Giải Toán 10 trang 72 Tập 1 Kết nối tri thức

Huyen Luong Ngày: 23-02-2023 Lớp 10

271

Với Giải toán lớp 10 trang 72 Tập 1 Kết nối tri thức chi tiết giúp học sinh dễ dàng xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập Toán 10. Mời các bạn đón xem:

Giải Toán 10 trang 72 Tập 1 Kết nối tri thức

Bài 4.34 trang 72 Toán lớp 10: Cho hình bình hành ABCD. Chứng minh rằng với mọi điểm M, ta có:

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

Phương pháp giải:

+) ABCD là hình bình hành thì: $\vec{A B} = \vec{D C}$

Lời giải:

Do ABCD là hình bình hành nên $\vec{A B} = \vec{D C}$

$\begin{array}{l} \Rightarrow \vec{A M} + \vec{M B} = \vec{D M} + \vec{M C} \\ \Leftrightarrow - \vec{M A} + \vec{M B} = - \vec{M D} + \vec{M C} \\ \Leftrightarrow \vec{M A} + \vec{M C} = \vec{M B} + \vec{M D} \end{array}$

Cách 2:

Ta có: $\vec{M A} + \vec{M C} = \vec{M B} + \vec{M D} \Leftrightarrow \vec{M A} - \vec{M B} = \vec{M D} - \vec{M C}$ (*)

Áp dụng quy tắc hiệu ta có: $\vec{M A} - \vec{M B} = \vec{B A}; \vec{M D} - \vec{M C} = \vec{C D}$

Do đó (*) $\Leftrightarrow \vec{B A} = \vec{C D}$ (luôn đúng do ABCD là hình bình hành)

Cách 3:

Ta có:

$\vec{M A} + \vec{M C} = \vec{M B} + \vec{B A} + \vec{M D} + \vec{D C} = \vec{M B} + \vec{M D} + (\vec{B A} + \vec{D C})$

Vì ABCD là hình bình hành nên $\vec{A B} = \vec{D C}$ $\Rightarrow - \vec{B A} = \vec{D C}$ hay $\vec{B A} + \vec{D C} = \vec{0}$

$\Rightarrow \vec{M A} + \vec{M C} = \vec{M B} + \vec{M D}$ (đpcm)

Bài 4.35 trang 72 Toán lớp 10: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho A (2; 1), B (-2; 5) và C (-5; 2).

a) Tìm tọa độ của các vectơ $\vec{B A}$ và $\vec{B C}$

b) Chứng minh rằng A, B, C là ba đỉnh của một tam giác vuông. Tính diện tích và chu vi của tam giác đó.

c) Tìm tọa độ trọng tâm G của tam giác ABC.

d) Tìm tọa độ của điểm D sao cho tứ giác BCAD là một hình bình hành.

Phương pháp giải:

a) Tọa độ của vectơ: $\vec{B A} = (x_{A} - x_{B}; y_{A} - y_{B})$

b) Tính $\vec{B A} . \vec{B C} = 0$ , chỉ ra góc vuông trong tam giác ABC.

c) Công thức tọa độ của trọng tâm G là $(\frac{x_{A} + x_{B} + x_{C}}{3}; \frac{y_{A} + y_{B} + y_{C}}{3})$

d) BCAD là một hình bình hành $\Leftrightarrow \vec{B C} = \vec{A D}$

Lời giải:

a) Ta có: $\vec{B A} = (2 - (- 2); 1 - 5) = (4; - 4)$ và $\vec{B C} = (- 5 - (- 2); 2 - 5) = (- 3; - 3)$

Ta có: $\vec{B A} . \vec{B C} = 4. (- 3) + (- 4) . (- 3) = 0$

$\Rightarrow \vec{B A} ⊥ \vec{B C}$ hay $\hat{A B C} = 90^{o}$

Vậy tam giác ABC vuông tại B.

Lại có: $A B = | \vec{B A} | = \sqrt{4^{2} + {(- 4)}^{2}} = 4 \sqrt{2}$ ; $B C = | \vec{B C} | = \sqrt{3^{2} + {(- 3)}^{2}} = 3 \sqrt{2}$

Và $A C = \sqrt{A B^{2} + B C^{2}} = 5 \sqrt{2}$ (do $Δ A B C$ vuông tại B).

Diện tích tam giác ABC là: $S_{A B C} = \frac{1}{2} . A B . B C = \frac{1}{2} .4 \sqrt{2} .3 \sqrt{2} = 12$

Chu vi tam giác ABC là: $A B + B C + A C = 4 \sqrt{2} + 3 \sqrt{2} + 5 \sqrt{2} = 12 \sqrt{2}$

c) Tọa độ của trọng tâm G là $(\frac{2 + (- 2) + (- 5)}{3}; \frac{1 + 5 + 2}{3}) = (\frac{- 5}{3}; \frac{8}{3})$

d) Giả sử điểm D thỏa mãn BCAD là một hình bình hành có tọa độ là (a; b).

