Аналитичка геометрија у равни – решени задаци 9

Међусобни положај правих. Угао између две праве, услов паралелености и услов нормалности. Примена на троугао. Решени задаци.

Задаци


Текст задатака објашњених у видео лекцији.

Пр.7)   Дата су темена троугла A(−3,−2)A\left( { - 3, - 2} \right), B(2,−1)B\left( {2, - 1} \right) и C(1,4)C\left( {1,4} \right).

           Одредити: а) једначину странице bb

                             б) једначину висине hb{h_b}

                             в) дужину тежишне дужи ta{t_a}

                             г) угао α\alpha

                             д) једначину симетрале странице bb

                             ђ) дужину висине hc{h_c}

                             е) координате центра описане кружнице OO

                             ф) тачку DD која дели дуж ABAB у размери 1:5


Пр.7)  

416 png

a) 

b=p(AC):y−y1=y2−y1x2−x1(x−x1)y−2=4+21+3(x−3)y−2=64(x+3)y=32x+92−2y=32x+52\begin{aligned}&b = p\left( {AC} \right):y - {y_1} = \frac{{{y_2} - {y_1}}}{{{x_2} - {x_1}}}\left( {x - {x_1}} \right) \\ &y - 2 = \frac{{4 + 2}}{{1 + 3}}\left( {x - 3} \right) \\ &y - 2 = \frac{6}{4}\left( {x + 3} \right) \\ &y = \frac{3}{2}x + \frac{9}{2} - 2 \\ &y = \frac{3}{2}x + \frac{5}{2}\end{aligned}

б)

hb:hb⊥b∩B∈hbkhb⋅kb=−1y=−23x+nkhb⋅32=−1−1=−23⋅2+nkhb=−23n=−1+43n=13hb:y=−23x+13\begin{aligned}&\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{h_b}:{h_b} \bot b}& \cap &{B \in {h_b}} \\ {{k_{{h_b}}} \cdot {k_b} = - 1}&{}&{y = - \frac{2}{3}x + n} \\ {{k_{{h_b}}} \cdot \frac{3}{2} = - 1}&{}&{ - 1 = - \frac{2}{3} \cdot 2 + n} \\ {{k_{{h_b}}} = - \frac{2}{3}}&{}&{n = - 1 + \frac{4}{3}} \\ {}&{}&{n = \frac{1}{3}} \end{array} \\ &{h_b}:y = - \frac{2}{3}x + \frac{1}{3}\end{aligned}

в) 

A1(xB+xC2,yB+yC2)A1(32,32)∣ta∣=d(AA1)=(xA−xA1)2+(yA−yA1)2==(−3−32)2+(−2−32)2=1302\begin{aligned}&{A_1}\left( {\frac{{{x_B} + {x_C}}}{2},\frac{{{y_B} + {y_C}}}{2}} \right) \\ &{A_1}\left( {\frac{3}{2},\frac{3}{2}} \right) \\ &\left| {{t_a}} \right| = d\left( {A{A_1}} \right) = \sqrt {{{\left( {{x_A} - {x_{{A_1}}}} \right)}^2} + {{\left( {{y_A} - {y_{{A_1}}}} \right)}^2}} = \\ &= \sqrt {{{\left( { - 3 - \frac{3}{2}} \right)}^2} + {{\left( { - 2 - \frac{3}{2}} \right)}^2}} = \frac{{\sqrt {130} }}{2}\end{aligned}

г)

α=∡(b,c)c=p(AB):y−y1=y2−y1x2−x1(x−x1)y+2=−1+22+3(x+3)y+2=15(x+3)y=15x+35−2c:y=32x+52tgα=∣k2−k11+k1⋅k2∣=∣32−151+32⋅15∣=∣13101310∣=1α=45∘\begin{aligned}&\alpha = \measuredangle \left( {b,c} \right) \\ &c = p\left( {AB} \right):y - {y_1} = \frac{{{y_2} - {y_1}}}{{{x_2} - {x_1}}}\left( {x - {x_1}} \right) \\ &y + 2 = \frac{{ - 1 + 2}}{{2 + 3}}\left( {x + 3} \right) \\ &y + 2 = \frac{1}{5}\left( {x + 3} \right) \\ &y = \frac{1}{5}x + \frac{3}{5} - 2 \\ &c:y = \frac{3}{2}x + \frac{5}{2} \\ &tg\alpha = \left| {\frac{{{k_2} - {k_1}}}{{1 + {k_1} \cdot {k_2}}}} \right| = \left| {\frac{{\frac{3}{2} - \frac{1}{5}}}{{1 + \frac{3}{2} \cdot \frac{1}{5}}}} \right| = \left| {\frac{{\frac{{13}}{{10}}}}{{\frac{{13}}{{10}}}}} \right| = 1 \\ &\alpha = {45^ \circ }\end{aligned}

