Toán 10 Cánh Diều Bài 2: Biểu thức tọa độ của các phép toán vectơ

799

Toptailieu.vn giới thiệu Giải bài tập Toán lớp 10 Bài 2: Biểu thức tọa độ của các phép toán vectơ sách Cánh diều giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập môn Toán 10 Tập 2. Mời các bạn đón xem:

Toán 10 Cánh Diều Bài 2: Biểu thức tọa độ của các phép toán vectơ

Câu hỏi trang 67 Toán 10

Câu hỏi khởi động trang 67 Toán lớp 10 Tập 2: Trên màn hình ra đa của đài kiểm soát không lưu (được coi như mặt phẳng tọa độ Oxy với đơn vị trên các trục tính theo ki-lô-mét), một máy bay trực thăng chuyển động thẳng đều từ thành phố A có tọa độ (400; 50) đến thành phố B có tọa độ (100; 450) (Hình 17) và thời gian bay quãng đường AB là 3 giờ. Người ta muốn biết vị trí (tọa độ) của máy bay trực thăng tại thời điểm sau khi xuất phát t giờ (0 ≤ t ≤ 3).

 (ảnh 1)

Làm thế nào để xác định được tọa độ của máy bay trực thăng tại thời điểm trên?

Lời giải:

Sau bài học này, ta giải quyết được bài toán này như sau:

Gọi T(x; y) là vị trí máy bay trực thăng tại thời điểm sau khi xuất phát t giờ (0 ≤ t ≤ 3).

Ta có: AT=x400;y50AB=100400;45050=300;400.

Theo bài ra có thời gian bay quãng đường AB là 3 giờ, suy ra tọa độ máy bay trực thăng tại thời điểm sau khi xuất phát t giờ chính là tại vị trí T sao cho AT=t3AB.

Ta có: t3AB=t3300;400=t3.300;t3.400=100t;400t3

Khi đó: AT=t3ABx400;y50=100t;400t3

Trên màn hình ra đa của đài kiểm soát không lưu một máy bay trực thăng chuyển động thẳng đều

Vậy tọa độ của máy bay trực thăng tại thời điểm sau khi xuất phát t giờ là T400100t;50+400t3 với (0 ≤ t ≤ 3).

1. Biểu thức tọa độ của phép cộng hai vectơ, phép trừ hai vectơ, phép nhân một số với một vectơ

Hoạt động 1 trang 67 Toán lớp 10 Tập 2: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy (Hình 18), cho hai vectơ u=x1;y1 và v=x2;y2.

 (ảnh 1)

a) Biểu diễn các vectơ u,v theo hai vectơ i và j.

b) Biểu diễn các vectơ u+v,uv,ku (k ∈ ℝ) theo hai vectơ i và j.

c) Tìm tọa độ các vectơ u+v,uvku (k ∈ ℝ).

Lời giải:

a) Do u=x1;y1 và v=x2;y2 nên u=x1i+y1j,v=x2i+y2j.

b) Để biểu diễn vectơ u+v theo hai vectơ i và j, ta làm như sau:

Do u=x1i+y1j,v=x2i+y2j, vậy nên:

u+v=x1i+y1j+x2i+y2j=x1i+x2i+y1j+y2j=x1+x2i+y1+y2j

Tương tự, ta có:

uv=x1i+y1jx2i+y2j=x1ix2i+y1jy2j=x1x2i+y1y2j.

ku=kx1i+y1j=kx1i+ky1j=kx1i+ky1j (k ∈ ℝ).

c) Do u+v=x1+x2i+y1+y2j nên tọa độ vectơ u+v là (x1 + x2; y+ y2).

Do uv=x1x2i+y1y2j nên tọa độ vectơ uv là (x1 – x2; y1 – y2).

Do ku=kx1i+ky1j nên tọa độ vectơ ku là (kx1; ky1) với (k ∈ ℝ).

Câu hỏi trang 68 Toán 10

Luyện tập 1 trang 68 Toán lớp 10 Tập 2: a) Cho u=2;0,v=0;6,w=2;3. Tìm tọa độ của vectơ u+v+w.

b) Cho u=3;0,v=0;7. Tìm tọa độ của vectơ w sao cho w+u=v.

