Giải SBT Toán 10 Bài 10. Vectơ trong mặt phẳng tọa độ có đáp án
Đề thi

Giải SBT Toán 10 Bài 10. Vectơ trong mặt phẳng tọa độ có đáp án

A
Admin
ToánLớp 1075 lượt thi
15 câu hỏi
1. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho ba điểm M(4; 0), N(5; 2) và P(2, 3). Tìm toạ độ các đỉnh của tam giác ABC, biết M, N, P theo thứ tự là trung điểm cạnh BC, CA, AB.

Xem đáp án

Lời giải

Cách 1:

Gọi A(xA; yA); B(xB; yB) và C(xC; yC) là tọa độ ba đỉnh của tam giác ABC.

Ta có:

+) M(4; 0) là trung điểm của BC nên \(\left\{ \begin{array}{l}4 = \frac{{{x_B} + {x_C}}}{2}\\0 = \frac{{{y_B} + {y_C}}}{2}\end{array} \right.\)

\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_B} + {x_C} = 8\\{y_B} + {y_C} = 0\end{array} \right.\)(1)

+) N(5; 2) là trung điểm của CA nên \[\left\{ \begin{array}{l}5 = \frac{{{x_A} + {x_C}}}{2}\\2 = \frac{{{y_A} + {y_C}}}{2}\end{array} \right.\]

\[ \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_A} + {x_C} = 10\\{y_A} + {y_C} = 4\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_C} = 10 - {x_A}\\{y_C} = 4 - {y_A}\end{array} \right.\](2)

+) P(2; 3) là trung điểm của AB nên \[\left\{ \begin{array}{l}2 = \frac{{{x_A} + {x_B}}}{2}\\3 = \frac{{{y_A} + {y_B}}}{2}\end{array} \right.\]

\[ \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_A} + {x_B} = 4\\{y_A} + {y_B} = 6\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_B} = 4 - {x_A}\\{y_B} = 6 - {y_A}\end{array} \right.\](3)

Thay (2) và (3) vào (1) ta được:

\(\left\{ \begin{array}{l}\left( {4 - {x_A}} \right) + \left( {10 - {x_A}} \right) = 8\\\left( {6 - {y_A}} \right) + \left( {4 - {y_A}} \right) = 0\end{array} \right.\)\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}14 - 2{x_A} = 8\\10 - 2{y_A} = 0\end{array} \right.\)

\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_A} = 3\\{y_A} = 5\end{array} \right.\) A(3; 5)

Khi đó \[\left\{ \begin{array}{l}{x_B} = 4 - 3 = 1\\{y_B} = 6 - 5 = 1\end{array} \right.\] B(1; 1)

\[\left\{ \begin{array}{l}{x_C} = 10 - 3 = 7\\{y_C} = 4 - 5 = - 1\end{array} \right.\] C(7; –1)

Vậy A(3; 5), B(1; 1) và C(7; –1).

Cách 2:

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho ba điểm M(4; 0), N(5; 2) và P(2, 3). Tìm toạ độ các đỉnh của tam giác ABC, biết M, N, P theo thứ tự là trung điểm cạnh BC, CA, AB. (ảnh 1)

Do M, N, P

lần lượt là trung điểm của BC, CA, AB

Nên MN, NP, PM là các đường trung bình của tam giác ABC.

MN // AB, NP // BC, MP // AC.

+) Do MN // BM và NP // BM nên tứ giác MNPB là hình bình hành

\( \Rightarrow \overrightarrow {MB} = \overrightarrow {NP} \)

Gọi B(xB; yB) và có M(4; 0), N(5; 2) và P(2, 3).

\( \Rightarrow \overrightarrow {MB} = \left( {{x_B} - 4;{y_B}} \right)\) và \(\overrightarrow {NP} = \left( {2 - 5;3 - 2} \right) = \left( { - 3;1} \right)\)

Khi đó \(\overrightarrow {MB} = \overrightarrow {NP} \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_B} - 4 = - 3\\{y_B} = 1\end{array} \right.\)\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_B} = 1\\{y_B} = 1\end{array} \right.\) B(1; 1)

Tương tự ta cũng có A(3; 5) và C(7; –1).

