Giải SBT Toán 10 trang 65 Tập 1 Kết nối tri thức

Giải SBT Toán 10 trang 65 Tập 1 Kết nối tri thức

Bài 4.29 trang 65 SBT Toán 10 Tập 1:

Cho tam giác đều ABC có độ dài các cạnh bằng 1.

a) Gọi M là trung điểm của BC. Tính tích vô hướng của các cặp vectơ $\overrightarrow{MA}$ và $\overrightarrow{BA}$ ,$\overrightarrow{MA}$ và $\overrightarrow{AC}$

b) Gọi N là điểm đối xứng với B qua C. Tính tích vô hướng $\overrightarrow{AM}.\overrightarrow{AN}.$

c) Lấy điểm P thuộc đoạn AN sao cho AP = 3PN. Hãy biểu thị các vectơ $\overrightarrow{AP},\overrightarrow{MP}$ theo hai vectơ $\overrightarrow{AB}$ và $\overrightarrow{AC}.$ Tính độ dài đoạn MP.

Lời giải:

a) Tam giác ABC đều có M là trung điểm của BC nên đường trung tuyến AM đồng thời là đường phân giác và đường cao.

$\Rightarrow \widehat{BAM}=\widehat{MAC}=\frac{1}{2}\widehat{BAC}=\frac{1}{2}.60°=30°$

Gọi Ax là tia đối của tia AM, tia Ay là tia đối của tia AB.

Do đó $\left(\overrightarrow{MA};\overrightarrow{BA}\right)=\widehat{xAy}=\widehat{BAM}=30°$

$\left(\overrightarrow{MA};\overrightarrow{AC}\right)=\widehat{xAC}=180°-\widehat{MAC}$

$\Rightarrow \left(\overrightarrow{MA};\overrightarrow{AC}\right)=180°-30°=150°$

Khi đó ta có:

Xét tam giác BAM vuông tại M, theo định lí Pythagoras ta có:

Vậy $\overrightarrow{MA}.\overrightarrow{BA}=\frac{3}{4}$ và $\overrightarrow{MA}.\overrightarrow{AC}=\frac{-3}{4}.$

b) • Vì M là trung điểm của BC nên $\overrightarrow{AB\text{}}+\overrightarrow{AC}=2\overrightarrow{AM}$

$\Rightarrow \overrightarrow{AM}=\frac{1}{2}\left(\overrightarrow{AB\text{}}+\overrightarrow{AC}\right)$

• N đối xứng với B qua C nên C là trung điểm của BN

$\Rightarrow \overrightarrow{AB\text{}}+\overrightarrow{AN}=2\overrightarrow{AC}$$\Rightarrow \overrightarrow{AN}=2\overrightarrow{AC}-\overrightarrow{AB\text{}}$

Khi đó 

Mà $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}=\left|\overrightarrow{AB}\right|.\left|\overrightarrow{AC}\right|.cos\left(\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}\right)$

$=AB.AC.cos\widehat{BAC}=\mathrm{1.1.}\cos 60°=\frac{1}{2}.$

Do đó 

Vậy $\overrightarrow{AM}.\overrightarrow{AN}=\frac{3}{4}$

c) • Vì P thuộc đoạn thẳng AN thỏa mãn AP = 3PN  

• Ta có: 

Vậy $\overrightarrow{AP}=\frac{3}{2}\overrightarrow{AC}-\frac{3}{4}\overrightarrow{AB\text{}};$$\overrightarrow{MP}=\overrightarrow{AC}-\frac{5}{4}\overrightarrow{AB\text{}}$ và $MP=\frac{\sqrt{21}}{4}.$

Bài 4.30 trang 65 SBT Toán 10 Tập 1:

Cho hình chữ nhật ABCD có AB = 1, $BC=\sqrt{2}.$ Gọi M là trung điểm của AD.

a) Chứng minh rằng các đường thẳng AC và BM vuông góc với nhau.

b) Gọi H là giao điểm của AC, BM. Gọi N là trung điểm của AH và P là trung điểm của CD. Chứng minh rằng tam giác NBP là một tam giác vuông.