д)

sb:sb⊥b∩B1∈sbksb⋅kb=−1B1(−3+12,−2+42)ksb⋅32=−1B1(−1,1)ksb=−23sb:y=−23x+nB1∈sb:1=−23⋅(−1)+nn=1−23=13sb:y=−23x+13\begin{aligned}&\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{s_b}:{s_b} \bot b}& \cap &{{B_1} \in {s_b}} \\ {{k_{{s_b}}} \cdot {k_{_b}} = - 1}&{}&{{B_1}\left( {\frac{{ - 3 + 1}}{2},\frac{{ - 2 + 4}}{2}} \right)} \\ {{k_{{s_b}}} \cdot \frac{3}{2} = - 1}&{}&{{B_1}\left( { - 1,1} \right)} \\ {{k_{{s_b}}} = - \frac{2}{3}}&{}&{} \end{array} \\ &{s_b}:y = - \frac{2}{3}x + n \\ &{B_1} \in {s_b}:1 = - \frac{2}{3} \cdot \left( { - 1} \right) + n \\ &n = 1 - \frac{2}{3} = \frac{1}{3} \\ &{s_b}:y = - \frac{2}{3}x + \frac{1}{3}\end{aligned}

ђ)

∣hc∣=d(C,c)=∣Ax0+By0+CA2+B2∣c:y=15x−755y=x−7x−5y−7=0∣hc∣=∣1⋅1+(−5)⋅4−71+(−5)2∣=∣1−20−726∣=2626=26\begin{aligned}&\left| {{h_c}} \right| = d\left( {C,c} \right) = \left| {\frac{{A{x_0} + B{y_0} + C}}{{\sqrt {{A^2} + {B^2}} }}} \right| \\ &c:y = \frac{1}{5}x - \frac{7}{5} \\ &5y = x - 7 \\ &x - 5y - 7 = 0 \\ &\left| {{h_c}} \right| = \left| {\frac{{1 \cdot 1 + \left( { - 5} \right) \cdot 4 - 7}}{{\sqrt {1 + {{\left( { - 5} \right)}^2}} }}} \right| = \left| {\frac{{1 - 20 - 7}}{{\sqrt {26} }}} \right| = \frac{{26}}{{\sqrt {26} }} = \sqrt {26}\end{aligned}

е) 

sc:sc⊥c∩C1∈scksb⋅kb=−1C1(−12,−32)ksb⋅32=−1ksb=−23sc:y=−5x+nC1∈sc:−32=−5⋅(−12)+nn=−32−52sc:y=−5x−4{O}=sb∩scsb:y=−23x+13sc:y=−5x−4‾−23x+13=−5x−4−2x+1=−15x−1213x=−13x=−1y=−5⋅(−1)−4=1O(−1,1)\begin{aligned}&\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{s_c}:{s_c} \bot c}& \cap &{{C_1} \in {s_c}} \\ {{k_{{s_b}}} \cdot {k_{_b}} = - 1}&{}&{{C_1}\left( { - \frac{1}{2}, - \frac{3}{2}} \right)} \\ {{k_{{s_b}}} \cdot \frac{3}{2} = - 1}&{}&{} \\ {{k_{{s_b}}} = - \frac{2}{3}}&{}&{} \end{array} \\ &{s_c}:y = - 5x + n \\ &{C_1} \in {s_c}: - \frac{3}{2} = - 5 \cdot \left( { - \frac{1}{2}} \right) + n \\ &n = - \frac{3}{2} - \frac{5}{2} \\ &{s_c}:y = - 5x - 4 \\ &\left\{ O \right\} = {s_b} \cap {s_c} \\ &{s_b}:y = - \frac{2}{3}x + \frac{1}{3} \\ &\underline {{s_c}:y = - 5x - 4} \\ &- \frac{2}{3}x + \frac{1}{3} = - 5x - 4 \\ &- 2x + 1 = - 15x - 12 \\ &13x = - 13 \\ &x = - 1 \\ &y = - 5 \cdot \left( { - 1} \right) - 4 = 1 \\ &O\left( { - 1,1} \right)\end{aligned}

