Sách bài tập Toán 10 Bài 11 (Kết nối tri thức): Tích vô hướng của hai vectơ

Giải SBT Toán lớp 10 Bài 11: Tích vô hướng của hai vectơ

Giải SBT Toán 10 trang 65 Tập 1

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

Þ 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

Þ BE ⊥ CD.

c) Ta có: 

=> 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

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

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

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

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

Û 2x – 4 – 2 = 0

Û 2x = 6

Û 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

Û b – 1 = 2 – a               (4)

• Với AB = AD ta có AB² = AD²

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

Û 8 = (a – 2)² + (2 – a)² (do b – 1 = 2 – a)

Û 8 = 2.(a – 2)²

Û (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 Þ b = –1 ta có điểm D₁(4; –1).

Với a = 0 thì b – 1 = 2 – 0 Þ 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:

$\left\{\begin{array}{l}5=\frac{x+a}{2}\\ 3=\frac{y+b}{2}\end{array}\right.\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}a=10-x\\ b=6-y\end{array}\right.$ Þ 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 $\iff \overrightarrow{AC}\perp \overrightarrow{BD}\iff \overrightarrow{AC}.\overrightarrow{BD}=0$

Û 8.(10 – 2x) + (–2).(6 – 2y) = 0

Û 80 – 16x – 12 + 4y = 0

Û 4y = 16x – 68

Û y = 4x – 17 (với y < 0)

• AC = BD Û AC² = BD²

Û 8² + (–2)² = (10 – 2x)² + (6 – 2y)²

Û 64 + 4 = (10 – 2x)² + [6 – 2(4x – 17)]²

Û (10 – 2x)² + (6 – 8x + 34)² = 68

Û (10 – 2x)² + (40 – 8x)² = 68

Û 4.(x – 5)² + 64.(x – 5)² = 68

Û (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).

Giải SBT Toán 10 trang 66 Tập 1

Bài 4.36 trang 66 SBT Toán 10 Tập 1: Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho hai điểm A(1; 1) và B(7; 5).

a) Tìm toạ độ của điểm C thuộc trục hoành sao cho C cách đều A và B.

b) Tìm toạ độ của điểm D thuộc trục tung sao cho vectơ $\overrightarrow{DA}+\overrightarrow{DB}$ có độ dài ngắn nhất.

Lời giải:

a) Vì C cách đều A và B nên CA = CB

Û AC² = BC²

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

Với A(1; 1); B(7; 5) và C(x; 0) ta có:

• $\overrightarrow{AC}=\left(x-1;-1\right)$ Þ AC² = (x – 1)² + (–1)²

Þ AC² = x² – 2x + 2

• $\overrightarrow{BC}=\left(x-7;-5\right)$ Þ BC² = (x – 7)² + (–5)²

Þ BC² = x² – 14x + 74

Do đó AC² = BC²

Û x² – 2x + 2 = x² – 14x + 74

Û 12x = 72

Û x = 6

Vậy C(6; 0).

b) Gọi M là trung điểm của AB.

Khi đó $\overrightarrow{DA}+\overrightarrow{DB}=2\overrightarrow{DM}$

Do đó để vectơ $\overrightarrow{DA}+\overrightarrow{DB}$ có độ dài ngắn nhất thì vectơ $2\overrightarrow{DM}$ có độ dài ngắn nhất

Û DM có độ dài ngắn nhất

Hay DM² nhỏ nhất.

Giả sử D(0; y) là điểm thuộc trục tung

Với A(1; 1); B(7; 5) và D(0; y) ta có:

• M là trung điểm của AB nên $\left\{\begin{array}{l}{x}_M=\frac{1+7}{2}=4\\ y_M=\frac{1+5}{2}=3\end{array}\right.$

Þ M(4; 3)

$\Rightarrow \overrightarrow{DM}=\left(4;3-y\right)$

Þ DM² = 4² + (3 – y)²

Hay DM² = (y – 3)² + 16

Vì (y – 3)² ≥ 0 với mọi y

Nên (y – 3)² + 16 ≥ 16 với mọi y

Hay DM² ≥ 16 với mọi y

Dấu “=” xảy ra khi và chỉ khi y – 3 = 0 Û y = 3.

Do đó DM đạt giá trị nhỏ nhất khi D(0; 3)

Vậy D(0; 3) thì vectơ $\overrightarrow{DA}+\overrightarrow{DB}$ có độ dài ngắn nhất.

Bài 4.37 trang 66 SBT Toán 10 Tập 1: Trong mặt phẳng toạ độ Oxy cho ba điểm A(–3; 2), B(1; 5) và C(3; −1).

a) Chứng minh rằng A, B, C là ba đỉnh của một tam giác. Tìm toạ độ trọng tâm G của tam giác ấy.

b) Tìm toạ độ trực tâm H của tam giác ABC.

c) Gọi I là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. Tìm toạ độ của I.

