Найдите геометрическое место точек плоскости, для которых отношение расстояний до двух данных прямых равно заданному положительному числу k; разберите отдельно случаи пересекающихся и параллельных прямых, постройте общее доказательство и свяжите выводы с понятиями биссектрис и гомотетии.

1 Ноя в 10:35
5 +1
0
Ответы
1
Решение давайте в двух случаях. Пусть даны прямые l1,l2l_1,l_2l1 ,l2 и положительное число kkk. Обозначим расстояния от точки PPP до l1,l2l_1,l_2l1 ,l2 через d1,d2d_1,d_2d1 ,d2 . Условие: d1d2=k\dfrac{d_1}{d_2}=kd2 d1 =k.
1) Пересекающиеся прямые. Пусть OOO --- точка пересечения, координатная система с центром в OOO, пусть l1l_1l1 --- ось OxOxOx, а l2l_2l2 образует с l1l_1l1 угол α\alphaα. Для точки в полярных координатах (r,θ)(r,\theta)(r,θ) d1=∣rsin⁡θ∣,d2=∣rsin⁡(θ−α)∣. d_1=|r\sin\theta|,\qquad d_2=|r\sin(\theta-\alpha)|.
d1 =rsinθ,d2 =rsin(θα)∣.
Условие даёт (знак абсолютных значений учтём через два случая)
∣sin⁡θ∣=k ∣sin⁡(θ−α)∣. |\sin\theta|=k\,|\sin(\theta-\alpha)|.
sinθ=ksin(θα)∣.
Рассмотрим знаки отдельно: либо
sin⁡θ=ksin⁡(θ−α), \sin\theta=k\sin(\theta-\alpha),
sinθ=ksin(θα),
либо
sin⁡θ=− ksin⁡(θ−α). \sin\theta=-\,k\sin(\theta-\alpha).
sinθ=ksin(θα).
Раскрывая синусы и перенося члены, получаем для первого случая
sin⁡θ(1−kcos⁡α)=−kcos⁡θsin⁡α⇒tan⁡θ=− ksin⁡α1−kcos⁡α, \sin\theta(1-k\cos\alpha)=-k\cos\theta\sin\alpha
\quad\Rightarrow\quad
\tan\theta=-\,\frac{k\sin\alpha}{1-k\cos\alpha},
sinθ(1kcosα)=kcosθsinαtanθ=1kcosαksinα ,
для второго случая
tan⁡θ=ksin⁡α1+kcos⁡α. \tan\theta=\frac{k\sin\alpha}{1+k\cos\alpha}.
tanθ=1+kcosαksinα .
Каждая из этих формул задаёт одно значение θ\thetaθ по модулю π\piπ, т.е. одну прямую через OOO (две противоположные луча). Следовательно, геометрическое место точек --- две прямые, проходящие через точку пересечения OOO. В частном случае k=1k=1k=1 обе формулы дают биссектрисы угла между l1l_1l1 и l2l_2l2 (внутреннюю и внешнюю): это классический факт о равенстве расстояний до двух прямых.
Комментарии: для общего kkk получившиеся прямые являются изогона­лами (симметричны относительно биссектрис) и отвечают фиксированному углу θ\thetaθ — таким образом они связаны с понятием угловых биссектрис; если k=1k=1k=1 это именно биссектрисы. Понятие гомотетии здесь проявляется в том, что соотношение расстояний не зависит от радиуса rrr — условие определяется только направлением OPOPOP, т.е. точкой центра подобия (здесь центром является OOO) и отношением масштабов вдоль разных направлений (аналогично подобию/гомотетии с поворотом).
2) Параллельные прямые. Пусть прямые параллельны и расстояние между ними DDD. Возьмём ось OyOyOy перпендикулярную прямым, пусть уравнения прямых y=0y=0y=0 (l1l_1l1 ) и y=Dy=Dy=D (l2l_2l2 ). Тогда для точки с координатой yyy d1=∣y∣,d2=∣D−y∣. d_1=|y|,\qquad d_2=|D-y|.
d1 =y,d2 =Dy∣.
Решаем ∣y∣=k∣D−y∣|y|=k|D-y|y=kDy. При положении точки между прямыми (0<y<D0<y<D0<y<D) имеем
y=k(D−y)⇒y=kD1+k, y=k(D-y)\quad\Rightarrow\quad y=\frac{kD}{1+k},
y=k(Dy)y=1+kkD ,
это одна прямая, параллельная данным. Для точек вне промежутка (y>Dy>Dy>D или y<0y<0y<0) даёт другое решение
y=k(y−D)⇒y=kDk−1, y=k(y-D)\quad\Rightarrow\quad y=\frac{kD}{k-1},
y=k(yD)y=k1kD ,
при k≠1k\ne1k=1 — вторая прямая (параллельная исходным). При k=1k=1k=1 остаётся единственная середина y=D2y=\dfrac{D}{2}y=2D . Итак, геометрическое место: две прямые, параллельные данным (вырождено в одну при k=1k=1k=1).
Связь с гомотетией: параллельный случай интерпретируется как гомотетия с центром на бесконечности (смещение вдоль нормали) — множитель гомотетии задаёт положение линий, поэтому линии-решения остаются параллельны данным. В пересекающемся случае центр гомотетии конечен (точка пересечения OOO); решение даёт прямые из лучевого пучка с центром в OOO.
Итог: для пересекающихся прямых множество точек с d1/d2=kd_1/d_2=kd1 /d2 =k — две прямые через точку пересечения; для параллельных — две прямые, параллельные данным (при k=1k=1k=1 в обоих случаях вырождено в биссектрису или серединную линию).
1 Ноя в 14:42
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир