Sách bài tập Toán 10 Bài 8 (Kết nối tri thức): Tổng và hiệu của hai vectơ

Giải SBT Toán lớp 10 Bài 8: Tổng và hiệu của hai vectơ

Giải SBT Toán 10 trang 50 Tập 1

Bài 4.7 trang 50 SBT Toán 10 Tập 1: Cho hai vectơ $\vec{a}$ và $\vec{b}$ không cùng phương. Chứng minh rằng:

$|\vec{a}| - |\vec{b}| < |\vec{a} + \vec{b}| < |\vec{a}| + |\vec{b}|$

Lời giải:

Giả sử ba điểm A, B, C thoả mãn: $\vec{a} = \vec{A B}, \vec{b} = \vec{B C}$

Sách bài tập Toán 10 Bài 8: Tổng và hiệu của hai vectơ - Kết nối tri thức (ảnh 1)

Khi đó ta có: $\vec{a} + \vec{b} = \vec{A B} + \vec{B C} = \vec{A C}$ (quy tắc ba điểm)

Do đó:

Sách bài tập Toán 10 Bài 8: Tổng và hiệu của hai vectơ - Kết nối tri thức (ảnh 1)

Mặt khác: xét tam giác ABC, theo bất đẳng thức trong tam giác ta có:

AB – BC < AC < AB + BC

Hay $|\vec{a}| - |\vec{b}| < |\vec{a} + \vec{b}| < |\vec{a}| + |\vec{b}|$

Vậy $|\vec{a}| - |\vec{b}| < |\vec{a} + \vec{b}| < |\vec{a}| + |\vec{b}| .$

Bài 4.8 trang 50 SBT Toán 10 Tập 1: Cho hình bình hành ABCD tâm O. M là một điểm tuỳ ý thuộc cạnh BC, khác B và C. MO cắt cạnh AD tại N.

a) Chứng minh rằng O là trung điểm MN.

b) Gọi G là trọng tâm tam giác BCD. Chứng minh rằng G cũng là trọng tâm tam giác MNC.

Lời giải:

a) Vì ABCD là hình bình hành tâm O

Nên O là trung điểm của AC và BD và $\hat{A D O} = \hat{C B O}$

Xét ∆ODN và ∆OBM có:

OD = OB (do O là trung điểm của BD),

$\hat{D O N} = \hat{B O M}$ (hai góc đối đỉnh),

$\hat{N D O} = \hat{M B O}$ (do $\hat{A D O} = \hat{C B O}$ )

Þ ∆ODN = ∆OBM (g.c.g)

Þ ON = OM (hai cạnh tương ứng)

Þ O là trung điểm của NM.

Vậy O là trung điểm của NM.

b) Vì G là trọng tâm ∆BCD nên $\vec{G B} + \vec{G C} + \vec{G D} = \vec{0}$

$\Rightarrow (\vec{G M} + \vec{M B}) + \vec{G C} + (\vec{G N} + \vec{N D}) = \vec{0}$ (quy tắc hiệu)

$\Rightarrow \vec{G M} + \vec{M B} + \vec{G C} + \vec{G N} + \vec{N D} = \vec{0}$

$\Rightarrow \vec{G M} + \vec{G C} + \vec{G N} + (\vec{M B} + \vec{N D}) = \vec{0}$ (*)

Ta có: O là trung điểm của NM (câu a), O là trung điểm của BD (câu a)

Þ BMDN là hình bình hành

$\Rightarrow \vec{B M} = \vec{N D}$ $\Rightarrow - \vec{M B} = \vec{N D}$

$\Rightarrow \vec{M B} + \vec{N D} = \vec{0}$

Thay vào (*) ta được $\vec{G M} + \vec{G C} + \vec{G N} + \vec{0} = \vec{0}$

Do đó $\vec{G M} + \vec{G C} + \vec{G N} = \vec{0}$

Þ G là trọng tâm tam giác MNC.

Vậy G là trọng tâm tam giác MNC.

