Strona główna » Matematyka » Trójkąt

Zadanie - trójkąt w układzie współrzędnych

Dany jest trójkąt o wierzchołkach A=(-1,0), B=(1,-1) i C=(1,2). Oblicz długość wysokości tego trójkąta opuszczonej z wierzchołka C.

Rozwiązanie zadania uproszczone

$A=(-1,0), \ B=(1,-1)\\ y=ax+b\\ \begin{cases}-1=a+b\\ 0=-a+b \end{cases} \\ \begin{cases}-1=b+b/:2\\ a=b \end{cases} \\ \begin{cases} b=-\frac{1}{2}\\ a=-\frac{1}{2} \end{cases}$
$y=a_1x+b_1\\ a_1=-\frac{1}{a}=-\frac{1}{-\frac{1}{2}}=2\\ y=2x+b_1\\ C=(1,2)\\ 2=2+b_1\\ b_1=0\\ y=2x$
$\begin{cases} y=-\frac{1}{2}x-\frac{1}{2}/\cdot 4\\ y=2x \end{cases}\\ \underline{+ \ \begin{cases} 4y=-2x-2\\ y=2x \end{cases}}\\ 5y=-2/:5\\ y=-\frac{2}{5}\\ y=2x/:2\\ x=\frac{1}{2}y\\ x=-\frac{1}{5}\\ \begin{cases}x=-\frac{1}{5}\\ y=-\frac{2}{5} \end{cases}$
$C=(1,2), \ D=(-\frac{1}{5},-\frac{2}{5})\\ |CD|=h=\sqrt{(1+\frac{1}{5})^2+(2+\frac{2}{5})^2}=\sqrt{(\frac{6}{5})^2+(\frac{12}{5})^2}=\sqrt{\frac{180}{25}}=\frac{6\sqrt{5}}{5}$

Rozwiązanie zadania ze szczegółowymi wyjaśnieniami

Sporządzamy szkic:

Szukamy długości wysokości h. Wysokość leży na prostej b, która jest prostopadła do prostej a zawierającej podstawę AB trójkąta. Znając współrzędne punktu D, który jest punktem wspólnym obu prostych (wystarczy rozwiązać układ równań) obliczymy odległość między punktami C, D, która jest równa długości wysokości.

Szukamy równania prostej a. Korzystamy z równania prostej:

Dane są współrzędne punktów A i B, więc:

$A=(-1,0), \ B=(1,-1)\\ y=ax+b\\ \begin{cases}-1=a\cdot 1+b\\ 0=a\cdot (-1)+b \end{cases} \\ \begin{cases}-1=a+b\\ 0=-a+b \end{cases} \\ \begin{cases}-1=b+b/:2\\ a=b \end{cases} \\ \begin{cases} b=-\frac{1}{2}\\ a=-\frac{1}{2} \end{cases}\\ y=-\frac{1}{2}x-\frac{1}{2}$ tło

Szukamy teraz równania prostej b, która zawiera wysokość. Ponieważ proste a i b są prostopadłe do siebie, ich współczynniki kierunkowe są w stosunku do siebie przeciwne i odwrotne:

$a=-\frac{1}{a_1}$

Korzystając z tego, jak również z danych współrzędnych punktu C, otrzymujemy:

$y=a_1x+b_1\\ a_1=-\frac{1}{a}=-\frac{1}{-\frac{1}{2}}=2\\ y=2x+b_1\\ C=(1,2)\\ 2=2\cdot 1+b_1\\ 2=2+b_1\\ b_1=0\\ y=2x$

Rozwiązujemy układ równań obu prostych, otrzymując w ten sposób współrzędne punktu D:

$\begin{cases} y=-\frac{1}{2}x-\frac{1}{2}/\cdot 4\\ y=2x \end{cases}\\ \underline{+ \ \begin{cases} 4y=-2x-2\\ y=2x \end{cases}}\\ 5y=-2/:5\\ y=-\frac{2}{5}\\ y=2x/:2\\ x=\frac{1}{2}y\\ x=\frac{1}{2}\cdot (-\frac{2}{5})\\ x=-\frac{1}{5}\\ \begin{cases}x=-\frac{1}{5}\\ y=-\frac{2}{5} \end{cases}\\ D=(-\frac{1}{5},-\frac{2}{5})$

Odległość między dwoma punktami A=(x_A,y_A) i B=(x_B,y_B) w układzie współrzędnych wyraża się wzorem:

$|AB|=\sqrt{(x_A-x_B)^2+(y_A-y_B)^2}$

Korzystamy z powyższego wzoru:

$C=(1,2), \ D=(-\frac{1}{5},-\frac{2}{5})\\ |CD|=h=\sqrt{(1+\frac{1}{5})^2+(2+\frac{2}{5})^2}=\\ =\sqrt{(\frac{5}{5}+\frac{1}{5})^2+(\frac{10}{5}+\frac{2}{5})^2}=\\ =\sqrt{(\frac{6}{5})^2+(\frac{12}{5})^2}=\\ =\sqrt{\frac{36}{25}+\frac{144}{25}}=\\ =\sqrt{\frac{180}{25}}=\sqrt{\frac{36\cdot 5}{25}}=\frac{6\sqrt{5}}{5}$