Vậy A(3; 5), B(1; 1) và C(7; –1).

2. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho ba điểm A(2;–1), B(1; 4) và C(7; 0).

Tính độ dài các đoạn thẳng AB, BC và CA. Từ đó suy ra tam giác ABC là một tam giác vuông cân.

Xem đáp án

Lời giải

Với A(2;–1), B(1; 4) và C(7; 0) ta có:

+) \(\overrightarrow {AB} = \left( {1 - 2;4 - \left( { - 1} \right)} \right) = \left( { - 1;5} \right)\)

\( \Rightarrow AB = \left| {\overrightarrow {AB} } \right| = \sqrt {{{\left( { - 1} \right)}^2} + {5^2}} = \sqrt {26} \)

+) \(\overrightarrow {BC} = \left( {7 - 1;0 - 4} \right) = \left( {6; - 4} \right)\)

\( \Rightarrow BC = \left| {\overrightarrow {BC} } \right| = \sqrt {{6^2} + {{\left( { - 4} \right)}^2}} = \sqrt {52} = 2\sqrt {13} \)

+) \(\overrightarrow {CA} = \left( {2 - 7; - 1 - 0} \right) = \left( { - 5; - 1} \right)\)

\( \Rightarrow CA = \left| {\overrightarrow {CA} } \right| = \sqrt {{{\left( { - 5} \right)}^2} + {{\left( { - 1} \right)}^2}} = \sqrt {26} \)

Do đó AB = CA \(\left( { = \sqrt {26} } \right)\)

Nên tam giác ABC cân tại A (1)

Mặt khác: \(B{C^2} = {\left( {2\sqrt {13} } \right)^2} = 52\)

Và \(A{B^2} + A{C^2} = {\left( {\sqrt {26} } \right)^2} + {\left( {\sqrt {26} } \right)^2} = 52\)

BC2 = AB2 + AC2

Theo định lí Pythagoras đảo thì tam giác ABC vuông tại A (2)

Từ (1) và (2) suy ra tam giác ABC vuông cân tại A với \(AB = AC = \sqrt {26} ;BC = 2\sqrt {13} .\)

3. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho ba điểm A(2;–1), B(1; 4) và C(7; 0).

Tìm toạ độ của điểm D sao cho tứ giác ABDC là một hình vuông.

Xem đáp án

Lời giải

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho ba điểm A(2;–1), B(1; 4) và C(7; 0). Tìm toạ độ của điểm D sao cho tứ giác ABDC là một hình vuông. (ảnh 1)

Vì ABC là tam giác vuông cân

Nên để ABDC là hình vuông thì tứ giác ABDC là hình bình hành

\( \Leftrightarrow \overrightarrow {CA} = \overrightarrow {DB} \)

Gọi D(xD; yD) và có A(2;–1), B(1; 4), C(7; 0).

\( \Rightarrow \overrightarrow {CA} = \left( { - 5; - 1} \right)\)và \(\overrightarrow {DB} = \left( {1 - {x_D};4 - {y_D}} \right)\)

Do đó \(\overrightarrow {CA} = \overrightarrow {DB} \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} - 5 = 1 - {x_D}\\ - 1 = 4 - {y_D}\end{array} \right.\)

\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_D} = 6\\{y_D} = 5\end{array} \right.\) D(6; 5).

Vậy tọa độ điểm D cần tìm là D(6; 5).

4. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm M(–2; 1) và N(4; 5).

Tìm toạ độ của điểm P thuộc Ox sao cho PM = PN.

Xem đáp án

Lời giải

Gọi P(a; 0) là điểm thuộc tia Ox.

Với M(–2; 1) và N(4; 5) ta có:

+) \(\overrightarrow {PM} = \left( { - 2 - a;1} \right)\)\[ \Rightarrow PM = \left| {\overrightarrow {PM} } \right| = \sqrt {{{\left( { - 2 - a} \right)}^2} + {1^2}} \]

+) \(\overrightarrow {PN} = \left( {4 - a;5} \right)\)\( \Rightarrow PN = \left| {\overrightarrow {PN} } \right| = \sqrt {{{\left( {4 - a} \right)}^2} + {5^2}} \)

Do đó PM = PN \[ \Leftrightarrow \sqrt {{{\left( { - 2 - a} \right)}^2} + {1^2}} = \sqrt {{{\left( {4 - a} \right)}^2} + {5^2}} \]

(–2 – a)2 + 12 = (4 – a)2 + 52

4 + 4a + a2 + 1 = 16 – 8a + a2 + 25

12a = 36

a = 3.

