Giải bài tập SGK Toán 10 Chương 2 Bài 2: Tích vô hướng của hai vectơ

1. Giải bài 1 trang 45 SGK Hình học 10

Phương pháp giải

2. Giải bài 2 trang 45 SGK  Hình học 10

Cho ba điểm \(O, A, B\) thẳng hàng biết \(OA = a, OB = b\). Tính tích vô hướng của \(\vec{OA}\).\(\vec{OB}\) trong \(2\) trường hợp

a) Điểm \(O\) nằm ngoài đoạn \(AB.\)

b) Điểm \(O\) nằm trong đoạn \(AB.\)

Phương pháp giải

- Hai vectơ cùng phướng thì góc giữa chúng bằng 0 độ.

- Hai vectơ ngược hướng thì góc giữa chúng bằng 180 độ.

- Cho hai vectơ \(\overrightarrow a\) và \( \overrightarrow b \) đều khác vectơ \( \overrightarrow 0. \) Khi đó tích vô hướng của vectlơ \(\overrightarrow a\) và \( \overrightarrow b \) được xác định bởi công thức sau:

\[\overrightarrow a \overrightarrow {.b}  = \left| {\overrightarrow a } \right|.\left| {\overrightarrow b } \right|\cos \left( {\overrightarrow a ,\;\overrightarrow b } \right).\]

Hướng dẫn giải

Câu a:

Khi \(O\) nằm ngoài đoạn \(AB\) thì hai vec tơ \(\vec{OA}\) và \(\vec{OB}\) cùng hướng.

Do đó góc \((\vec{OA}, \vec{OB}) = 0^0\) \( \Rightarrow \cos(\vec{OA}, \vec{OB}) =\cos 0^0 = 1\)

Nên \(\vec{OA}.\vec{OB} \)

\( = \left| {\overrightarrow {OA} } \right|.\left| {\overrightarrow {OB} } \right|.\cos \left( {\overrightarrow {OA} ,\overrightarrow {OB} } \right)\)

\(=OA.OB.\cos 0^0 =a.b.1= ab.\)

Câu b:

Khi \(O\) nằm trong đoạn \(AB\) thì hai vec tơ \(\vec{OA}\) và \(\vec{OB}\) ngược hướng.

Do đó góc \((\vec{OA}, \vec{OB}) = 180^0\) \( \Rightarrow \cos(\vec{OA}, \vec{OB}) = \cos 180^0 =-1\)

Nên \(\vec{OA}.\vec{OB} \)

\( = \left| {\overrightarrow {OA} } \right|.\left| {\overrightarrow {OB} } \right|.\cos \left( {\overrightarrow {OA} ,\overrightarrow {OB} } \right)\)

\(=OA.OB.\cos 180^0 =a.b.(-1)\)\(=- ab.\)

3. Giải bài 3 trang 45 SGK Hình học 10

Cho nửa đường tròn tâm \(O\) có  đường kính \(AB = 2R\). Gọi \(M\) và \(N\) là hai điểm thuộc nửa đường tròn sao cho hai dây cung \(AM\) và \(BN\) cắt nhau tại \(I\).

a) Chứng minh \(\overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AM}  = \overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AB}\) và \(\overrightarrow {BI} .\overrightarrow {BN}  = \overrightarrow {BI} .\overrightarrow {BA}\);

b)  Hãy dùng câu a) để tính \(\overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AM}  + \overrightarrow {BI} .\overrightarrow {BN}\) theo \(R.\)

Phương pháp giải

- Góc nội tiếp chắn nửa đường tròn thì bằng 90 độ.

- Sử dụng quy tắc ba điểm, xen điểm thích hợp.

- Chú ý: \(\overrightarrow a  \bot \overrightarrow b  \Leftrightarrow \overrightarrow a .\overrightarrow b  = 0\)

Hướng dẫn giải

Câu a:

AB là đường kính nên \(\widehat {AMB} = \widehat {ANB} = {90^0}\) (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn)

\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}
AM \bot MB\\
AN \bot NB
\end{array} \right.\)

Ta có: \({\overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AM} } = \overrightarrow {AI} \left( {\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {BM} } \right) \)

\(= \overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AI} .\overrightarrow {BM} \)

Mặt khác: \(\overrightarrow {AI}  \bot \overrightarrow {BM} \) (do AM\(\bot\) MB) nên \(\overrightarrow {AI} .\overrightarrow {BM}  = 0\) 

Từ đó: \(\overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AM}  = \overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AB}+0 \) \(= \overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AB}\)

Ta có: \(\overrightarrow {BI} .\overrightarrow {BN}  = \overrightarrow {BI} \left( {\overrightarrow {BA}  + \overrightarrow {AN} } \right) \)\(= \overrightarrow {BI} .\overrightarrow {BA}  + \overrightarrow {BI} .\overrightarrow {AN} \)

Mặt khác: \(\overrightarrow {BI}  \bot \overrightarrow {AN} \) (vì BN \(\bot\) NA) nên \(\overrightarrow {BI} .\overrightarrow {AN}  = 0\)

Từ đó: \(\overrightarrow {BI} .\overrightarrow {BN}  =  \overrightarrow {BI} .\overrightarrow {BA}+0 \)\(=\overrightarrow {BI} .\overrightarrow {BA}\).