Ta có: $\vec{B C} = (- 3; - 3)$ và $\vec{A D} = (a - 2; b - 1)$

Vì BCAD là một hình bình hành nên $\vec{A D} = \vec{B C}$

$\begin{array}{l} \Leftrightarrow (a - 2; b - 1) = (- 3; - 3) \\ \Leftrightarrow {\begin{cases} a - 2 = - 3 \\ b - 1 = - 3 \end{cases} \Leftrightarrow {\begin{cases} a = - 1 \\ b = - 2 \end{cases} \end{array}$

Vậy D có tọa độ (-1; -2)

Bài 4.36 trang 72 Toán lớp 10: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho A (1; 2), B (3; 4), C (-2; -2) và D (6;5).

a) Hãy tìm tọa độ của các vectơ $\vec{A B}$ và $\vec{C D}$

b) Hãy giải thích tại sao các vectơ $\vec{A B}$ và $\vec{C D}$ cùng phương.

c) Giả sử E là điểm có tọa độ (a; 1). Tìm a để các vectơ $\vec{A C}$ và $\vec{B E}$ cùng phương.

d) Với a tìm được, hãy biểu thị vectơ $\vec{A E}$ theo các vectơ $\vec{A B}$ và $\vec{A C}$ .

Phương pháp giải:

a) Tọa độ của vectơ: $\vec{A B} = (x_{B} - x_{A}; y_{B} - y_{A})$

b) Tìm $k \neq 0$ sao cho: $\vec{A B} = k . \vec{C D}$

c) Vectơ $\vec{u} (a; b)$ và $\vec{v} (x; y)$ $(x; y \neq 0)$ cùng phương $\Leftrightarrow \frac{a}{x} = \frac{b}{y}$ $(x; y \neq 0)$

Lời giải:

a) Ta có: $\vec{A B} = (3 - 1; 4 - 2) = (2; 2)$ và $\vec{C D} = (6 - (- 1); 5 - (- 2)) = (7; 7)$

b) Dễ thấy: $(2; 2) = \frac{2}{7} . (7; 7)$ $\Rightarrow \vec{A B} = \frac{2}{7} . \vec{C D}$

Vậy hai vectơ $\vec{A B}$ và $\vec{C D}$ cùng phương.

c) Ta có: $\vec{A C} = (- 1 - 1; - 2 - 2) = (- 2; - 4)$ và $\vec{B E} = (a - 3; 1 - 4) = (a - 3; - 3)$

Để $\vec{A C}$ và $\vec{B E}$ cùng phương thì $\frac{a - 3}{- 2} = \frac{- 3}{- 4}$ $\Leftrightarrow a - 3 = - \frac{3}{2}$ $\Leftrightarrow a = \frac{3}{2}$

Vậy $a = \frac{3}{2}$ hay $E (\frac{3}{2}; 1)$ thì hai vectơ $\vec{A C}$ và $\vec{B E}$ cùng phương

Cách 1:

Ta có: $\vec{B E} = (\frac{3}{2} - 3; - 3) = (- \frac{3}{2}; - 3)$ ; $\vec{A C} = (- 2; - 4)$

$\Rightarrow \vec{B E} = \frac{3}{4} . \vec{A C}$

Mà $\vec{A E} = \vec{A B} + \vec{B E}$ (quy tắc cộng)

$\Rightarrow \vec{A E} = \vec{A B} + \frac{3}{4} . \vec{A C}$

Cách 2:

Giả sử $\vec{A E} = m . \vec{A B} + n . \vec{A C}$ (*)

Ta có: $\vec{A E} = (\frac{1}{2}; - 1)$ , $m . \vec{A B} = m (2; 2) = (2 m; 2 m)$ , $n . \vec{A C} = n (- 2; - 4) = (- 2 n; - 4 n)$

Do đó (*) $\Leftrightarrow (\frac{1}{2}; - 1) = (2 m; 2 m) + (- 2 n; - 4 n)$

$\begin{array}{l} \Leftrightarrow (\frac{1}{2}; - 1) = (2 m - 2 n; 2 m - 4 n) \\ \Leftrightarrow {\begin{cases} \frac{1}{2} = 2 m - 2 n \\ - 1 = 2 m - 4 n \end{cases} \Leftrightarrow {\begin{cases} m = 1 \\ n = \frac{3}{4} \end{cases} \end{array}$

Vậy $\vec{A E} = \vec{A B} + \frac{3}{4} . \vec{A C}$

Bài 4.37 trang 72 Toán lớp 10: Cho vectơ $\vec{a} \neq \vec{0}$ . Chứng minh rằng $\frac{1}{| \vec{a} |} \vec{a}$ (hay còn được viết là $\frac{\vec{a}}{| \vec{a} |}$ ) là một vectơ đơn vị, cùng hướng với vectơ $\vec{a}$ .

