На плоскости заданы две непараллельные прямые l и m и точка P; найдите и опишите геометрическое место точек X, таких что отражение P относительно прямой через X, параллельной l, лежит на m; проанализируйте структуру решения
Обозначим единичный вектор, перпендикулярный lll, через nnn. Рассмотрим прямую s={P+tn∣t∈R}
s=\{P+t n\mid t\in\mathbb R\} s={P+tn∣t∈R}
(это все точки, в которые может перейти PPP при отражении относительно какой‑то прямой, параллельной lll). Пусть Q=s∩mQ=s\cap mQ=s∩m (возможны три варианта). 1) s∩m=∅s\cap m=\varnothings∩m=∅. Тогда нет точки P′∈mP'\in mP′∈m, для которой P′−P∥nP'-P\parallel nP′−P∥n, следовательно подходящих отражений нет: множество точек XXX пусто. 2) s∩m={Q}s\cap m=\{Q\}s∩m={Q} (единственная точка). Тогда для такого единственного образа P′ = QP'\!=\!QP′=Q отражающая прямая должна быть перпендикулярным биссектором отрезка PQPQPQ, и при этом иметь направление lll. Значит существует единственная прямая L=прямая через M=P+Q2, параллельная l,
L=\text{прямая через }M=\frac{P+Q}{2}\text{, параллельная }l, L=прямаячерезM=2P+Q, параллельнаяl,
и всякая точка XXX на LLL даёт нужное отражение. Итого: искомое геометрическое место — вся прямая LLL. 3) s=ms=ms=m (то есть mmm перпендикулярна lll и проходит через PPP). Тогда для любого ttt точка P+tnP+t nP+tn лежит на mmm, и соответствующая перпендикулярная биссекторная прямая через середину любого отрезка P(P+tn)P(P+t n)P(P+tn) параллельна lll. Значит любая прямая, параллельная lll, является возможной отражающей прямой, поэтому множество всех точек XXX — вся плоскость. Итак, структура решения: множество точек XXX либо пусто, либо аффинная прямая, параллельная lll, либо вся плоскость; конкретный случай определяется пересечением mmm с прямой sss через PPP, перпендикулярной lll.
s={P+tn∣t∈R} s=\{P+t n\mid t\in\mathbb R\}
s={P+tn∣t∈R} (это все точки, в которые может перейти PPP при отражении относительно какой‑то прямой, параллельной lll). Пусть Q=s∩mQ=s\cap mQ=s∩m (возможны три варианта).
1) s∩m=∅s\cap m=\varnothings∩m=∅. Тогда нет точки P′∈mP'\in mP′∈m, для которой P′−P∥nP'-P\parallel nP′−P∥n, следовательно подходящих отражений нет: множество точек XXX пусто.
2) s∩m={Q}s\cap m=\{Q\}s∩m={Q} (единственная точка). Тогда для такого единственного образа P′ = QP'\!=\!QP′=Q отражающая прямая должна быть перпендикулярным биссектором отрезка PQPQPQ, и при этом иметь направление lll. Значит существует единственная прямая
L=прямая через M=P+Q2, параллельная l, L=\text{прямая через }M=\frac{P+Q}{2}\text{, параллельная }l,
L=прямая через M=2P+Q , параллельная l, и всякая точка XXX на LLL даёт нужное отражение. Итого: искомое геометрическое место — вся прямая LLL.
3) s=ms=ms=m (то есть mmm перпендикулярна lll и проходит через PPP). Тогда для любого ttt точка P+tnP+t nP+tn лежит на mmm, и соответствующая перпендикулярная биссекторная прямая через середину любого отрезка P(P+tn)P(P+t n)P(P+tn) параллельна lll. Значит любая прямая, параллельная lll, является возможной отражающей прямой, поэтому множество всех точек XXX — вся плоскость.
Итак, структура решения: множество точек XXX либо пусто, либо аффинная прямая, параллельная lll, либо вся плоскость; конкретный случай определяется пересечением mmm с прямой sss через PPP, перпендикулярной lll.