Lời giải:

a) Ta có: u+v+w = ((– 2) + 0 + (– 2); 0 + 6 + 3). Vậy u+v+w = (– 4; 9).

b) Ta có: w+u=vw=vuw=03;70. Vậy w=3;7.

Luyện tập 2 trang 68 Toán lớp 10 Tập 2: Trong bài toán mở đầu, hãy tìm tọa độ của máy bay trực thăng tại thời điểm sau khi xuất phát 2 giờ.

Lời giải:

Gọi C(xC; yC) là vị trí máy bay trực thăng tại thời điểm sau khi xuất phát 2 giờ.

Ta có: AC=xC400;yC50AB=100400;45050=300;400.

Theo bài ra có thời gian bay quãng đường AB là 3 giờ, suy ra tọa độ máy bay trực thăng tại thời điểm sau khi xuất phát 2 giờ chính là tại vị trí C sao cho AC=23AB.

Ta có: 23AB=23300;400=23.300;23.400=200;8003

Khi đó: AC=23ABxC400;yC50=200;8003

Trong bài toán mở đầu, hãy tìm tọa độ của máy bay trực thăng

Vậy tọa độ của máy bay trực thăng tại thời điểm sau khi xuất phát 2 giờ là C200;9503.

2. Tọa độ trung điểm đoạn thẳng và tọa độ trọng tâm tam giác

Câu hỏi trang 69 Toán 10

Hoạt động 2 trang 69 Toán lớp 10 Tập 2: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho hai điểm A(xA; yA) và B(xB; y­B). Gọi M(xM; yM) là trung điểm của đoạn thẳng AB (minh họa ở Hình 19).

 (ảnh 1)

a) Biểu diễn vectơ OM theo hai vectơ OA  OB.

b) Tìm tọa độ của M theo tọa độ của A và B.

Lời giải:

a) Vì M là trung điểm của AB nên với điểm O, ta có OA+OB=2OM hay OM=12OA+OB=12OA+12OB.

b) Tọa độ của vectơ OA chính là tọa độ của điểm A(xA; yA) nên OA=xA;yA.

Tọa độ của vectơ OB chính là tọa độ của điểm B(xB; yB) nên OB=xB;yB.

Ta có: 12OA=12xA;yA=12xA;12yA12OB=12xB;yB=12xB;12yB.

Do đó: OM=12OA+12OB=12xA+12xB;12yA+12yB.

Tọa độ của vectơ OM chính là tọa độ của điểm M.

Vậy tọa độ của điểm M là MxA+xB2;yA+yB2.

Luyện tập 3 trang 69 Toán lớp 10 Tập 2: Cho hai điểm A(2; 4) và M(5; 7).Tìm tọa độ điểm B sao cho M là trung điểm đoạn thẳng AB. 

Lời giải:

Gọi tọa độ điểm B(x­B; y­B).

Vì M là trung điểm của AB nên xM=xA+xB2;yM=yA+yB2.

Cho hai điểm A và M Tìm tọa độ điểm B sao cho M là trung điểm đoạn thẳng AB

Vậy tọa độ điểm B là B(8; 10).

Hoạt động 3 trang 69 Toán lớp 10 Tập 2: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có trọng tâm G (minh họa ở Hình 20).

 (ảnh 1)

a) Biểu diễn vectơ OG theo ba vectơ OA,OB và OC.

b) Tìm tọa độ của G theo tọa độ của A, B, C.

Lời giải:

a) Vì G là trọng tâm của tam giác ABC nên với điểm O ta có OA+OB+OC=3OG hay OG=13OA+OB+OC=13OA+13OB+13OC.

b) Tọa độ của vectơ OA chính là tọa độ của điểm A(xA; yA) nên OA=xA;yA.

Tọa độ của vectơ OB chính là tọa độ của điểm B(xB; yB) nên OB=xB;yB.

Tọa độ của vectơ OC chính là tọa độ của điểm C(xC; yC) nên OC=xC;yC.

Ta có:; 13OB=13xB;yB=13xB;13yB13OC=13xC;yC=13xC;13yC

Do đó: OG=13OA+13OB+13OC=13xA+13xB+13xC;13yA+13yB+13yC.

Tọa độ của vectơ OG chính là tọa độ của điểm G.