Bài 4.9 trang 50 SBT Toán 10 Tập 1: Cho tứ giác ABCD.

a) Chứng minh rằng $\vec{A B} + \vec{B C} + \vec{C D} + \vec{D A} = \vec{0}$

b) Chứng minh rằng $\vec{A B} + \vec{C D} = \vec{A D} + \vec{C B} .$

Lời giải:

a) Theo quy tắc ba điểm ta có:

Sách bài tập Toán 10 Bài 8: Tổng và hiệu của hai vectơ - Kết nối tri thức (ảnh 1)

Vậy $\vec{A B} + \vec{B C} + \vec{C D} + \vec{D A} = \vec{0}$

b) Theo quy tắc ba điểm ta có:

Sách bài tập Toán 10 Bài 8: Tổng và hiệu của hai vectơ - Kết nối tri thức (ảnh 1)

Vậy $\vec{A B} + \vec{C D} = \vec{A D} + \vec{C B} .$

Giải SBT Toán 10 trang 51 Tập 1

Bài 4.10 trang 51 SBT Toán 10 Tập 1: Cho tam giác ABC. Gọi D, E, F theo thứ tự là trung điểm của các cạnh BC, CA. AB.

a) Xác định vectơ $\vec{A F} - \vec{B D} + \vec{C E} .$

b) Xác định điểm M thoả mãn $\vec{AF} - \vec{B D} + \vec{C E} = \vec{M A} .$

c) Chứng minh rằng $\vec{M C} = \vec{A B} .$

Lời giải:

a) Ta có: $\vec{A F} - \vec{B D} + \vec{C E}$

$= \vec{A F} + \vec{D B} + \vec{C E}$

$= \vec{A F} + \vec{D B} + \vec{E A}$ (vì E là trung điểm AC nên $\vec{C E} = \vec{E A}$ )

$= (\vec{E A} + \vec{A F}) + \vec{D B}$

$= \vec{E F} + \vec{D B}$

Vì E, F lần lượt là trung điểm của AC, AB

Nên EF là đường trung bình của tam giác ABC

Þ EF // BC và $E F = \frac{1}{2} B C$

Mà D là trung điểm của BC nên $B D = \frac{1}{2} B C$

Xét tứ giác EFBD có: EF // BD, $EF = B D (= \frac{1}{2} B C)$

Þ EFBD là hình bình hành

Þ $\vec{E F} = \vec{D B}$

Khi đó: $\vec{A F} - \vec{B D} + \vec{C E}$ $= \vec{E F} + \vec{D B}$

$= \vec{D B} + \vec{D B}$

$= 2 \vec{D B}$

$\vec{C B}$ (do D là trung điểm của BC)

Vậy $\vec{A F} - \vec{B D} + \vec{C E} = \vec{C B} .$

b) Điểm M thoả mãn $\vec{AF} - \vec{B D} + \vec{C E} = \vec{M A} .$

Mà $\vec{A F} - \vec{B D} + \vec{C E} = \vec{C B}$ (câu a)

Nên $\vec{M A} = \vec{C B}$

Do đó MABC là hình bình hành (theo kết quả bài tập 4.3 SGK Toán 10 SBT Toán 10 Tập 1)

Vậy điểm M thoả mãn tứ giác MABC là hình bình hành.

c) Vì MABC là hình bình hành (câu b)

Nên $\vec{M C} = \vec{A B}$ (theo kết quả bài tập 4.3 SGK Toán 10 SBT Toán 10 Tập 1)

Vậy $\vec{M C} = \vec{A B} .$

Bài 4.11 trang 51 SBT Toán 10 Tập 1: Trên Hình 4.7 biểu diễn ba lực $\vec{F_{1}}, \vec{F_{2}}, \vec{F_{3}}$ cùng tác động vào một vật ở vị trí cân bằng A.