Vậy P(3; 0).

5. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm M(–2; 1) và N(4; 5).

Tìm toạ độ của điểm Q sao cho \[\overrightarrow {MQ} = 2\overrightarrow {PN} .\]

Xem đáp án

Lời giải

Giả sử điểm Q có tọa độ là Q(x; y).

Với M(–2; 1), N(4; 5) và P(3; 0) ta có:

+) \[\overrightarrow {MQ} = \left( {x + 2;y - 1} \right)\]

+) \[\overrightarrow {PN} = \left( {4 - 3;5 - 0} \right) = \left( {1;5} \right)\]

\[ \Rightarrow 2\overrightarrow {PN} = \left( {2;10} \right)\]

Do đó \[\overrightarrow {MQ} = 2\overrightarrow {PN} \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}x + 2 = 2\\y - 1 = 10\end{array} \right.\]

\[ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}x = 0\\y = 11\end{array} \right.\] Q(0; 11).

Vậy Q(0; 11).

6. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm M(–2; 1) và N(4; 5).

Tìm toạ độ của điểm R thoả mãn \[\overrightarrow {RM} + 2\overrightarrow {RN} = \overrightarrow 0 .\] Từ đó suy ra P, Q, R thẳng hàng.

Xem đáp án

Lời giải

Giả sử R(x0; y0) là điểm cần tìm.

Với M(–2; 1) và N(4; 5) ta có:

+) \(\overrightarrow {RM} = \left( { - 2 - {x_0};1 - {y_0}} \right)\)

+) \(\overrightarrow {RN} = \left( {4 - {x_0};5 - {y_0}} \right)\)\( \Rightarrow 2\overrightarrow {RN} = \left( {8 - 2{x_0};10 - 2{y_0}} \right)\)

\( \Rightarrow \overrightarrow {RM} + 2\overrightarrow {RN} = \left( { - 2 - {x_0} + 8 - 2{x_0};1 - {y_0} + 10 - 2{y_0}} \right)\)

\[ \Rightarrow \overrightarrow {RM} + 2\overrightarrow {RN} = \left( {6 - 3{x_0};11 - 3y{ & _0}} \right)\]

Do đó \[\overrightarrow {RM} + 2\overrightarrow {RN} = \overrightarrow 0 \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}6 - 3{x_0} = 0\\11 - 3{y_0} = 0\end{array} \right.\]

\[ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_0} = 2\\{y_0} = \frac{{11}}{3}\end{array} \right.\] \( \Rightarrow R\left( {2;\frac{{11}}{3}} \right)\)

+) Ta xét ba điểm: P(3; 0), Q(0; 11) và \(R\left( {2;\frac{{11}}{3}} \right)\)

\( \Rightarrow \overrightarrow {PQ} = \left( { - 3;11} \right)\)và \(\overrightarrow {QR} = \left( {2;\frac{{11}}{3} - 11} \right) = \left( {2;\frac{{ - 22}}{3}} \right)\)

Có: \(\frac{{ - 3}}{2} = \frac{{11}}{{\frac{{ - 22}}{3}}}\) nên hai vectơ \(\overrightarrow {PQ} \) và \(\overrightarrow {QR} \) cùng phương

Do đó P, Q, R thẳng hàng

Vậy ba điểm P, Q, R thẳng hàng.

7. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm M(–3; 2) và N(2; 7).

Tìm toạ độ của điểm P thuộc trục tung sao cho M, N, P thẳng hàng.

Xem đáp án

Lời giải

Giả sử P(0; yP) là điểm thuộc trục tung.