Lời giải:

a) Với A(–3; 2), B(1; 5) và C(3; −1) ta có:

$\overrightarrow{AB}=\left(4;3\right)$ và $\overrightarrow{AC}=\left(6;-3\right)$

Vì $\frac{4}{6}=\frac{2}{3}\ne \frac{3}{-3}=-1$ nên hai vectơ $\overrightarrow{AB}$ và $\overrightarrow{AC}$ không cùng phương

Do đó ba điểm A, B, C không thẳng hàng

Vậy A, B, C là ba đỉnh của một tam giác.

Vì G là trọng tâm của tam giác ABC nên ta có:

$\left\{\begin{array}{l}{x}_G=\frac{-3+1+3}{3}=\frac{1}{3}\\ y_G=\frac{2+5+\left(-1\right)}{3}=2\end{array}\right.$ $\Rightarrow G\left(\frac{1}{3};2\right)$

Vậy tọa độ trọng tâm của tam giác ABC là: $G\left(\frac{1}{3};2\right)$.

b) Vì H là trực tâm của tam giác ABC nên AH ⊥ BC và BH ⊥ AC

Hay $\overrightarrow{AH}.\overrightarrow{BC}=0$ và $\overrightarrow{BH}.\overrightarrow{AC}=0$ 

Giả sử H(x; y) là tọa độ trực tâm tam giác ABC

Với A(–3; 2), B(1; 5), C(3; −1) và H(x; y) ta có:

Þ 6x – 3y = –9     (2)

Trừ vế theo vế (2) cho (1) ta có:

5x = 0 Þ x = 0

Þ y = 3

Þ H(0; 3)

Vậy tọa độ trực tâm của tam giác ABC là H(0; 3)

c) Theo kết quả phần a) của Bài 4.15, trang 54, Sách Bài tập, Toán 10, tập một ta có:

$\overrightarrow{AH}=2\overrightarrow{IM}$ với M là trung điểm của BC.

Giả sử I(a; b) là tọa độ tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC

Với A(–3; 2), B(1; 5), C(3; −1), H(0; 3) và I(a; b) ta có:

• $\overrightarrow{AH}=\left(3;1\right)$

• M là trung điểm của BC nên $\left\{\begin{array}{l}{x}_M=\frac{1+3}{2}=2\\ y_M=\frac{5+\left(-1\right)}{2}=2\end{array}\right.$

Vậy tọa độ tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC là $I\left(\frac{1}{2};\frac{3}{2}\right).$

Bài 4.38 trang 66 SBT Toán 10 Tập 1: Cho ba điểm M, N, P. Nếu một lực $\overrightarrow{F}$ không đổi tác động lên một chất điểm trong suốt quá trình chuyển động của chất điểm, thì các công sinh bởi lực $\overrightarrow{F}$ trong hai trường hợp sau có mối quan hệ gì với nhau?

a) Chất điểm chuyển động theo đường gấp khúc từ M đến N rồi tiếp tục từ N đến P.

b) Chất điểm chuyển động thẳng từ M đến P.

Lời giải:

a) Do lực $\overrightarrow{F}$ không đổi tác động lên một chất điểm trong suốt quá trình chuyển động của chất điểm nên công sinh bởi lực $\overrightarrow{F}$ khi chất điểm chuyển động theo đường gấp khúc từ M đến N rồi tiếp tục từ N đến P là:

b) Do lực $\overrightarrow{F}$ không đổi tác động lên một chất điểm trong suốt quá trình chuyển động của chất điểm nên công sinh bởi lực $\overrightarrow{F}$ khi chất điểm chuyển động thẳng từ M đến P là:

A₂ $=\overrightarrow{F}.\overrightarrow{MP}$            (2)

Từ (1) và (2) ta có A₁ = A₂ $\left(=\overrightarrow{F}.\overrightarrow{MP}\right)$

Vậy A₁ = A₂.

Xem thêm các bài giải SBT Toán 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 10: Vectơ trong mặt phẳng tọa độ

Bài tập cuối chương 4

Bài 12: Số gần đúng và sai số

Bài 13: Các số đặc trưng đo xu thế trung tâm

Lý thuyếtTích vô hướng của hai vectơ

1. Góc giữa hai vectơ

Cho hai vectơ $\overrightarrow{u}$ và $\overrightarrow{v}$ khác $\overrightarrow{0}$. Từ một điểm A tùy ý, vẽ các vectơ $\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{u}$ và $\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{v}$. Khi đó, số đo của góc BAC được gọi là số đo góc giữa hai vectơ $\overrightarrow{u}$ và $\overrightarrow{v}$ hay đơn giản là góc giữa hai vectơ $\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$, kí hiệu là ($\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$).