Vậy tọa độ của điểm G là GxA+xB+xC3;yA+yB+yC3 .

Luyện tập 4 trang 69 Toán lớp 10 Tập 2: Cho ba điểm A(– 1; 1); B(1; 5); G(1; 2).

a) Chứng minh ba điểm A, B, G không thẳng hàng.

b) Tìm tọa độ điểm C sao cho G là trọng tâm của tam giác ABC.

Lời giải:

a) Ta có: AB=11;51=2;4AG=11;21=2;1.

Vì 2241 nên ABkAG.

Vậy ba điểm A, B, G không thẳng hàng.

b) Gọi tọa độ điểm C(xC; yC).

Cho ba điểm A(– 1; 1); B(1; 5); G(1; 2). (ảnh 2)

Vậy tọa độ điểm C là C(3; 0).

3. Biểu thức tọa độ của tích vô hướng

Hoạt động 4 trang 70 Toán lớp 10 Tập 2: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho ivà j là các vectơ đơn vị trên Ox và Oy.

a) Tính i2;j2;i,j.

b) Cho u=x1;y1,v=x2;y2. Tính tích vô hướng của u.v.

Lời giải:

a) Ta có: i2=i2=1;j2=j2=1;i.j=0 (vì , do hai trục tọa độ vuông góc với nhau).

b) Vì u=x1;y1,v=x2;y2.

Nên ta có: u=x1i+y1j;v=x2i+y2j.

Do đó u.v=x1i+y1j.u=x2i+y2j=x1x2.i2+x1y2.i.j+y1x2.j.i+y1y2.j2=x1x2+y1y2

(do i2=i2=1;j2=j2=1;i.j=j.i=0 )

Vậy u.v=x1x2+y1y2.

Bài tập

Câu hỏi trang 72 Toán 10

Bài 1 trang 72 Toán lớp 10 Tập 2: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho a=1;2b=3;1c=2;3.

a) Tìm tọa độ vectơ u=2a+b3c.

b) Tìm tọa độ của vectơ x sao cho x+2b=a+c.

Lời giải:

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho vectơ a=(-1;2), vectơ b=(3;1), vecto c=(2;-3) (ảnh 1)

Bài 2 trang 72 Toán lớp 10 Tập 2: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho A(– 2; 3) ; B(4; 5); C(2; – 3).

a) Chứng minh ba điểm A, B, C không thẳng hàng.

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

c) Giải tam giác ABC (làm tròn các kết quả đến hàng đơn vị).

Lời giải:

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho A(– 2; 3) ; B(4; 5); C(2; – 3). (ảnh 1)

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho A(– 2; 3) ; B(4; 5); C(2; – 3). (ảnh 2)

Bài 3 trang 72 Toán lớp 10 Tập 2: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có trung điểm các cạnh BC, CA, AB tương ứng là M(2; 0); N(4; 2); P(1; 3).

a) Tìm tọa độ các điểm A, B, C.

b) Trọng tâm hai tam giác ABC và MNP có trùng nhau không? Vì sao?

Lời giải:

a) Gọi tọa độ các điểm A(xA; yA), B(xB; yB), C(xC; yC).

Vì P(1; 3) là trung điểm của cạnh AB nên

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có trung điểm các cạnh (ảnh 1)

Vì N(4; 2) là trung điểm của cạnh CA nên

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có trung điểm các cạnh (ảnh 2)

Từ (1) và (2) suy ra:

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có trung điểm các cạnh (ảnh 3)

Vì M(2; 0) là trung điểm của BC nên

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có trung điểm các cạnh (ảnh 4)

Vậy tọa độ các điểm A, B, C là A(3; 5), B(– 1; 1), C(5; – 1).

b) Gọi G là trọng tâm của tam giác ABC, khi đó tọa độ của G là

xG=xA+xB+xC3=3+1+53=73yG=yA+yB+yC3=5+1+13=53.

Vậy G73;53.

Gọi G' là trọng tâm tam giác MNP, khi đó tọa độ của G' là

xG'=xM+xN+xP3=2+4+13=73yG'=yM+yN+yP3=0+2+33=53

Vậy G'73;53.

Do đó G ≡ G'.

Vậy trọng tâm hai tam giác ABC và MNP trùng nhau.