Phương pháp giải:

Cho vectơ $\vec{a} \neq \vec{0}$ . Chứng minh rằng $\frac{1}{| \vec{a} |} \vec{a}$ (hay còn được viết là $\frac{\vec{a}}{| \vec{a} |}$ ) là một vectơ đơn vị, cùng hướng với vectơ $\vec{a}$ .

Lời giải:

Cách 1:

Gọi tọa độ của vectơ $\vec{a}$ là (x; y).

Ta có: $| \vec{a} | = \sqrt{x^{2} + y^{2}}$ .

Đặt $\vec{i} = \frac{1}{| \vec{a} |} . \vec{a}$

$\Rightarrow \vec{i} = \frac{1}{\sqrt{x^{2} + y^{2}}} . (x; y) = (\frac{x}{\sqrt{x^{2} + y^{2}}}; \frac{y}{\sqrt{x^{2} + y^{2}}})$

$\Rightarrow | \vec{i} | = \sqrt{{(\frac{x}{\sqrt{x^{2} + y^{2}}})}^{2} + {(\frac{y}{\sqrt{x^{2} + y^{2}}})}^{2}} = \sqrt{\frac{x^{2}}{x^{2} + y^{2}} + \frac{y^{2}}{x^{2} + y^{2}}} = 1$

Mặt khác:

$\vec{i} = \frac{1}{| \vec{a} |} . \vec{a} = \frac{1}{\sqrt{x^{2} + y^{2}}} . \vec{a}$ và $\frac{1}{\sqrt{x^{2} + y^{2}}} > 0$ với mọi $x, y \neq 0$

Do đó vectơ $\vec{i}$ và $\vec{a}$ cùng hướng.

Vậy $\frac{1}{| \vec{a} |} \vec{a}$ (hay $\frac{\vec{a}}{| \vec{a} |}$ ) là một vectơ đơn vị, cùng hướng với vectơ $\vec{a}$ .

Cách 2:

Với mọi vectơ $\vec{a} \neq \vec{0}$ , ta có: $| \vec{a} | > 0 \Rightarrow k = \frac{1}{| \vec{a} |} > 0$ . Đặt $\vec{i} = \frac{1}{| \vec{a} |} . \vec{a} = k . \vec{a}$

$\begin{array}{l} \Rightarrow | \vec{i} | = | k . \vec{a} | = | k | . | \vec{a} | \\ \Leftrightarrow | \vec{i} | = k . | \vec{a} | = \frac{1}{| \vec{a} |} . | \vec{a} | = 1 \end{array}$

Mặt khác: $\vec{i} = \frac{1}{| \vec{a} |} . \vec{a} = k . \vec{a}$ và $k > 0$

Do đó vectơ $\vec{i}$ và $\vec{a}$ cùng hướng.

Vậy $\frac{1}{| \vec{a} |} \vec{a}$ (hay $\frac{\vec{a}}{| \vec{a} |}$ ) là một vectơ đơn vị, cùng hướng với vectơ $\vec{a}$ .

Bài 4.38 trang 72 Toán lớp 10: Cho ba vectơ $\vec{a}, \vec{b}, \vec{u}$ với $| \vec{a} | = | \vec{b} | = 1$ và $\vec{a} ⊥ \vec{b}$ . Xét một hệ trục Oxy với các vectơ đơn vị $\vec{i} = \vec{a}, \vec{j} = \vec{b} .$ Chứng minh rằng:

a) Vectơ $\vec{u}$ có tọa độ là $(\vec{u} . \vec{a}; \vec{u} . \vec{b})$

b) $\vec{u} = (\vec{u} . \vec{a}) . \vec{a} + (\vec{u} . \vec{b}) . \vec{b}$

Phương pháp giải:

a) Trên hệ trục Oxy mới, xác định hoành độ, tung độ của vectơ $\vec{u}$

+) $\vec{u} . \vec{a} = | \vec{u} | . | \vec{a} | . c o s (o v e r r i g h t a r r o w u . \vec{a})$

b) Vectơ $\vec{u}$ có tọa độ $(x; y)$ trong hệ trục Oxy với các vectơ đơn vị $\vec{i}; \vec{j}$ thì $\vec{u} = x . \vec{i} + y . \vec{j}$

Lời giải:

Bài 4.37 trang 72 Toán lớp 10 Tập 1 | Kết nối tri thức (ảnh 1)

a) Trên mặt phẳng tọa độ, lấy các điểm A, B, C sao cho $\vec{O A} = \vec{a}; \vec{O B} = \vec{b}; \vec{O C} = \vec{u}$

Trên hệ trục Oxy với các vectơ đơn vị $\vec{i} = \vec{a}, \vec{j} = \vec{b}$ , lấy M, N là hình chiếu của C trên Ox, Oy.