ф)

D(−3⋅5+25+1,−2⋅5+(−1)⋅15+1)D(−136,−116)\begin{aligned}&D\left( {\frac{{ - 3 \cdot 5 + 2}}{{5 + 1}},\frac{{ - 2 \cdot 5 + \left( { - 1} \right) \cdot 1}}{{5 + 1}}} \right) \\ &D\left( { - \frac{{13}}{6}, - \frac{{11}}{6}} \right)\end{aligned}

Растојање тачке M0(x0,y0)M_0(x_0, y_0) од праве Ax+By+C=0Ax + By + C = 0 је d=∣Ax0+By0+C∣A2+B2d = \frac{|Ax_0 + By_0 + C|}{\sqrt{A^2 + B^2}}. Праву прво запишите у општем облику: из y=15x−75y = \frac{1}{5}x - \frac{7}{5} множењем са 5 добијате x−5y−7=0x - 5y - 7 = 0. Висина троугла из темена CC је растојање тачке CC од праве ABAB, па hch_c рачунате без тражења подножја.

Угао α\alpha троугла рачунате из коефицијената правих ABAB и ACAC: tg⁡φ=∣k2−k11+k1k2∣\operatorname{tg}\varphi = \left|\frac{k_2 - k_1}{1 + k_1k_2}\right|. Формула даје оштар угао, па је код тупог угла α=180∘−φ\alpha = 180^\circ - \varphi. Честе грешке су изостављена апсолутна вредност у бројиоцу и коефицијенти AA и BB узети из облика y=kx+ny = kx + n уместо из општег облика.

24681012142460xydABK
Коефицијент правца k
0,417
Растојање d
5
Растојање у метрима
50 m
Испрекидана дуж је нормала из куће KK на далековод, а њена дужина је dd из формуле. На почетку је положај из примера: d=5d = 5 јединица, тј. 50 m.

Растојање тачке од праве показује колико су кућа, бунар или дрво удаљени од далековода, пута или пруге, па се њиме на плановима проверавају заштитни појасеви.

Кућа поред далековода

Далековод иде право између стубова A(0,1)A(0, 1) и B(12,6)B(12, 6), а на плацу је планирана кућа у тачки K(13,1)K(13, 1); јединица на плану је 10 m. Инвеститор жели да кућа буде најмање 40 m од далековода. Да ли је тај услов испуњен?

Решење

  1. k=6−112−0=512k = \frac{6 - 1}{12 - 0} = \frac{5}{12}, па права ABAB гласи y=512x+1y = \frac{5}{12}x + 1, тј. 5x−12y+12=05x - 12y + 12 = 0.
  2. d=∣5⋅13−12⋅1+12∣52+(−12)2=6513=5d = \frac{|5 \cdot 13 - 12 \cdot 1 + 12|}{\sqrt{5^2 + (-12)^2}} = \frac{65}{13} = 5.
  3. Подножје нормале из KK лежи између стубова, па је ово заиста најкраће растојање до жица.
  4. Јединица је 10 m, па је кућа 5⋅10=505 \cdot 10 = 50 m од далековода, што је више од 40 m.

Одговор: Кућа је 50 m од далековода, па је услов испуњен.

Задатак за вежбу

Одредите угао α\alpha троугла ABCABC ако је A(0,0)A(0, 0), B(3,1)B(3, 1) и C(1,2)C(1, 2).

Прикажи решење

kAB=13k_{AB} = \frac{1}{3} и kAC=2k_{AC} = 2, па је tg⁡α=∣2−131+23∣=1\operatorname{tg}\alpha = \left|\frac{2 - \frac{1}{3}}{1 + \frac{2}{3}}\right| = 1 и α=45∘\alpha = 45^\circ.