Zadane su točke M(2,−5) i N(−6,7). Koje točke na pravcu x−y+5=0 s točkama M i N određuju pravokutan trokut?
Prvo rješenje.
Kako tražene točke leže na pravcu x−y+5=0, tada su njihove koordinate P(x,x+5), x∈R.
Moguća su tri slučaja.
1. slučaj Trokut MNP je pravokutan s pravim kutom pri točki P.
Tada je PM⋅PN=0.
Kako je
PM=(2−x)i+(−10−x)j
i
PN=(−6−x)i+(2−x)j
dobivamo jednadžbu
(2−x)(−6−x)+(−10−x)(2−x)=0,
tj. kvadratnu jednadžbu x2+6x−16=0 čija su rješenja x1=2 i x2=−8.
Dakle, tražene točke su P1(2,7) i P2(−8,−3).
2. slučaj Trokut MNP je pravokutan s pravim kutom pri točki M.
Tada je MP⋅MN=0, a kako je
MP=(x−2)i+(x+10)j
i
MN=−8i+12j
dobivamo jednadžbu −8(x−2)+12(x+10)=0 čije je rješenje x=−34.
Dakle, točka P ima koordinate P(−34,−29).
3. slučaj Trokut MNP je pravokutan s pravim kutom pri točki N.
Tada je NP⋅NM=0, a kako je
NP=(x+6)i+(x−2)j
i
NM=8i−12j
dobivamo jednadžbu 8(x+6)−12(x−2)=0 čije je rješenje x=18.
Dakle, točka P ima koordinate P(18,23).
Dakle, imamo četiri moguća rješenja: P(2,7), P(−8,−3), P(−34,−29), P(18,23).
Drugo rješenje.
Zadatak možemo riješiti koristeći Pitagorin poučak, tako da u svakom od slučajeva umjesto činjenice da je skalarni produkt jednak nuli, koristimo činjenicu da je zbroj kvadrata duljina odgovarajućih kateta jednak kvadratu duljine hipotenuze.
Kako tražene točke leže na pravcu x−y+5=0, tada su njihove koordinate P(x,x+5), x∈R.
Moguća su tri slučaja.
1. slučaj Ako je MNP pravokutan trokut s pravim kutom pri točki P tada vrijedi
∣MN∣2=∣PM∣2+∣PN∣2.
Korištenjem formule za udaljenost točaka dobivamo da vrijedi
(−6−2)2+(7+5)2=(x−2)2+(x+10)2+(x+6)2+(x−2)2,
odakle sređivanjem dobivamo kvadratnu jednadžbu x2+6x−16=0 čija su rješenja x1=2 i x2=−8.
Dakle, tražene točke su P1(2,7) i P2(−8,−3).
2. slučaj Ako je MNP pravokutan trokut s pravim kutom pri točki M tada vrijedi
∣PN∣2=∣MN∣2+∣PM∣2.
Korištenjem formule za udaljenost točaka dobivamo jednadžbu
(x+6)2+(x−2)2=(−6−2)2+(7+5)2+(x−2)2+(x+10)2,
čijim rješavanjem nalazimo da je x=−34.
Dakle, točka P ima koordinate P(−34,−29).
3. slučaj Ako je MNP pravokutan trokut s pravim kutom pri točki N tada vrijedi
∣PM∣2=∣MN∣2+∣PN∣2.
Korištenjem formule za udaljenost točaka dobivamo jednadžbu
(x−2)2+(x+10)2=(−6−2)2+(7+5)2+(x+6)2+(x−2)2,
iz koje nalazimo da je x=18.
Dakle, točka P ima koordinate P(18,23).
Dakle, imamo četiri moguća rješenja: P(2,7), P(−8,−3), P(−34,−29), P(18,23).
Treće rješenje.
Slike su kao i u prvom rješenju.
Kako tražene točke leže na pravcu x−y+5=0, tada su njihove koordinate P(x,x+5), x∈R.
1. slučaj Trokut MNP je pravokutan s pravim kutom pri točki P.
Koeficijent smjera pravca na kojem leže točke P i N jednak je
kPN=x+6x−2.
Nadalje, koeficijent smjera pravca na kojem leže točke P i M jednak je
kPM=x−2x+10.
Kako su ti pravci međusobno okomiti vrijedi da je kPN=−kPM1, odakle dobivamo jednadžbu
x+6x−2=−x−2x+101,
tj.
x+6x−2=−x+10x−2.
Daljnjim sređivanjem konačno dobivamo (x−2)(2x+16)=0.
Rješenja dobivene jednadžbe su x1=2 i x2=−8.
Dakle, tražene točke su P1(2,7) i P2(−8,−3).
2. slučaj Trokut MNP je pravokutan s pravim kutom pri točki M.
Koeficijent smjera pravca na kojem leže točke M i N jednak je kMN=−23. Koeficijent smjera pravca na kojem leže točke M i P jednak je kPM=x−2x+10.
Kako su ti pravci međusobno okomiti vrijedi da je kMN⋅kPM=−1, odakle dobivamo jednadžbu
x−2x+10⋅(−23)=−1,
čije je rješenje x=−34.
Dakle, tražena točka je P(−34,−29).
3. slučaj Trokut MNP je pravokutan s pravim kutom pri točki N.
Koeficijent smjera pravca na kojem leže točke M i N jednak je kMN=−23. Koeficijent smjera pravca na kojem leže točke N i P jednak je kNP=x+6x−2.
Kako su ti pravci međusobno okomiti tada je kMN⋅kNP=−1, odakle dobivamo jednadžbu
x+6x−2⋅(−23)=−1,
čije je rješenje x=18.
Dakle, tražena točka je P(18,23).
Dakle, imamo četiri moguća rješenja: P(2,7), P(−8,−3), P(−34,−29), P(18,23).