Sách bài tập Toán 10 Bài 8: Tổng và hiệu của hai vectơ - Kết nối tri thức (ảnh 1)

Cho biết $|\vec{F_{1}}| = 30 N, |\vec{F_{2}}| = 40 N .$ Tính cường độ của lực $\vec{F_{3}} .$

Lời giải:

Ta sử dụng các vectơ $\vec{A B}, \vec{A C}, \vec{A D}$ và $\vec{A E}$ lần lượt biểu diễn cho các lực $\vec{F_{1}}, \vec{F_{2}}, \vec{F_{3}}$ và hợp lực $\vec{F}$ của $\vec{F_{1}}, \vec{F_{2}}$ (hình vẽ dưới đây).

Khi đó do $\vec{F} = \vec{F_{1}} + \vec{F_{2}}$ nên tứ giác ABEC là hình bình hành

Lại có $\hat{B A C} = 90 °$ nên ABEC là hình chữ nhật

Khi đó $|\vec{F}| = |\vec{A E}| = A E = \sqrt{A B^{2} + B E^{2}}$ (định lí Pythagoras)

Hay $|\vec{F}| = \sqrt{{|\vec{F_{1}}|}^{2} + {|\vec{F_{2}}|}^{2}} = \sqrt{30^{2} + 40^{2}} = 50$ (N).

Do vật ở vị trí cân bằng A nên hai lực $\vec{F}$ và $\vec{F_{3}}$ ngược hướng và có cường độ bằng nhau

Tức là hai vectơ $\vec{A E}$ và $\vec{A D}$ là hai vectơ đối nhau

Do đó cường độ của lực $\vec{F_{3}}$ bằng $|\vec{F_{3}}| = |\vec{F}| = 50 (N)$

Vậy cường độ của lực $\vec{F_{3}}$ bằng 50 N.

Bài 4.12 trang 51 SBT Toán 10 Tập 1: Trên mặt phẳng, chất điểm A chịu tác dụng của ba lực $\vec{F_{1}}, \vec{F_{2}}, \vec{F_{3}}$ và ở trạng thái cân bằng. Góc giữa hai vectơ $\vec{F_{1}}, \vec{F_{2}}$ bằng 60°. Tính độ lớn của $\vec{F_{3}}$ , biết $|\vec{F_{1}}| = |\vec{F_{2}}| = 2 \sqrt{3} N .$

Lời giải:

Sách bài tập Toán 10 Bài 8: Tổng và hiệu của hai vectơ - Kết nối tri thức (ảnh 1)

Khi đó do $\vec{F} = \vec{F_{1}} + \vec{F_{2}}$ nên tứ giác ABEC là hình bình hành

Lại có góc giữa hai vectơ $\vec{F_{1}}, \vec{F_{2}}$ bằng 60° nên $\hat{B A C} = 60 °$

Suy ra

$\hat{E C A} = 180 ° - \hat{B A C} = 180 ° - 60 ° = 120 °$

Áp dụng định lí Cosin cho tam giác AEC ta có:

AE² = AC² + EC² – 2.AC.EC.cos $\hat{E C A}$

Hay $A E^{2} = {(2 \sqrt{3})}^{2} + {(2 \sqrt{3})}^{2} - 2.2 \sqrt{3} .2 \sqrt{3} . c os120 °$

Þ AE² = 36

Þ AE = 6

Do đó $|\vec{F}| = 6 (N)$

Vì chất điểm A ở trạng thái cân bằng nên hai lực $\vec{F_{}}$ và $\vec{F_{3}}$ ngược hướng và có cường độ bằng nhau

Tức là hai vectơ $\vec{A E}$ và $\vec{A D}$ là hai vectơ đối nhau

Do đó độ lớn của lực $\vec{F_{3}}$ bằng $|\vec{F_{3}}| = |\vec{F}| = 6 (N)$

Vậy độ lớn của lực $\vec{F_{3}}$ bằng 6 N.

