Дан произвольный треугольник ABC; изучите геометрическое место точек X в плоскости, для которых отношение расстояний XA:XB равно заданному положительному числу k (задача Апполония), опишите случаи k=1, k≠1 и докажите построение и свойства этих мест точек

17 Ноя в 07:10
6 +1
0
Ответы
1
Ответ.
Условие: найдём геометрическое место точек XXX такие, что XAXB=k>0\dfrac{XA}{XB}=k>0XBXA =k>0.
1) Случай k=1k=1k=1.
Тогда XA=XBXA=XBXA=XB. Геометрическое место точек, равноудалённых от AAA и BBB, — срединный перпендикуляр к отрезку ABABAB (прямая).
2) Случай k≠1k\neq1k=1. (Апполония.) Покажем, что множество точек — окружность (окружность Апполония).
Поставим систему координат так, что A=(0,0)A=(0,0)A=(0,0), B=(c,0)B=(c,0)B=(c,0), где c=AB>0c=AB>0c=AB>0. Условие даёт
x2+y2=k(x−c)2+y2. \sqrt{x^2+y^2}=k\sqrt{(x-c)^2+y^2}.
x2+y2 =k(xc)2+y2 .
Возведём в квадрат и преобразуем:
x2+y2=k2((x−c)2+y2). x^2+y^2=k^2\big((x-c)^2+y^2\big).
x2+y2=k2((xc)2+y2).
Отсюда
(1−k2)(x2+y2)+2k2cx−k2c2=0. (1-k^2)(x^2+y^2)+2k^2 c x-k^2 c^2=0.
(1k2)(x2+y2)+2k2cxk2c2=0.
При k≠1k\neq1k=1 разделим на 1−k21-k^21k2 и завершив квадрат, получаем уравнение окружности
(x+k2c1−k2)2+y2=k2c2(1−k2)2. \Big(x+\frac{k^2 c}{1-k^2}\Big)^2+y^2=\frac{k^2 c^2}{(1-k^2)^2}.
(x+1k2k2c )2+y2=(1k2)2k2c2 .
Значит множество точек X(x,y)X(x,y)X(x,y) — окружность с центром
O на прямой AB,AO→=k2 k2−1 AB→, O\ \text{на прямой }AB,\qquad \overrightarrow{AO}=\frac{k^2}{\,k^2-1\,}\overrightarrow{AB},
O на прямой AB,AO=k21k2 AB,
и радиусом
r=k AB∣k2−1∣. r=\frac{k\;AB}{|k^2-1|}.
r=k21∣kAB .

Дополнительные свойства:
- Центр OOO делит отрезок ABABAB внешне в отношении OAOB=k2\dfrac{OA}{OB}=k^2OBOA =k2. (Это следует из выражения для координаты центра.)
- Окружность не проходит через AAA и BBB (потому что XA=0XA=0XA=0 нельзя при положительном kkk, и аналогично для BBB).
- Для 0<k<10<k<10<k<1 все точки линии удовлетворяют XA<XBXA<XBXA<XB; для k>1k>1k>1XA>XBXA>XBXA>XB.
3) Построение (компас и линейка), для заданного отрезка ABABAB и числа k>0k>0k>0:
- Постройте на прямой ABABAB точку OOO такую, что OAOB=k2\dfrac{OA}{OB}=k^2OBOA =k2. Это делается стандартным способом деления отрезка в заданном отношении (внутренним или внешним в зависимости от kkk).
- Вычислите/постройте радиус r=k AB∣k2−1∣r=\dfrac{k\;AB}{|k^2-1|}r=k21∣kAB (можно построить отрезок пропорциональный ABABAB с коэффициентом k∣k2−1∣\dfrac{k}{|k^2-1|}k21∣k через подобие).
- Проведите окружность с центром OOO и радиусом rrr. Это и есть искомое множество точек.
Краткое обоснование корректности построения: алгебраически (см. вывод уравнения) условие XAXB=k\dfrac{XA}{XB}=kXBXA =k эквивалентно уравнению полученной окружности, поэтому все и только точки на этой окружности удовлетворяют заданному соотношению.
Таким образом: при k=1k=1k=1 — срединный перпендикуляр; при k≠1k\neq1k=1 — окружность Апполония с указанными центром и радиусом.
17 Ноя в 08:18
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