Номер 1074, страница 267 - гдз по геометрии 7-9 класс учебник Атанасян, Бутузов

99. Уравнение прямой. § 3. Уравнения окружности и прямой. Глава 11. Метод координат - номер 1074, страница 267.

1074 Дан прямоугольник ABCD. Найдите множество всех точек M, для каждой из которых

(AM² + DM²) − (ВМ² + СМ²) = 2AB².

Для решения задачи воспользуемся методом координат. Поместим прямоугольник $ABCD$ в декартову систему координат так, чтобы вершина $A$ совпала с началом координат, а стороны $AB$ и $AD$ лежали на осях $Ox$ и $Oy$ соответственно. Пусть длина стороны $AB$ равна $w$, а длина стороны $AD$ равна $h$. Тогда вершины прямоугольника будут иметь следующие координаты:

• $A(0, 0)$
• $B(w, 0)$
• $D(0, h)$
• $C(w, h)$

Пусть точка $M$ имеет произвольные координаты $(x, y)$.

Теперь найдем квадраты расстояний от точки $M$ до каждой из вершин прямоугольника, используя формулу квадрата расстояния между двумя точками $(x_1, y_1)$ и $(x_2, y_2)$, которая равна $(x_2-x_1)^2 + (y_2-y_1)^2$:

• $AM^2 = (x - 0)^2 + (y - 0)^2 = x^2 + y^2$
• $DM^2 = (x - 0)^2 + (y - h)^2 = x^2 + (y - h)^2 = x^2 + y^2 - 2hy + h^2$
• $BM^2 = (x - w)^2 + (y - 0)^2 = (x - w)^2 + y^2 = x^2 - 2wx + w^2 + y^2$
• $CM^2 = (x - w)^2 + (y - h)^2 = x^2 - 2wx + w^2 + y^2 - 2hy + h^2$

Подставим эти выражения в данное в условии равенство:

$(AM^2 + DM^2) - (BM^2 + CM^2) = 2AB^2$

Сначала вычислим выражения в скобках:

$AM^2 + DM^2 = (x^2 + y^2) + (x^2 + y^2 - 2hy + h^2) = 2x^2 + 2y^2 - 2hy + h^2$

$BM^2 + CM^2 = (x^2 - 2wx + w^2 + y^2) + (x^2 - 2wx + w^2 + y^2 - 2hy + h^2) = 2x^2 - 4wx + 2w^2 + 2y^2 - 2hy + h^2$

Теперь подставим эти суммы в исходное уравнение. Учтем, что длина стороны $AB$ равна $w$, поэтому $AB^2 = w^2$.

$(2x^2 + 2y^2 - 2hy + h^2) - (2x^2 - 4wx + 2w^2 + 2y^2 - 2hy + h^2) = 2w^2$

Раскроем скобки и приведем подобные слагаемые:

$2x^2 + 2y^2 - 2hy + h^2 - 2x^2 + 4wx - 2w^2 - 2y^2 + 2hy - h^2 = 2w^2$

Многие слагаемые взаимно уничтожаются:

$(2x^2 - 2x^2) + (2y^2 - 2y^2) + (-2hy + 2hy) + (h^2 - h^2) + 4wx - 2w^2 = 2w^2$

В результате получаем простое уравнение:

$4wx - 2w^2 = 2w^2$

Перенесем член $-2w^2$ в правую часть уравнения:

$4wx = 4w^2$

Так как $ABCD$ — прямоугольник, его сторона $AB=w$ имеет ненулевую длину ($w > 0$). Следовательно, мы можем разделить обе части уравнения на $4w$:

$x = w$

Уравнение $x = w$ задает на плоскости прямую, все точки которой имеют абсциссу, равную $w$. В нашей системе координат это вертикальная прямая, проходящая через точки $B(w, 0)$ и $C(w, h)$. Таким образом, искомое множество точек $M$ — это прямая, на которой лежит сторона $BC$ прямоугольника.

Ответ: Искомое множество точек $M$ — это прямая, содержащая сторону $BC$ прямоугольника.