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

Bài 7: Các khái niệm mở đầu

Bài 9: Tích của một vectơ với một số

Bài 10: Vectơ trong mặt phẳng tọa độ

Bài 11: Tích vô hướng của hai vectơ

Lý thuyết Tổng và hiệu của hai vectơ

1. Tổng của hai vectơ

– Cho hai vectơ $\vec{a}$ và $\vec{b}$ . Lấy một điểm A tùy ý và vẽ $\vec{A B} = \vec{a}$ , $\vec{B C} = \vec{b}$ . Khi đó vectơ $\vec{A C}$ được gọi là tổng của hai vectơ $\vec{a}$ và $\vec{b}$ và được kí hiệu là $\vec{a}$ + $\vec{b}$ .

– Phép lấy tổng của hai vectơ được gọi là phép cộng vectơ.

Tổng và hiệu của hai vectơ

– Quy tắc ba điểm: Với ba điểm bất kì A, B, C, ta có $\vec{A B} + \vec{B C} = \vec{A C}$ .

– Quy tắc hình bình hành: Nếu ABCD là hình bình hành thì $\vec{A B} + \vec{B C} = \vec{A C}$ .

Tổng và hiệu của hai vectơ

– Với ba vectơ; $\vec{a}$ , $\vec{b}$ , $\vec{c}$ tùy ý :

+ Tính chất giao hoán: $\vec{a}$ + $\vec{b}$ = $\vec{b}$ + $\vec{a}$ ;

+ Tính chất kết hợp: ( $\vec{a}$ + $\vec{b}$ ) + $\vec{c}$ = $\vec{a}$ + ( $\vec{b}$ + $\vec{c}$ );

+ Tính chất của vectơ–không: $\vec{a}$ + $\vec{0}$ = $\vec{0}$ + $\vec{a}$ = $\vec{a}$ .

Chú ý: Do các vectơ ( $\vec{a}$ + $\vec{b}$ ) + $\vec{c}$ và $\vec{a}$ + ( $\vec{b}$ + $\vec{c}$ ) bằng nhau, nên ta còn viết chúng dưới dạng $\vec{a}$ + $\vec{b}$ + $\vec{c}$ và gọi là tổng của ba vectơ $\vec{a}$ , $\vec{b}$ , $\vec{c}$ . Tương tự, ta cũng có thể viết tổng của một số vectơ mà không cần dùng dấu ngoặc.

Ví dụ: Cho hình vuông ABCD có cạnh bằng 1. Tính độ dài của các vectơ $\vec{B C} + \vec{D C}$ , $\vec{A B} + \vec{D C} + \vec{B D}$ .

Hướng dẫn giải

Tổng và hiệu của hai vectơ

Khi đó $\vec{B C} + \vec{D C}$ = $\vec{A D} + \vec{D C}$ = $\vec{A C}$ .

Suy ra : $| \vec{B C} + \vec{D C} |$ = $| \vec{A C} |$ .

Mặt khác ABCD là hình vuông có các cạnh bằng 1 nên độ dài đường chéo AC = $\sqrt{2}$ .

Và $| \vec{A C} |$ = AC, suy ra $| \vec{A C} |$ = $\sqrt{2}$ .

Do đó $| \vec{B C} + \vec{D C} |$ = $| \vec{A C} |$ = $\sqrt{2}$ .

Ta có: $\vec{A B} + \vec{D C} + \vec{B D}$ = ( $\vec{A B}$ + $\vec{B D}$ ) + $\vec{D C}$ = $\vec{A D}$ + $\vec{D C}$ = $\vec{A C}$ .

Suy ra $| \vec{A B} + \vec{D C} + \vec{B D} |$ = $| \vec{A C} | = \sqrt{2}$ .

Vậy $| \vec{B C} + \vec{D C} |$ = $\sqrt{2}$ ; $| \vec{A B} + \vec{D C} + \vec{B D} |$ = $\sqrt{2}$ .

2. Hiệu của hai vectơ

– Vectơ có cùng độ dài và ngược hướng với vectơ $\vec{a}$ được gọi là vectơ đối của vectơ $\vec{a}$ . Vectơ đối của vectơ $\vec{a}$ kí hiệu là – $\vec{a}$ .

– Vectơ được coi là vectơ đối của chính nó.