Lời giải:

a) Đặt $\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{a},\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{b}$ khi đó $\left|\overrightarrow{a}\right|=1$ và $\left|\overrightarrow{b}\right|=\sqrt{2}.$

Vì AB ⊥ AD nên $\overrightarrow{a}\perp \overrightarrow{b}\iff \overrightarrow{a}.\overrightarrow{b}=\overrightarrow{0}$

ABCD là hình chữ nhật nên cũng là hình bình hành nên ta có:

$\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}$ (quy tắc hình bình hành)

M là trung điểm của AD nên $\overrightarrow{AM}=\frac{1}{2}\overrightarrow{AD}=\frac{1}{2}\overrightarrow{b}$

Suy ra $\overrightarrow{BM}=\overrightarrow{AM}-\overrightarrow{AB}=\frac{1}{2}\overrightarrow{b}-\overrightarrow{a}$

Khi đó $\overrightarrow{AC}.\overrightarrow{BM}=\left(\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}\right).\left(\frac{1}{2}\overrightarrow{b}-\overrightarrow{a}\right)$

Do đó $\overrightarrow{AC}.\overrightarrow{BM}=0\iff \overrightarrow{AC}\perp \overrightarrow{BM}$

Þ AC ⊥ BM.

b) • Xét tam giác ABC vuông tại C, theo định lí Pythagore ta có:

AC² = AB² + BC² = 1 + ${\left(\sqrt{2}\right)}^2$= 3

$\Rightarrow AC=\sqrt{3}$

Theo hệ thức lượng trong tam giác vuông ta có:

AB² = AH.AC 

Khi đó $\overrightarrow{HC}=\frac{2}{3}\overrightarrow{AC}$ và $\overrightarrow{HA}=-\frac{1}{3}\overrightarrow{AC}$

Ta có $\overrightarrow{NB}=\overrightarrow{NA}+\overrightarrow{AB}$ (quy tắc ba điiểm)

Vì N là trung điểm của AH nên 

• Có N là trung điểm của HA và P là trung điểm của CD, theo kết quả bài 4.12, trang 58, Sách giáo khoa Toán 10, tập một, ta có:

Khi đó 

Do đó $\overrightarrow{NB}.\overrightarrow{NP}=0\Rightarrow \overrightarrow{NB}\perp \overrightarrow{NP}$

$\Rightarrow$ NB ⊥ NP.

Bài 4.31 trang 65 SBT Toán 10 Tập 1:

Cho tam giác ABC có $\widehat{A}<90°.$ Dựng ra phía ngoài tam giác hai tam giác vuông cân đỉnh A là ABD và ACE. Gọi M, N, P theo thứ tự là trung điểm BC, BD, CE. Chứng minh rằng:

a) AM vuông góc với DE;

b) BE vuông góc với CD;

c) Tam giác MNP là một tam giác vuông cân.

Lời giải:

a) +) Vì M là trung điểm của BC nên $\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}=2\overrightarrow{AM}$

$\Rightarrow \overrightarrow{AM}=\frac{1}{2}\left(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}\right)$

+) Theo quy tắc ba điểm ta có: $\overrightarrow{DE}=\overrightarrow{AE}-\overrightarrow{AD}$

Mà AB ⊥ AD nên $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AD}=0$

Và AC ⊥ AE nên $\overrightarrow{AC}.\overrightarrow{AE}=0$

Do đó $\overrightarrow{AM}.\overrightarrow{DE}=\frac{1}{2}\left(\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AE}-\overrightarrow{AC}.\overrightarrow{AD}\right)$

Ta có:

• $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AE}=AB.AE.cos\widehat{BAE}$

Và $\overrightarrow{AC}.\overrightarrow{AD}=AC.AD.cos\widehat{CAD}$

• AB = AD (do ∆ABD vuông cân tại A)