Bài 4 trang 72 Toán lớp 10 Tập 2: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có A(2; 4); B(– 1; 1); C(– 8; 2).

a) Tính số đo góc ABC (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị theo đơn vị độ).

b) Tính chu vi của tam giác ABC.

c) Tìm tọa độ điểm M trên đường thẳng BC sao cho diện tích của tam giác ABC bằng hai lần diện tích của tam giác ABM.

Lời giải:

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có A(2; 4); B(– 1; 1); C(– 8; 2). (ảnh 1)

c) Vì ABC^=127° nên tam giác ABC tù.

Kẻ đường cao AH của tam giác ABC, M thuộc đường thẳng BC nên đường cao của tam giác ABM cũng là AH.

Khi đó: SABC = 12AH . BC và SABM = 12AH . BM.

Theo bài ra ta có diện tích của tam giác ABC bằng hai lần diện tích của tam giác ABM nên SABC = 2SABM.

Do đó: 12AH . BC = 2 . 12AH . BM ⇔ BC = 2BM hay BM = 12BC.

Suy ra M là trung điểm của BC hoặc M là điểm đối xứng với trung điểm của BC qua B.

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có A(2; 4); B(– 1; 1); C(– 8; 2). (ảnh 2)

Trường hợp 1: M là trung điểm của BC nên tọa độ của M là xM=xB+xC2=1+82=92yM=yB+yC2=1+22=32.

Vậy M92;32.

Trường hợp 2: M là điểm đối xứng với trung điểm BC qua B.

Khi đó điểm cần tìm là M', với B là trung điểm của MM'.

Ta có: xM' = 2xB – xM = 2 . (– 1) –92=52 , yM' = 2 . 1 –32=12 .

Vậy M'52;12.

Bài 5 trang 72 Toán lớp 10 Tập 2: Cho ba điểm A(1; 1) ; B(4; 3) và C (6; – 2).

a) Chứng minh ba điểm A, B, C không thẳng hàng.

b) Tìm tọa độ điểm D sao cho tứ giác ABCD là hình thang có AB // CD và CD = 2AB.

Lời giải:

a) Ta có: AB=41;31=3;2AC=61;21=5;3.

Vì 3523 nên ABkAC.

Vậy ba điểm A, B, C không thẳng hàng.

b) Gọi tọa độ điểm D(x; y).

Ta có: DC=6x;2y.

Vì hình thanh ABCD có AB // CD nên hai vectơ AB,DC cùng hướng và CD = 2AB, do đó DC=2AB.

Ta có: 2AB=23;2=6;4.

Cho ba điểm A(1; 1) ; B(4; 3) và C (6; – 2). (ảnh 1)

Vậy tọa độ điểm D là D(0; – 6).

Bài 6 trang 72 Toán lớp 10 Tập 2: Chứng minh khẳng định sau:

Hai vectơ u=x1;y1,v=x2;y2v0 cùng phương khi và chỉ khi có một số thực k sao cho x1 = kx2 và y­1 = ky2.

Lời giải:

Hai vectơ u và v v0 cùng phương khi và chỉ khi có số thực k sao cho u=kv.

Mà kv=kx2;y2=kx2;ky2.

Chứng minh khẳng định sau: (ảnh 1)

Vậy suy ra điều phải chứng minh.

Bài 7 trang 72 Toán lớp 10 Tập 2: Một vật đồng thời bị ba lực tác động: lực tác động thứ nhất F1 có độ lớn là 1 500 N, lực tác động thứ hai F2 có độ lớn là 600 N, lực tác động thứ ba F3 có độ lớn là 800 N. Các lực này được biểu diễn bằng những vectơ như Hình 23, với F1,F2=30°,F1,F3=45° và F2,F3=75°. Tính độ lớn lực tổng hợp tác động lên vật (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị).

 (ảnh 1)

Lời giải:

Ta vẽ các hợp lực như hình sau:

 (ảnh 2)

Theo quy tắc hình bình hành ta có: F2+F3=F23.

Lực tổng hợp tác động lên vật là F với F=F1+F2+F3=F1+F23.

Ta cần tìm độ lớn lực F.

 (ảnh 3)

Đánh giá

0

0 đánh giá