– Hai vectơ đối nhau khi và chỉ khi tổng của chúng bằng $\vec{0}$ .

– Vectơ $\vec{a}$ + (– $\vec{b}$ ) được gọi là hiệu của hai vectơ $\vec{a}$ và $\vec{b}$ và được kí hiệu là $\vec{a}$ – $\vec{b}$ . Phép lấy hiệu hai vectơ được gọi là phép trừ vectơ.

– Nếu $\vec{b}$ + $\vec{c}$ = $\vec{a}$ thì $\vec{a}$ – $\vec{b}$ = $\vec{a}$ + (– $\vec{b}$ ) = $\vec{c}$ + $\vec{b}$ + (– $\vec{b}$ ) = $\vec{c}$ + $\vec{0}$ = $\vec{c}$ .

– Quy tắc hiệu: Với ba điểm O, M, N, ta có $\vec{M N} = \vec{M O} + \vec{O N} = (- \vec{O M}) + \vec{O N} = \vec{O N} - \vec{O M}$ .

Ví dụ: Cho hình bình hành ABCD và một điểm O bất kì. Chứng minh rằng $\vec{O B} - \vec{O A} = \vec{O C} - \vec{O D}$ .

Hướng dẫn giải

Áp dụng quy tắc hiệu, ta có $\vec{O B} - \vec{O A} = \vec{A B}$ ; $\vec{O C} - \vec{O D} = \vec{D C}$ .

Mặt khác, vì ABCD là hình bình hành nên $\vec{A B} = \vec{D C}$ .

Vậy $\vec{O B} - \vec{O A} = \vec{O C} - \vec{O D}$ .

Nhận xét: Trong vật lý, trọng tâm của một vật là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật đó. Đối với một vật mỏng hình đa giác A₁A₂…A_n thì trọng tâm của nó là điểm G thỏa mãn $\vec{G A_{1}} + \vec{G A_{2}} + … + \vec{G A_{n}} = \vec{0}$ .

Ví dụ:

– Nếu I là trung điểm của đoạn thẳng AB thì $\vec{I A} + \vec{I B} = \vec{0}$

Tổng và hiệu của hai vectơ

– Nếu G là trọng tâm của tam giác ABC thì $\vec{G A} + \vec{G B} + \vec{G C} = \vec{0}$ .

Tổng và hiệu của hai vectơ

Chú ý:

– Phép cộng tương ứng với các quy tắc tổng hợp lực, tổng hợp vận tốc:

+ Nếu hai lực cùng tác động vào chất điểm A và được biểu diễn bởi các vectơ $\vec{u_{1}}$ , $\vec{u_{2}}$ thì hợp lực tác động vào A được biểu diễn bởi vectơ $\vec{u_{1}}$ + $\vec{u_{2}}$ .

+ Nếu một con thuyền di chuyển trên sông với vận tốc riêng (vận tốc so với dòng nước) được biểu diễn bở vectơ $\vec{v_{r}}$ và vận tốc của dòng nước (so với bờ) được biểu diễn bởi vectơ $\vec{v_{n}}$ thì vận tốc thực tế của thuyền (so với bờ) được biểu diễn bởi vectơ $\vec{v_{r}}$ + $\vec{v_{n}}$ .

Ví dụ: Con tàu di chuyển từ bờ sông bên này sang bờ sông bên kia với vận tốc riêng không đổi. Vectơ vận tốc thực tế của tàu được biểu thị như sau:

Tổng và hiệu của hai vectơ

Ta biểu thị hai bờ sông là hai đường thẳng d₁, d₂ song song với nhau. Giả sử tàu xuất phát từ A và bánh lái luôn giữ để tàu tạo với bờ góc α.

Gọi $\vec{v_{r}}$ , $\vec{v_{n}}$ lần lượt là vectơ vận tốc riêng của tàu và vận tốc dòng nước.

Khi đó tàu chuyển động với vận tốc thực tế là: $\vec{v} = \vec{v_{r}} + \vec{v_{n}}$ .

Bài liên quan