Chú ý :

+ Quy ước rằng góc giữa hai vectơ $\overrightarrow{u}$ và $\overrightarrow{0}$ có thể nhận một giá trị tùy ý từ 0° đến 180°.

+ Nếu ($\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$) = 90° thì ta nói rằng $\overrightarrow{u}$ và $\overrightarrow{v}$ vuông góc với nhau. Kí hiệu $\overrightarrow{u}$ ⊥ $\overrightarrow{v}$ hoặc $\overrightarrow{v}$ ⊥ $\overrightarrow{u}$. Đặc biệt được coi là vuông góc với mọi vectơ.

Ví dụ : Cho tam giác ABC vuông tại A và $\hat{B}=30°$. Tính $(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{AC})$, $(\overrightarrow{CA},\overrightarrow{CB})$, $(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{BC})$.

Hướng dẫn giải

Ta có $(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{AC})$ = $\widehat{BAC}=90°$.

Tam giác ABC vuông tại A nên ta có .

$\widehat{ACB}+\widehat{ABC}=90°\Rightarrow \widehat{ACB}=90°-\widehat{ABC}=90°-30°=60°$

Suy ra: $(\overrightarrow{CA},\overrightarrow{CB})=\widehat{ACB}=60°$.

Vẽ $\overrightarrow{BD}$ sao cho $\overrightarrow{BD}$ = $\overrightarrow{AB}$. Khi đó $(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{BC})$ = $(\overrightarrow{BD},\overrightarrow{BC})$ = $\widehat{CBD}$.

Mặt khác $\widehat{ABC}+\widehat{CBD}=180°$ (hai góc kề bù)

Suy ra $\widehat{CBD}=180°-\widehat{ABC}=180°-30°=150°$.

Do đó, $(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{BC})$ = $\widehat{CBD}$ = 150°.

Vậy $(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{AC})$ = 90°, $(\overrightarrow{CA},\overrightarrow{CB})$ = 60°, $(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{BC})$ = 150°.

2. Tích vô hướng của hai vectơ

Tích vô hướng của hai vectơ khác vectơ-không $\overrightarrow{u}$ và $\overrightarrow{v}$ là một số, kí hiệu là $\overrightarrow{u}$.$\overrightarrow{v}$, được xác định bởi công thức sau:

$\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{v}$ = |$\overrightarrow{u}$|.|$\overrightarrow{v}$|.cos($\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$)

Chú ý:

+) $\overrightarrow{u}$ ⊥ $\overrightarrow{v}$ ⇔ $\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{v}$ = 0.

+) $\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{u}$ còn được viết là ${\overrightarrow{u}}^2$ và được gọi là bình phương vô hướng của vectơ $\overrightarrow{u}$.

Ta có ${\overrightarrow{u}}^2=\left|\overrightarrow{u}\right|.\left|\overrightarrow{u}\right|.\cos 0°={\left(\overrightarrow{u}\right)}^2$.

(Bình phương vô hướng của một vectơ bằng bình phương độ dài của vectơ đó.)

Ví dụ: Cho tam giác đều ABC có cạnh bằng 2 và có đường cao AH. Tính các tích vô hướng:

a) $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}$;

b) $\overrightarrow{AH}.\overrightarrow{BC}$.

Hướng dẫn giải

a) Vì tam giác ABC đều nên $(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{AC})=\widehat{BAC}=60°$.

Suy ra: $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}=\left|\overrightarrow{AB}\right|.\left|\overrightarrow{AC}\right|\cos (\overrightarrow{AB},\overrightarrow{AC})=\mathrm{2.2.}\cos 60°=\mathrm{2.2.}\frac{1}{2}=2$.

Vậy $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}$ = 2.

b) Vì AH là đường cao của tam giác ABC nên AH ⊥ BC.

Do đó $(\overrightarrow{AH},\overrightarrow{BC})=90°$.

Ta có: $\overrightarrow{AH}.\overrightarrow{BC}=\left|\overrightarrow{AH}\right|.\left|\overrightarrow{BC}\right|\cos (\overrightarrow{AH},\overrightarrow{BC})=\left|\overrightarrow{AH}\right|.\left|\overrightarrow{BC}\right|\cos 90°=\left|\overrightarrow{AH}\right|.\left|\overrightarrow{BC}\right|.0=0$.

Vậy $\overrightarrow{AH}.\overrightarrow{BC}$ = 0.

3. Biểu thức tọa độ và tính chất của tích vô hướng

• Tích vô hướng của hai vectơ $\overrightarrow{u}=(x;y)$ và $\overrightarrow{v}=(x‘;y‘)$ được tính theo công thức :

$\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{v}$ = x.x’ + y.y’.

Nhận xét:

+ Hai vectơ $\overrightarrow{u}$ và $\overrightarrow{v}$ vuông góc với nhau khi và chỉ khi x.x’ + y.y’ = 0.