Và AC = AE (do ∆ACE vuông cân tại A)

• $\widehat{BAE}=\widehat{BAC}+\widehat{CAE}=\widehat{BAC}+90°$

Và $\widehat{CAD}=\widehat{BAC}+\widehat{BAD}=\widehat{BAC}+90°$

$\Rightarrow \widehat{BAE}=\widehat{CAD}$

Do đó 

b) Ta có: 

Ta có:

• $\overrightarrow{AE}.\overrightarrow{AD}=AE.AD.cos\widehat{DAE}$

Và $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}=AB.AC.cos\widehat{BAC}$

• AB = AD và AC = AE

$$\begin{gathered} \widehat{DAE}=360°-\widehat{DAB}-\widehat{BAC}-\widehat{CAE} \\ \Rightarrow \widehat{DAE}=360°-90°- \widehat{BAC}-90° \\ \Rightarrow \widehat{DAE}=180° -\widehat{BAC} \\ \Rightarrow \cos \widehat{DAE }=\cos (180°-\widehat{BAC}) = -\cos \widehat{BAC} \end{gathered}$$

c) Ta có: 

$\Rightarrow$ BE = CD                             (1)

Xét tam giác BCD có M, N lần lượt là trung điểm của BC, BD

Nên MN là đường trung bình của ∆BCD

$\Rightarrow MN=\frac{1}{2}CD$ và MN // CD    (2)

Chứng minh tương tự ta cũng có:

MP là đường trung bình của ∆BCE

$\Rightarrow MP=\frac{1}{2}BE$ và MP // BE      (3)

Từ (1), (2) và (3) suy ra MN = MP.

Vì BE ⊥ CD (câu b), MN // CD và MP // BE

Nên MN ⊥ MP

$\Rightarrow \widehat{NMP}=90°$

Tam giác MNP có MN = MP và $\widehat{NMP}=90°$

Suy ra tam giác MNP là tam giác vuông cân tại M.

Bài 4.32 trang 65 SBT Toán 10 Tập 1:

Cho hai vectơ $\overrightarrow{a}$ và $\overrightarrow{b}$ thoả mãn $\left|\overrightarrow{a}\right|=6,\left|\overrightarrow{b}\right|=8$ và $\left|\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}\right|=10.$

a) Tính tích vô hướng $\overrightarrow{a}.\left(\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}\right).$

b) Tính số đo của góc giữa hai vectơ $\overrightarrow{a}$ và $\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}.$

Lời giải:

Gọi ba điểm A, B, C sao cho $\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{a},\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{b}$

Khi đó $\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}$

Và AB = 6, BC = 8 và AC = 10.

Xét tam giác ABC có:

• AB² + BC² = 6² + 8² =100

AC² = 10² = 100

$\Rightarrow$ AB² + BC² = AC²

Do đó tam giác ABC vuông tại B (định lí Pythagore đảo)

• $cos\widehat{BAC}=\frac{AB}{AC}=\frac{6}{10}=\frac{3}{5}$ 

a) Ta có $\overrightarrow{a}.\left(\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}\right)=\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}$

$=AB.ACcos\widehat{BAC}$

$=\mathrm{6.10.}\frac{3}{5}=36$

Vậy $\overrightarrow{a}.\left(\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}\right)=36.$

b) $cos\left(\overrightarrow{a};\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}\right)=cos\widehat{BAC}=\frac{3}{5}$

$\Rightarrow \widehat{BAC}\approx 53°7^{\text{'}}4{8^{\text{'}}}^{\text{'}}$

Vậy $\left(\overrightarrow{a};\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}\right)\approx 53°7^{\text{'}}4{8^{\text{'}}}^{\text{'}}.$

Bài 4.33 trang 65 SBT Toán 10 Tập 1:

Cho tam giác ABC không cân. Gọi D, E, F theo thứ tự là chân các đường cao kẻ từ A, B, C; gọi M, N, P tương ứng là trung điềm các cạnh BC, CA, AB. Chứng minh rằng

$\overrightarrow{MD}.\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{NE}.\overrightarrow{CA}+\overrightarrow{PF}.\overrightarrow{AB}=0$

Lời giải:

Gọi H và O là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC.