Gọi tọa độ của $\vec{u}$ là $(x; y)$ . Đặt $α = (\vec{u}, \vec{a})$ .

+) Nếu $0^{o} < α < 90^{o}$ : $x = O M = | \vec{u} | . \cos α = | \vec{u} | . \cos α . | \vec{a} | = \vec{u} . \vec{a};$

Bài 4.37 trang 72 Toán lớp 10 Tập 1 | Kết nối tri thức (ảnh 2)

+) Nếu $90^{o} < α < 180^{o}$ : $x = - O M = - | \vec{u} | . \cos (180^{o} - α) = | \vec{u} | . \cos α = \vec{u} . \vec{a};$

Bài 4.37 trang 72 Toán lớp 10 Tập 1 | Kết nối tri thức (ảnh 3)

Như vậy ta luôn có: $x = \vec{u} . \vec{a}$

Chứng minh tương tự, ta có: $y = \vec{u} . \vec{b}$

Vậy vectơ $\vec{u}$ có tọa độ là $(\vec{u} . \vec{a}; \vec{u} . \vec{b})$

b) Trong hệ trục Oxy với các vectơ vectơ đơn vị $\vec{i} = \vec{a}, \vec{j} = \vec{b}$ , vectơ $\vec{u}$ có tọa độ là $(\vec{u} . \vec{a}; \vec{u} . \vec{b})$

$\begin{array}{l} \Rightarrow \vec{u} = (\vec{u} . \vec{a}) . \vec{i} + (\vec{u} . \vec{b}) . \vec{j} \\ \Leftrightarrow \vec{u} = (\vec{u} . \vec{a}) . \vec{a} + (\vec{u} . \vec{b}) . \vec{b} \end{array}$

Bài 4.39 trang 72 Toán lớp 10: Trên sông, một cano chuyển động thẳng đều theo hướng $S 15^{o} E$ với vận tốc có độ lớn bằng 20 km/h. Tính vận tốc riêng của cano, biết rằng, nước trên sông chảy về hướng đông với vận tốc có độ lớn bằng 3 km/h.

Phương pháp giải:

Định lí cosin trong tam giác OAC: $A C^{2} = O A^{2} + O C^{2} - 2. O A . O C . \cos \hat{A O C}$

Lời giải:

Lấy các điểm: A, C sao cho:

Vectơ vận tốc dòng nước $\vec{v_{n}} = \vec{O A}$

Vectơ vận tốc chuyển động $\vec{v_{c a n o}} = \vec{O C}$

Ta có: $\vec{v_{c a n o}} = \vec{v_{n}} + \vec{v}$ , với $\vec{v}$ là vectơ vận tốc riêng của cano.

Gọi B là điểm sao cho $\vec{v} = \vec{O B}$ thì OACB là hình bình hành.

Bài 4.38 trang 72 Toán lớp 10 Tập 1 | Kết nối tri thức (ảnh 1)

Vì tàu chuyển động theo hướng $S 15^{o} E$ nên vectơ $\vec{O C}$ tạo với hướng Nam (tia OS) góc $15^{o}$ và tạo với hướng Đông (tia OE) góc $90^{o} - 15^{o} = 75^{o}$ .

Mà nước trên sông chảy về hướng đông nên vectơ $\vec{O A}$ cùng hướng với vectơ $\vec{O E}$

Do đó góc tạo bởi vectơ $\vec{O C}$ và vectơ $\vec{O A}$ là $75^{o}$

Xét tam giác OAC ta có:

$O A = | \vec{v_{n}} | = 3$ ; $O C = | \vec{v_{c a n o}} | = 20$ và $\hat{A O C} = 75^{o}$

Áp dụng định lí cosin tại đỉnh O ta được:

$\begin{array}{l} A C^{2} = O A^{2} + O C^{2} - 2. O A . O C . \cos \hat{A O C} \\ \Leftrightarrow A C^{2} = 3^{2} + 20^{2} - 2.3.20. \cos 75^{o} \approx 378 \\ \Leftrightarrow O B = A C \approx 19, 44 \end{array}$