Zadania z algebry dwuliniowej (zestaw 2) GEOMETRIA PRZESTRZENI EUKLIDESOWYCH

Wykorzystując iloczyn skalarny udowodnić następujące twierdzenia dotyczące przestrzeni euklidesowej: 1. Wysokości dowolnego trójkąta przecinają się w jednym punkcie.

2. Symetralne boków dowolnego trójkąta przecinają się w jednym punkcie.

3. W dowolnym trójkącie punkty przecięcia się środkowych, wysokości i symetralnych boków leżą na jednej prostej.

4. Twierdzenie cosinusów. Jeżeli A, B, C są trzema różnymi punktami przestrzeni euklidesowej, to

−→

−→

−→

−→

−→

−→ −→

k AB k2= k BC k2 + k CA k2 −2 k CA k · k BC k · cos(∠{ CA, CB}).

Wyprowadź stąd twierdzenie Pitagorasa.

5. Jeżeli A, B, C są trzema różnymi punktami przestrzeni euklidesowej, to

−→

−→

−→

−→ −→

k CA k2 + k CB k2 − k AB k2

( CA, CB) =

.

2

6. Jeżeli A, B, C są wierzchołkami trójkąta oraz punkt D jest rzutem punktu C na prostą AB ( spodek wysokości trójkąta

−→

−→ −→

−→ −→

ABC), to k CD k2= ( CA, CB) − ( DA, DB).

−→ −→

−→

−→

−→

Ponadto jeśli wektory CA, CB są prostopadłe, to k CD k2=k DA k · k DB k.

7. Jeżeli A, B, C są wierzchołkami trójkąta oraz punkt S jest środkiem odcinka AB, to

−→

−→

−→

−→

−→

−→

−→ −→

1

−→

−→

2 k CA k2 +2 k CB k2 − k AB k2

k CS k2=k CA k · k CB k · cos(∠{ CA, CB}) + k AB k2

oraz

k CS k2=

.

4

2

8. Twierdzenie sinusów. Jeżeli A, B, C są wierzchołkami trójkąta, to

−→

−→

−→

k AC k

k BC k

k AB k

−→ −→

=

−→ −→

=

−→ −→

.

sin(∠{ BA, BC})

sin(∠{ AB, AC})

sin(∠{ CA, CB})

9. Wzór Herona. Pole trójkąta o bokach a, b, c wyraża się wzorem s = p p( p − a)( p − b)( p − c), gdzie p = a+ b+ c .

2

10. Twierdzenie Ptolemeusza. W czworokącie wpisanym w okrąg iloczyn długości przekątnych jest równy sumie iloczynów długości boków przeciwległych.

Wskazówki do rozwi ˛

azania powyższych zadań a także dowody wielu innych interesuj ˛

acych faktów geometrycznych

można znaleźć w ksi ˛

ażce Edwarda Piegata pt. „Wektory i geometria", PZWS, Warszawa 1964.

2