• Vì D, M lần lượt là hình chiếu của H và O lên BC, nên $\overrightarrow{MD}$ là hình chiếu của $\overrightarrow{OH}$ trên giá của $\overrightarrow{BC}$

Theo định lí hình chiếu (được giới thiệu ở phần Nhận xét của Ví dụ 2, trang 62, Sách Bài tập Toán 10, tập một) ta có:

Chứng minh tương tự ta cũng có:

Từ (1), (2) và (3) ta có:

$\overrightarrow{MD}.\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{NE}.\overrightarrow{CA}+\overrightarrow{PF}.\overrightarrow{AB}$

$=\overrightarrow{OH}.\overrightarrow{OC}-\overrightarrow{OH}.\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OH}.\overrightarrow{OA}$$-\overrightarrow{OH}.\overrightarrow{OC}+\overrightarrow{OH}.\overrightarrow{OB}-\overrightarrow{OH}.\overrightarrow{OA}$

= 0

Vậy $\overrightarrow{MD}.\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{NE}.\overrightarrow{CA}+\overrightarrow{PF}.\overrightarrow{AB}=0.$

Bài 4.34 trang 65 SBT Toán 10 Tập 1:

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm A(2; 1) và B(4; 3).

a) Tìm toạ độ của điểm C thuộc trục hoành sao cho tam giác ABC vuông tại A. Tính chu vi và diện tích của tam giác ABC.

b) Tìm toạ độ của điểm D sao cho tam giác ABD vuông cân tại A.

Lời giải:

a) Vì tam giác ABC vuông tại A nên AB ⊥ AC hay $\overrightarrow{AB}\perp \overrightarrow{AC}$

Do đó $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}=0$

Giả sử C(x; 0) là điểm thuộc trục hoành.

Với A(2; 1), B(4; 3) và C(x; 0) ta có:

$\overrightarrow{AB}=\left(2;2\right)$ và $\overrightarrow{AC}=\left(x-2;-1\right)$

Khi đó $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}=0$ Û 2(x – 2) + 2(–1) = 0

$\Rightarrow$ 2x – 4 – 2 = 0

$\Rightarrow$ 2x = 6

$\Rightarrow$ x = 3

Vậy C(3; 0).

$\Rightarrow \overrightarrow{AC}=\left(1;-1\right)$

Ta có:

(theo định lí Pythagore)

Khi đó chu vi tam giác ABC là:

AB + AC + BC = $2\sqrt{2}+\sqrt{2}+\sqrt{10}=3\sqrt{2}+\sqrt{10}$(đơn vị độ dài)

Diện tích tam giác ABC là:

$\frac{1}{2}.AB.AC=\frac{1}{2}.2\sqrt{2}.\sqrt{2}=2$ (đơn vị diện tích)

b) Tam giác ABD vuông cân tại A nên AB ⊥ AD và AB = AD

• Với AB ⊥ AD ta có $\overrightarrow{AB}\perp \overrightarrow{AD}$

Mà $\overrightarrow{AB}\perp \overrightarrow{AC}$ (theo câu a)

Nên $\overrightarrow{AD}$ cùng phương với $\overrightarrow{AC}$

Gọi D(a; b) là tọa độ điểm D cần tìm.