Với M(–3; 2) và N(2; 7) ta có:

\(\overrightarrow {MP} = \left( {3;{y_P} - 2} \right)\)và \(\overrightarrow {NP} = \left( { - 2;{y_P} - 7} \right)\)

Ba điểm M, N, P thẳng hàng

\( \Leftrightarrow \overrightarrow {MP} \) và \(\overrightarrow {NP} \) cùng phương

\( \Leftrightarrow \frac{3}{{ - 2}} = \frac{{{y_P} - 2}}{{{y_P} - 7}}\) (với yP ≠ 7)

3.(yP – 7) = –2.(yP – 2)

3.yP – 21 = –2yP + 4

3.yP + 2yP = 4 + 21

5.yP = 25

yP = 5 (thỏa mãn)

Vậy P(0; 5).

8. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm M(–3; 2) và N(2; 7).

Tìm toạ độ của điểm Q đối xứng với N qua Oy.

Xem đáp án

Lời giải

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm M(–3; 2) và N(2; 7). Tìm toạ độ của điểm Q đối xứng với N qua Oy.  (ảnh 1)

Vì Q đối xứng với N(2; 7) qua Oy nên:

+ Hoành độ của điểm Q là số đối của hoành độ điểm N;

+ Tung độ của điểm Q bằng với tung độ của điểm N.

Do đó Q(–2; 7).

Vậy Q(–2; 7).

9. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm M(–3; 2) và N(2; 7).

Tìm toạ độ của điểm R đối xứng với M qua trục hoành.

Xem đáp án

Lời giải

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm M(–3; 2) và N(2; 7). Tìm toạ độ của điểm R đối xứng với M qua trục hoành. (ảnh 1)

Vì R đối xứng với M(–3; 2) qua trục hoành nên:

+ Hoành độ của điểm R bằng hoành độ điểm M;

+ Tung độ của điểm R bằng số đối của tung độ điểm M.

Do đó R(–3; –2).

Vậy R(–3; –2).

10. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm C(1; 6) và D(11; 2).

Tìm toạ độ của điểm E thuộc trục tung sao cho vectơ \(\overrightarrow {EC} + \overrightarrow {ED} \) có độ dài ngắn nhất.

Xem đáp án

Lời giải

Giả sử E(0; yE) là điểm thuộc trục tung.

Với C(1; 6) và D(11; 2) ta có:

\[\overrightarrow {EC} = & & \left( {1;6 - {y_E}} \right)\] và \(\overrightarrow {ED} = \left( {11;2 - {y_E}} \right)\)

\( \Rightarrow \overrightarrow {EC} + \overrightarrow {ED} = \left( {1 + 11;6 - {y_E} + 2 - {y_E}} \right)\)

\( \Rightarrow \overrightarrow {EC} + \overrightarrow {ED} = \left( {12;8 - 2{y_E}} \right)\)

\( \Rightarrow \left| {\overrightarrow {EC} + \overrightarrow {ED} } \right| = \sqrt {{{12}^2} + {{\left( {8 - 2{y_E}} \right)}^2}} \)

Vì (8 – 2yE)2 ≥ 0 ∀ yE

Nên 122 + (8 – 2yE)2 ≥ 122 ∀ yE

Hay \(\sqrt {{{12}^2} + {{\left( {8 - 2{y_E}} \right)}^2}} \ge 12\) ∀ yE

\( \Rightarrow \left| {\overrightarrow {EC} + \overrightarrow {ED} } \right| \ge 12\) ∀ yE

Do đó độ dài của vectơ \(\overrightarrow {EC} + \overrightarrow {ED} \) nhỏ nhất bằng 12

Dấu “=’ xảy ra 8 – 2yE = 0

yE = 4

Vậy với E(0; 4) thì vectơ \(\overrightarrow {EC} + \overrightarrow {ED} \) có độ dài ngắn nhất.

11. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm C(1; 6) và D(11; 2).

Tìm toạ độ của điểm F thuộc trục hoành sao cho \(\left| {2\overrightarrow {FC} + 3\overrightarrow {FD} } \right|\) đạt giá trị nhỏ nhất.

Xem đáp án

Lời giải

Giả sử F(a; 0) thuộc trục hoành.

