Zadania.info
Największy internetowy zbiór zadań z matematyki
cornersUpL
cornersUpR

Zadania

Na skróty

Recenzje

Linki sponsorowane

cornersM

Linki sponsorowane

cornersR
Zadanie nr 9561751

Wierzchołki trójkąta ABC mają współrzędne: A = (− 6,3),B = (− 2,− 5),C = (3,0) . Okrąg o jest styczny do prostej AC , a jego środek jest punktem przecięcia się wysokości trójkąta ABC . Okrąg o przecina prostą BC w punkcie D ⁄= B . Oblicz iloraz |BD | : |DC | .

Wersja PDF
Rozwiązanie

Rozpoczynamy oczywiście od szkicowego rysunku.


PIC


Sposób I

Aby znaleźć punkt H wspólny dla wysokości trójkąta musimy najpierw napisać równania tych wysokości. Rozpocznijmy od wyznaczenia równań boków AC i BC trójkąta ABC .

Najpierw równanie prostej AC . Szukamy prostej w postaci y = ax + b . Podstawiamy współrzędne punktów A i C i mamy

{ 3 = − 6a+ b 0 = 3a+ b.

Odejmujemy od drugiego równania pierwsze i mamy 9a = − 3 , czyli a = − 1 3 . Stąd b = − 3a = 1 i prosta AC ma równanie:  1 y = − 3x + 1 .

Szukamy teraz prostej BC w postaci y = ax + b . Podstawiamy współrzędne punktów B i C i mamy

{ −5 = − 2a+ b 0 = 3a + b.

Odejmujemy od drugiego równania pierwsze i mamy 5a = 5 , czyli a = 1 . Stąd b = − 3a = − 3 i prosta BC ma równanie: y = x − 3 .

Napiszemy teraz równania wysokości BH i AH – są to proste odpowiednio przechodzące przez B i A oraz prostopadłe do AC i BC .

Wysokość BH ma równanie postaci y = 3x + b (bo jest prostopadła do AC ). Współczynnik b wyznaczamy podstawiając współrzędne punktu B .

− 5 = −6 + b ⇒ b = 1.

Zatem BH : y = 3x + 1 .

Wysokość AH ma równanie postaci y = −x + b . Współczynnik b wyznaczamy podstawiając współrzędne punktu A .

3 = 6+ b ⇒ b = − 3.

Zatem AH : y = −x − 3 . Wyznaczamy teraz punkt wspólny H wysokości AH i BH .

{ y = −x − 3 y = 3x + 1 .

Odejmujemy od drugiego równania pierwsze i mamy 0 = 4x + 4 , czyli x = − 1 . Stąd y = −x − 3 = − 2 i H = (− 1,− 2) .

Aby wyznaczyć promień okręgu obliczymy długość odcinka HE , gdzie E jest punktem styczności okręgu i boku AC (czyli punktem wspólnym wysokości BH i boku AC ). Wyznaczamy najpierw współrzędne punktu E .

{ y = 3x+ 1 y = − 1x + 1 3

Odejmujemy od pierwszego równania drugie i mamy

 1 3x + 3x = 0,

czyli x = 0 i y = 3x + 1 = 1 . Zatem E = (0,1) i

r2 = HE 2 = (0+ 1)2 + (1+ 2)2 = 10.

Okrąg o ma więc równanie

 2 2 (x + 1) + (y + 2) = 10.

Wyznaczmy teraz jego punkt wspólny D z prostą BC . Podstawiamy y = x− 3 do równania okręgu

 2 2 2 2 2 10 = (x + 1) + (x − 3 + 2) = x + 2x + 1+ x − 2x+ 1 = 2x + 2 / : 2 4 = x 2 ⇐ ⇒ x = ± 2.

Rozwiązanie x = − 2 prowadzi do punktu B , więc x = 2 , y = x − 3 = − 1 i D = (2,− 1) . Pozostało obliczyć interesujący nas iloraz.

 ∘ -------2------------2 √ -------- √ ------ |BD-| = -∘(2-+-2)-+--(−-1+--5)--= -√16-+-1-6 = 8 + 8 = 4 . |DC | (3− 2)2 + (0+ 1)2 1 + 1

Sposób II

Równania wysokości trójkąta ABC można łatwo napisać korzystając ze wzoru na równanie prostej prostopadłej do wektora → v = [p,q] i przechodzącej przez punkt P = (x0,y0)

p(x − x0) + q(y − y0) = 0 .

W przypadku wysokości AH mamy

→ −→ v = BC = [3 + 2,0 + 5] = [5,5]

i P = A = (− 6,3) . Wysokość AH ma więc równanie

5(x + 6)+ 5(y − 3) = 0 / : 5 y = −x − 3.

W przypadku wysokości BH mamy

→v = −A→C = [3 + 6,0 − 3] = [9,− 3]

i P = B = (− 2,− 5) . Wysokość BH ma więc równanie

9(x + 2)− 3(y + 5) = 0 / : 3 3(x + 2)− (y+ 5) = 0 y = 3x + 1.

Wyznaczamy teraz punkt wspólny H tych dwóch wysokości.

{ y = −x − 3 y = 3x + 1 .

Odejmujemy od drugiego równania pierwsze i mamy 0 = 4x + 4 , czyli x = − 1 . Stąd y = −x − 3 = − 2 i H = (− 1,− 2) .

Wyznaczmy jeszcze równanie prostej AC . Jako prostopadła do BH ma ona równanie postaci  1 y = − 3x+ b . Współczynnik b wyznaczamy podstawiając współrzędne punktu A .

3 = 2+ b ⇒ b = 1.

Prosta AC ma więc równanie

 1 y = − -x + 1 /⋅ 3 3 x + 3y − 3 = 0.

Promień szukanego okręgu wyznaczymy korzystając ze wzoru na odległość punktu P = (x0,y0) od prostej Ax + By + C = 0 :

|Ax-0-+-By-0 +-C|- √A--2 +-B-2 .

W naszej sytuacji P = H = (−1 ,−2 ) , a prosta to AB : x + 3y − 3 = 0 . Mamy zatem

 |− 1 − 6 − 3| 10 √ --- HE = ---√----------= √----= 10 . 1+ 9 10

Okrąg o ma więc równanie

 2 2 √ --- 2 (x + 1) + (y + 2) = ( 1 0) = 10.

Dalszą część rozwiązania prowadzimy tak samo jak w pierwszym sposobie.  
Odpowiedź: 4

Wersja PDF
Twoje uwagi
Nie rozumiesz fragmentu rozwiązania?
W rozwiązaniu jest błąd lub literówka?
Masz inny pomysł na rozwiązanie tego zadania?
Napisz nam o tym!