$\Rightarrow \overrightarrow{AD}=\left(a-2;b-1\right)$

Mà $\overrightarrow{AC}=\left(1;-1\right)$

Do đó $\overrightarrow{AD}$ cùng phương với $\overrightarrow{AC}$ khi và chỉ khi:

$\frac{a-2}{1}=\frac{b-1}{-1}$ Û a – 2 = 1 – b

$\Rightarrow$ b – 1 = 2 – a               (4)

• Với AB = AD ta có AB² = AD²

$\iff {\left(2\sqrt{2}\right)}^2={\left(a-2\right)}^2+{\left(b-1\right)}^2$ 

$\Rightarrow$ 8 = (a – 2)² + (2 – a)² (do b – 1 = 2 – a)

$\Rightarrow$ 8 = 2.(a – 2)²

$\Rightarrow$ (a – 2)² = 4

$\iff \left[\begin{array}{l}a-2=2\\ a-2=-2\end{array}\right.$

$\iff \left[\begin{array}{l}a=4\\ a=0\end{array}\right.$

Với a = 4 thì b – 1 = 2 – 4 $\Rightarrow$ b = –1 ta có điểm D₁(4; –1).

Với a = 0 thì b – 1 = 2 – 0 $\Rightarrow$ b = 3 ta có điểm D₂(0; 3).

Vậy có hai điểm D thỏa mãn yêu cầu đề bài là D₁(4; –1) và D₂(0; 3).

Bài 4.35 trang 65 SBT Toán 10 Tập 1:

Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm A(1; 4) và C(9; 2) là hai đỉnh của hình vuông ABCD. Tìm toạ độ các đỉnh B, D, biết rằng tung độ của B là một số âm.

Lời giải:

Gọi I là giao điểm của AC và BD

Vì ABCD là hình vuông nên ta có: I là trung điểm của AC; AC = BD và AC ⊥ BD tại I.

• I là trung điểm của AC nên:

$\left\{\begin{array}{l}{x}_I=\frac{1+9}{2}=5\\ y_I=\frac{4+2}{2}=3\end{array}\right.$Þ I(5; 3)

Giả sử B(x; y) (y < 0) và D(a; b)

Vì I là trung điểm của BD nên ta có:

$\left\{\begin{array}{l}5=\frac{x+a}{2}\\ 3=\frac{y+b}{2}\end{array}\right.\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}a=10-x\\ b=6-y\end{array}\right.$ $\Rightarrow$ D(10 – x; 6 – y)

Với A(1; 4); C(9; 2); B(x; y) và D(10 – x; 6 – y) ta có:

$\overrightarrow{AC}=\left(8;-2\right)$ và $\overrightarrow{BD}=\left(10-2x;6-2y\right)$

• AC ⊥ BD $\iff \overrightarrow{AC}\perp \overrightarrow{BD}\iff \overrightarrow{AC}.\overrightarrow{BD}=0$

$\Rightarrow$ 8.(10 – 2x) + (–2).(6 – 2y) = 0

$\Rightarrow$ 80 – 16x – 12 + 4y = 0

$\Rightarrow$ 4y = 16x – 68

$\Rightarrow$ y = 4x – 17 (với y < 0)

• AC = BD $\Rightarrow$ AC² = BD²

$\Rightarrow$ 8² + (–2)² = (10 – 2x)² + (6 – 2y)²

$\Rightarrow$ 64 + 4 = (10 – 2x)² + [6 – 2(4x – 17)]²

$\Rightarrow$ (10 – 2x)² + (6 – 8x + 34)² = 68

$\Rightarrow$ (10 – 2x)² + (40 – 8x)² = 68

$\Rightarrow$ 4.(x – 5)² + 64.(x – 5)² = 68

$\Rightarrow$ (x – 5)² = 1

$\iff \left[\begin{array}{l}x-5=1\\ x-5=-1\end{array}\right.$

$\iff \left[\begin{array}{l}x=6\\ x=4\end{array}\right.$

Với x = 6 ta có y = 4.6 – 17 = 7 (không thỏa mãn y < 0)

Với x = 4 ta có y = 4.4 – 17 = –1 (thỏa mãn y < 0)

Khi đó ta có điểm B(4; –1)

Mà D(10 – x; 6 – y) nên D(6; 7).

Vậy B(4; –1) và D(6; 7).

Xem thêm lời giải sách bài tập Toán lớp 10 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Giải SBT Toán 10 trang 66 Tập 1