Với C(1; 6) và D(11; 2) ta có:

+) \[\overrightarrow {FC} = & & \left( {1 - a;6} \right)\]\( \Rightarrow 2\overrightarrow {FC} = & & \left( {2 - 2a;12} \right)\)

+) \(\overrightarrow {FD} = \left( {11 - a;2} \right)\) \( \Rightarrow 3\overrightarrow {FD} = \left( {33 - 3a;6} \right)\)

\( \Rightarrow 2\overrightarrow {FC} + 3\overrightarrow {FD} = \left( {2 - 2a + 33 - 3a;12 + 6} \right)\)

\( \Rightarrow 2\overrightarrow {FC} + 3\overrightarrow {FD} = \left( {35 - 5a;18} \right)\)

\( \Rightarrow \left| {2\overrightarrow {FC} + 3\overrightarrow {FD} } \right| = \sqrt {{{\left( {35 - 5a} \right)}^2} + {{18}^2}} \)

Vì (35 – 5a)2 ≥ 0 ∀a

Nên (35 – 5a)2 + 182 ≥ 182 ∀a

Hay \(\sqrt {{{\left( {35 - 5a} \right)}^2} + {{18}^2}} \) ∀a

\( \Rightarrow \left| {2\overrightarrow {FC} + 3\overrightarrow {FD} } \right| \ge 18\) ∀a

Do đó độ dài của vectơ \(2\overrightarrow {FC} + 3\overrightarrow {FD} \) nhỏ nhất bằng 18

Dấu “=’ xảy ra 35 – 5a = 0

a = 7

Vậy với F(7; 0) thì \(\left| {2\overrightarrow {FC} + 3\overrightarrow {FD} } \right|\) đạt giá trị nhỏ nhất.

12. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm C(1; 6) và D(11; 2).

Tìm tập hợp các điểm M sao cho \(\left| {\overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MD} } \right| = CD.\)

Xem đáp án

Lời giải

Giả sử M(x ; y) là tọa độ điểm thỏa mãn \(\left| {\overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MD} } \right| = CD.\)

Với C(1; 6) và D(11; 2) ta có:

+) \(\overrightarrow {CD} = \left( {10; - 4} \right)\)

\( \Rightarrow CD = \left| {\overrightarrow {CD} } \right| = \sqrt {{{10}^2} + {{\left( { - 4} \right)}^2}} = \sqrt {116} = 2\sqrt {29} \)

Gọi I là trung điểm của CD, khi đó ta có:

• Tọa độ của I là: \(\left\{ \begin{array}{l}{x_I} = \frac{{1 + 11}}{2} = 6\\{y_I} = \frac{{6 + 2}}{2} = 4\end{array} \right.\) I(6; 4).

• \(\overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MD} = 2\overrightarrow {MI} \)

\( \Rightarrow \left| {\overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MD} } \right| = \left| {2\overrightarrow {MI} } \right| = 2.MI\)

Ta có \(\left| {\overrightarrow {MC} + \overrightarrow {MD} } \right| = CD \Leftrightarrow 2MI = CD\)

\( \Leftrightarrow IM = \frac{{CD}}{2} = \frac{{2\sqrt {29} }}{2} = \sqrt {29} .\)

Do đó tập hợp điểm M là đường tròn tâm I(6; 4) và bán kính \(R = \sqrt {29} .\)

13. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho ba điểm A(1; 2), B(3; 4) và C(2; –1).

Chứng minh rằng A, B, C là ba đỉnh của một tam giác. Tìm toạ độ trọng tâm của tam giác đó.

Xem đáp án

Lời giải

Với ba điểm A(1; 2), B(3; 4) và C(2; –1) ta có:

+) \(\overrightarrow {AB} = \left( {2;2} \right)\)

+) \(\overrightarrow {AC} = \left( {1; - 3} \right)\)

Do \(\frac{2}{1} \ne \frac{2}{{ - 3}}\)nên hai vectơ \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \) không cùng phương

Do đó ba điểm A, B, C không thẳng hàng nên tạo thành một tam giác.

Gọi G(x; y) là tọa độ trọng tâm của tam giác ABC

\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}x = \frac{{1 + 3 + 2}}{3} = 2\\y = \frac{{2 + 4 + \left( { - 1} \right)}}{3} = \frac{5}{3}\end{array} \right.\) \( \Rightarrow G\left( {2;\frac{5}{3}} \right)\)

Vậy \(G\left( {2;\frac{5}{3}} \right).\)

14. Tự luận
1 điểm

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho ba điểm A(1; 2), B(3; 4) và C(2; –1).