+ Bình phương vô hướng của $\overrightarrow{u}=(x;y)$ là ${\overrightarrow{u}}^2$ = x² + y².

+ Nếu $\overrightarrow{u}$ ≠ $\overrightarrow{0}$ và $\overrightarrow{v}$ ≠ $\overrightarrow{0}$ thì cos($\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$) = $\frac{\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}}{\left|\overrightarrow{u}\right|.\left|\overrightarrow{v}\right|}=\frac{xx‘+yy‘}{\sqrt{x^2+y^2}.\sqrt{x{‘}^2+y{‘}^2}}$.

Ví dụ: Trong mặt phẳng tọa độ cho hai vectơ $\overrightarrow{u}=(0;-5)$ và $\overrightarrow{v}=(\sqrt{3};1)$ .

a) Tính tích vô hướng của hai vectơ trên.

b) Tìm góc giữa của hai vectơ trên.

Hướng dẫn giải

a) Ta có: $\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{v}$ = 0.$\sqrt{3}$ + (–5).1= –5;

Vậy $\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{v}$ = –5.

b) Ta có $|\overrightarrow{u|}=\sqrt{0^2+{(-5)}^2}=5$; $\left|\overrightarrow{v}\right|=\sqrt{{\left(\sqrt{3}\right)}^2+1^2}=2$

Suy ra : cos($\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$) = $\frac{\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}}{\left|\overrightarrow{u}\right|.\left|\overrightarrow{v}\right|}=\frac{-5}{5.2}=\frac{-5}{10}=\frac{-1}{2}$.

Suy ra ($\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$) = 120°.

Vậy ($\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$) = 120°.

• Tính chất của tích vô hướng :

Với ba vectơ $\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$, $\overrightarrow{\text{w}}$ bất kì và mọi số thực k, ta có :

+) $\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{v}$ = $\overrightarrow{v}$. $\overrightarrow{u}$ (tính chất giao hoán);

+) $\overrightarrow{u}$. ($\overrightarrow{v}$ + $\overrightarrow{\text{w}}$) = $\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{v}$ + $\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{\text{w}}$ (tính chất phân phối đối với phép cộng) ;

+) (k $\overrightarrow{u}$). $\overrightarrow{v}$ = k ($\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{v}$) = $\overrightarrow{u}$.( k$\overrightarrow{v}$).

Chú ý: Từ tính trên, ta có thể chứng minh được :

$\overrightarrow{u}$. ($\overrightarrow{v}$ – $\overrightarrow{\text{w}}$)= $\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{v}$ – $\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{\text{w}}$ (tính chất phân phối đối với phép trừ) ;

($\overrightarrow{u}$ + $\overrightarrow{v}$)² = ${\overrightarrow{u}}^2$ + 2$\overrightarrow{u}$. $\overrightarrow{v}$ + ${\overrightarrow{v}}^2$; ($\overrightarrow{u}$ – $\overrightarrow{v}$)² = ${\overrightarrow{u}}^2$ –2$\overrightarrow{u}$.$\overrightarrow{v}$ + ${\overrightarrow{v}}^2$;

($\overrightarrow{u}$ + $\overrightarrow{v}$).($\overrightarrow{u}$ – $\overrightarrow{v}$) = ${\overrightarrow{u}}^2$ – ${\overrightarrow{v}}^2$.

Ví dụ: Cho tam giác ABC. Chứng minh rằng với điểm M tùy ý ta có:

$\overrightarrow{MA}.\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{MB}.\overrightarrow{CA}+\overrightarrow{MC}.\overrightarrow{AB}=0$.

Hướng dẫn giải

Ta có $\overrightarrow{MA}.\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{MA}.(\overrightarrow{MC}-\overrightarrow{MB})=\overrightarrow{MA}.\overrightarrow{MC}-\overrightarrow{MA}.\overrightarrow{MB};$(1)

$\overrightarrow{MB}.\overrightarrow{CA}=\overrightarrow{MB}.(\overrightarrow{MA}-\overrightarrow{MC})=\overrightarrow{MB}.\overrightarrow{MA}-\overrightarrow{MB}.\overrightarrow{MC};$ (2)

$\overrightarrow{MC}.\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{MC}.(\overrightarrow{MB}-\overrightarrow{MA})=\overrightarrow{MC}.\overrightarrow{MB}-\overrightarrow{MC}.\overrightarrow{MA}$. (3)

Cộng các kết quả từ (1), (2), (3), ta được: $\overrightarrow{MA}.\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{MB}.\overrightarrow{CA}+\overrightarrow{MC}.\overrightarrow{AB}=0$

Vậy $\overrightarrow{MA}.\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{MB}.\overrightarrow{CA}+\overrightarrow{MC}.\overrightarrow{AB}=0$.