата:

.

Теперь с помощью простого рассуждения находим по очереди координаты всех вершин квадрата.

Точки А и С лежат на пересечении найденной нами окружности и прямой АС, это общие точки указанных окружности и прямой. Значит, координаты этих точек – решения системы уравнений окружности и прямой:

.

Координаты вершины А мы знаем, поэтому будем искать вершину С.

Подставим во второе уравнение системы вместо у его выражение 3х+11 из первого уравнения. Получим:

,

откуда , поэтому , т.е. , значит . Если квадрат числа равен 1, это число равно либо 1, либо -1. Поэтому и тогда , либо и тогда .

Во втором случае мы получили известную нам абсциссу вершины А (а из первого уравнения системы получим ординату этой вершины), а первый случай дает нам абсциссу вершины С: . Итак, найдена вершина С(-1; 8).

Аналогично, для нахождения координат вершин B и D надо решить систему, состоящую из уравнений прямой BD и той же окружности:

.

Итак, получены два решения системы, пара (1; 4) и (-5; 6). Одно из этих решений – координаты точки B, а второе – точки D. Поскольку обе эти вершины совершенно равноправны, мы можем любую из них обозначить буквой B, тогда вторая будет вершиной D. Вся разница в том, идут ли вершины A, B, C и D в порядке обхода контура квадрата по или против часовой стрелки, что для решения нашей задачи безразлично; просто надо выбрать одно из этих направлений произвольно.

Мы будем считать, что вершины квадрата таковы: B(1; 4); D(-5; 6).

4. Нам осталось найти уравнения сторон квадрата. Для этого вспомним уравнение прямой, проходящей через точки и :

(2)

и подставим в него координаты соответствующих вершин квадрата.

Уравнение прямой AB получим, если в формулу (2) вместо точек M и N возьмем точки A и B:

.

Подставляя в это уравнение координаты вершин А(-3; 2) и B(1; 4), находим:

или 2(у-2)=х+3,

откуда .

Аналогично получаем уравнения других сторон. Теперь можно сделать чертеж – Рис. 1.

Рис. 1.

Ответ:

А(-3; 2);

B(1; 4);

С(-1; 8);

D(-5; 6)

Е(-2; 5);

AB: у=0,5х+3,5;

BС: у=-0,5х+6;

СD: у=0,5х+8,5;

AD: у=-0,5х-4.

Задача 3

В ромбе ABCD известны координаты вершин А и С и тангенс внутреннего угла С. Найти уравнения диагоналей и сторон, координаты двух других вершин, а также площадь этого ромба. Сделать чертёж. А(-20; 24); С(-5; 4); tgC=²⁰/₂₁.

Решение:

Изобразим графически положение ромба в прямоугольной системе координат Оху:

1) Запишем уравнение диагонали АС как уравнение прямой, проходящей через две заданные точки:

2) Так как в ромбе его диагонали взаимно перпендикулярны, то угловой коэффициент диагонали BD будет равен:

Определим координаты точки пересечения диагоналей ромба Е. Итак, Е – середина АС.

Запишем уравнение диагонали BD как уравнение прямой, проходящей через заданную точку Е в направлении, определяемом угловым коэффициентом.

3) Чтобы найти уравнения сторон ромба надо определить угловые коэффициенты k_AB=k_CD и k_BС=k_АD прямых на которых эти стороны лежат. Так как диагонали ромба делят его углы пополам, то положив С=2φ из формулы

, где tg2φ=²⁰/₂₁ найдём tgφ.

Итак, tgφ=-2,5 – не удовлетворяет условию задачи, что угол φ – острый, поэтому tgφ=0,4.

· угол φ является углом между прямыми ВС и АС, то есть:

· угол φ является углом между прямыми DС и АС, то есть:

Так как противоположные стороны ромба параллельны, то определим угловые коэффициенты всех его сторон:

уравнение АВ:

уравнение ВС:

уравнение СD:

уравнение АD:

4) Вершины ромба В и D являются точками пересечения его соответствующих сторон АВ и ВС; СD и АD. Решим системы уравнений этих сторон.

В(-16,5; 11)

D(-8,5; 17)

5) Площадь ромба вычислим по формуле S=0,5d₁d₂, где d₁=АС и d₂=ВD – диагонали ромба.

Ответ: АС: 4х+3у+8=0; BD: 6х-8у+187=0; АB: 26х+7у+352=0; ВС: 14х+23у-22=0;

СD: 26х+7у+102=0; AD: 14х+23у-272=0; B(-16,5; 11); D(-8,5; 17); S=125 кв. ед.

Домашнее задание

Задача 1

Пусть точка А(-7; 3) - вершина квадрата ABCD, а его диагональ BD расположена на прямой 2х+у+6=0. Найдите:

в) координаты вершин B, C и D;

г) уравнения сторон AB, BC, CD и DA.

Сделайте чертеж.

Ответ: А(-7; 3); B(-4; 2); С(-3; 5); D(-6;6) Е(-5; 4);

AB: х+3у-2=0; BС: 3х-у+14=0; СD: х+3у-12=0; AD: 3х-у+24=0.

Задача 2

В ромбе ABCD известны координаты вершин А и С и тангенс внутреннего угла С. Найти уравнения диагоналей и сторон, координаты двух других вершин, а также площадь этого ромба. Сделать чертёж. А(5; 6); С(21; 18); tgC=⁴/₃.

Ответ:АС: 3х-4у+9=0; BD: 4х+3у-87=0; АB: 2х-у-4=0; ВС: 2х-11у+156=0;

СD: 2х-у-24=0; AD: 2х-11у+56=0; B(10; 16); D(16; 8); S=100 кв. ед.

Задача 3

Даны координаты вершин треугольника АВС. Написать уравнения окружностей вписанной и описанной около данного треугольника. А(11; 5); В(5; -3); С(-4; -3).