Tìm toạ độ tâm I của đường tròn ngoại tiếp và trực tâm H của tam giác ABC.

Xem đáp án

Lời giải

* Tìm tọa độ tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC.

Gọi I(a; b) là tọa độ tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC.

Khi đó IA = IB = IC.

Với ba điểm A(1; 2), B(3; 4) và C(2; –1) ta có:

+) \(\overrightarrow {IA} = \left( {1 - a;2 - b} \right)\) \( \Rightarrow \left| {\overrightarrow {IA} } \right| = \sqrt {{{\left( {1 - a} \right)}^2} + {{\left( {2 - b} \right)}^2}} \)

+) \(\overrightarrow {IB} = \left( {3 - a;4 - b} \right)\) \( \Rightarrow \left| {\overrightarrow {IB} } \right| = \sqrt {{{\left( {3 - a} \right)}^2} + {{\left( {4 - b} \right)}^2}} \)

+) \(\overrightarrow {IC} = \left( {2 - a; - 1 - b} \right)\)\( \Rightarrow \left| {\overrightarrow {IC} } \right| = \sqrt {{{\left( {2 - a} \right)}^2} + {{\left( { - 1 - b} \right)}^2}} \)

Do đó IA = IB = IC IA2 = IB2 = IC2

(1 – a)2 + (2 – b)2 = (3 – a)2 + (4 – b)2 = (2 – a)2 + (–1 – b)2

\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{\left( {1--a} \right)^2} + {\left( {2--b} \right)^2} = {\left( {3--a} \right)^2} + {\left( {4--b} \right)^2}\\{\left( {1--a} \right)^2} + {\left( {2--b} \right)^2} = {\left( {2--a} \right)^2} + {\left( {--1--b} \right)^2}\end{array} \right.\)

\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}1 - 2a + {a^2} + 4 - 4b + {b^2} = 9 - 6a + {a^2} + 16 - 8b + {b^2}\\1 - 2a + {a^2} + 4 - 4b + {b^2} = 4 - 4a + {a^2} + 1 + 2b + {b^2}\end{array} \right.\)

\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}4a + 4b = 20\\2a - 6b = 0\end{array} \right.\)\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}a + b = 5\\a - 3b = 0\end{array} \right.\)

\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}a = \frac{{15}}{4}\\b = \frac{5}{4}\end{array} \right.\)\( \Rightarrow I\left( {\frac{{15}}{4};\frac{5}{4}} \right)\)

* Tìm tọa độ trực tâm H của tam giác ABC.

Gọi H(x0; y0) là tọa độ trực tâm của tam giác ABC.

Vì H là trực tâm của tam giác ABC nên theo kết quả của Bài 4.15, phần a) trang 54 ta có \(\overrightarrow {AH} = 2\overrightarrow {IM} \) (với M là trung điểm của BC).

Với A(1; 2), B(3; 4), C(2; –1) và \(I\left( {\frac{{15}}{4};\frac{5}{4}} \right)\)ta có:

• Trung điểm M của BC có tọa độ là: \(\left\{ \begin{array}{ccccc}{x_M} = \frac{{3 + 2}}{2} = \frac{5}{2}\\y{ & _M} = \frac{{4 + \left( { - 1} \right)}}{2} = \frac{3}{2}\end{array} \right.\) \( \Rightarrow M\left( {\frac{5}{2};\frac{3}{2}} \right)\)

• \(\overrightarrow {IM} = \left( {\frac{5}{2} - \frac{{15}}{4};\frac{3}{2} - \frac{5}{4}} \right) = \left( {\frac{{ - 5}}{4};\frac{1}{4}} \right)\)

\( \Rightarrow 2\overrightarrow {IM} = \left( {\frac{{ - 5}}{2};\frac{1}{2}} \right)\)

• \(\overrightarrow {AH} = \left( {{x_0} - 1;{y_0} - 2} \right)\)

Ta có: \(\overrightarrow {AH} = 2\overrightarrow {IM} \)

\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_0} - 1 = \frac{{ - 5}}{2}\\{y_0} - 2 = \frac{1}{2}\end{array} \right.\)\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_0} = \frac{{ - 3}}{2}\\{y_0} = \frac{5}{2}\end{array} \right.\)

\( \Rightarrow H\left( {\frac{{ - 3}}{2};\frac{5}{2}} \right).\)

Vậy \(I\left( {\frac{{15}}{4};\frac{5}{4}} \right)\) và \(H\left( {\frac{{ - 3}}{2};\frac{5}{2}} \right).\)

15. Tự luận
1 điểm

Để kéo đường dây điện băng qua một hồ hình chữ nhật ABCD với độ dài AB = 200 m, AD = 180 m, người ta dự định làm 4 cột điện liên tiếp cách đều, cột thứ nhất nằm trên bờ AB và cách đỉnh A khoảng cách 20 m, cột thứ tư nằm trên bờ CD và cách đỉnh C khoảng cách 30 m. Tính các khoảng cách từ vị trí các cột thứ hai, thứ ba đến các bờ AB, AD.

Xem đáp án

Lời giải

Để kéo đường dây điện băng qua một hồ hình chữ nhật ABCD với độ dài AB = 200 m, AD = 180 m, người ta dự định làm 4 cột điện liên tiếp cách đều, cột thứ nhất nằm trên bờ AB và cách đỉnh A khoả (ảnh 1)

Chọn hệ trục tọa độ Oxy sao cho các đỉnh của hình hồ hình chữ nhật có các tọa độ là A(0; 0), B(200; 0), C(200; 180) và D(0; 180).

Gọi vị trí các cột điện được trồng là C1, C2, C3 và C4.

Vì vị trí cột điện thứ nhất C1 nằm trên bờ AB và cách A một khoảng 20 m nên trong hệ trục tọa độ đã chọn, điểm C1(20; 0).

Vị trí cột điện thứ tư nằm trên bờ CD và cách C một khoảng 30 m nên khoảng cách từ C4 đến D là 170 m. Khi đó trong hệ trục tọa độ đã chọn, điểm C4(170; 180).

Vì bốn cột điện được trồng liên tiếp nhau và cách đều trên một đường thẳng nên:

C1C2 = C2C3 = C3C4

C1C2 = \(\frac{1}{3}\)C1C4 và C1C3 = \(\frac{2}{3}\)C1C4.

\( \Rightarrow \overrightarrow {{C_1}{C_2}} = \frac{1}{3}\overrightarrow {{C_1}{C_4}} \) và \(\overrightarrow {{C_1}{C_3}} = \frac{2}{3}\overrightarrow {{C_1}{C_4}} \)

Giả sử C2(a; b) và C3(x; y).

Với C1(20; 0), C4(170; 180) ta có:

\(\overrightarrow {{C_1}{C_4}} = \left( {150;180} \right)\); \(\overrightarrow {{C_1}{C_2}} = \left( {a - 20;b} \right)\) và \(\overrightarrow {{C_1}{C_3}} = \left( {x - 20;y} \right)\)

• \[\overrightarrow {{C_1}{C_2}} = \frac{1}{3}\overrightarrow {{C_1}{C_4}} \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}a - 20 = \frac{1}{3}.150 = 50\\b = \frac{1}{3}.180 = 60\end{array} \right.\]

\[ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}a = 70\\b = 60\end{array} \right.\] C2(70; 60).

d(C2; AB) = d(C2; Ox) = |b| = 60 (m).

d(C2; AD) = d(C2; Oy) = |a| = 70 (m).

• \(\overrightarrow {{C_1}{C_3}} = \frac{2}{3}\overrightarrow {{C_1}{C_4}} \)\[ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}x - 20 = \frac{2}{3}.150 = 100\\y = \frac{2}{3}.180 = 120\end{array} \right.\]

\[ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}x = 120\\y = 120\end{array} \right.\] C3(120; 120).

d(C3; AB) = d(C3; Ox) = |y| = 120 (m)

d(C3; AD) = d(C3; Oy) = |x| = 120 (m).

Vậy khoảng cách từ cột điện thứ hai đến bờ AB là 60 m và đến bờ AD là 70 m.

Khoảng cách từ cột điện thứ ba đến bờ AB là 120 m và đến bờ AD là 120 m.