Câu b:

\(\eqalign{& \overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AM} + \overrightarrow {BI} .\overrightarrow {BN}\cr& = \overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AB} + \overrightarrow {BI} .\overrightarrow {BA} \cr & = \overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {BI} .\left( { - \overrightarrow {AB} } \right)\cr & = \overrightarrow {AI} .\overrightarrow {AB} - \overrightarrow {BI} .\overrightarrow {AB} \cr&= \overrightarrow {AB} \left( {\overrightarrow {AI} - \overrightarrow {BI} } \right) \cr &  = \overrightarrow {AB} .\left( {\overrightarrow {AI}  + \overrightarrow {IB} } \right)\cr &= \overrightarrow {AB} .\overrightarrow {AB} = {\overrightarrow {AB} ^2} = 4{{\rm{R}}^2} \cr} \)

4. Giải bài 4 trang 45 SGK Hình học 10

Trên mặt phẳng \(Oxy\), cho hai điểm \(A(1; 3), \,  B(4;2)\)

a) Tìm tọa độ điểm \(D\) nằm trên trục \(Ox\) sao cho \(DA = DB\);

b) Tính chu vi tam giác \(OAB\);

c) Chứng tỏ rằng \(OA\) vuông góc với \(AB\) và từ đó tính diện tích tam giác \(OAB.\)

Phương pháp giải

Câu a:

• Điểm \(D \in Ox \Rightarrow D(x_0; \, 0).\)
• \(DA = DB \Leftrightarrow D{A^2} = D{B^2}\)

Câu b:

Chu vi tam giác \(OAB:\;\;\;C = OA + OB + AB.\)

Câu c:

• \(OA \bot AB \Leftrightarrow \overrightarrow {OA} .\overrightarrow {AB} = 0.\)
• \( {S_{OAB}} = \frac{1}{2}OA.AB.\)

Hướng dẫn giải

Câu a:

\(D\) nằm trên trục \(Ox\) nên tọa độ của \(D\) là \((x; 0)\).

Ta có : \(\overrightarrow {DA}  = \left( {{x_A} - {x_D};{y_A} - {y_D}} \right) = \left( {1 - x;3} \right)\)

\(\overrightarrow {DB}  = \left( {{x_B} - {x_D};{y_B} - {y_D}} \right)  = \left( {4 - x;2} \right).\)

\(\Rightarrow DA = \sqrt {{{\left( {1 - x} \right)}^2} + {3^2}} ,\) \(DB = \sqrt {{{\left( {4 - x} \right)}^2} + {2^2}} \)

\(\begin{array}{l}
DA = DB\\
 \Leftrightarrow \sqrt {9 + {{\left( {x - 1} \right)}^2}}  = \sqrt {{{\left( {x - 4} \right)}^2} + 4} \\
 \Leftrightarrow 9 + {\left( {x - 1} \right)^2} = 4 + {\left( {x - 4} \right)^2}\\
 \Leftrightarrow {x^2} - 2x + 10 = {x^2} - 8x + 20\\
 \Leftrightarrow 6x = 10\\
 \Leftrightarrow x = \frac{5}{3}
\end{array}\)

Câu b:

\(\begin{array}{l}
\overrightarrow {OA} = \left( {1;3} \right)\\
\Rightarrow OA = \sqrt {{1^2} + {3^2}} = \sqrt {10} \\
\overrightarrow {OB} = \left( {4;2} \right)\\
\Rightarrow OB = \sqrt {{4^2} + {2^2}} = \sqrt {20} = 2\sqrt 5 \\
\overrightarrow {AB} = \left( {{x_B} - {x_A};{y_B} - {y_A}} \right)\\
= \left( {4 - 1;2 - 3} \right) = \left( {3; - 1} \right)\\
\Rightarrow AB = \sqrt {{3^2} + {{\left( { - 1} \right)}^2}} = \sqrt {10} \\
\Rightarrow C = OA + AB + OB\\
= \sqrt {10} + \sqrt {10} + 2\sqrt 5 \\
= 2\sqrt {10} + 2\sqrt 5
\end{array}\)

Vậy chu vi tam giác là \(2\sqrt {10} + 2\sqrt 5 \).

Câu c:

Ta có \(\vec{OA}= (1; 3)\); \(\vec{AB} = (3; -1)\)

\(\vec{OA} .\vec{AB} = 1.3 + 3.(-1) = 0 \)

\(\Rightarrow \vec{OA}\) ⊥ \(\vec{AB}\)

Do đó OA\(\bot\)AB nên \(\widehat {OAB} = {90^0}\) hay tam giác OAB vuông tại A.

\({S_{OAB}} = \frac{1}{2}OA.AB\) \( =\frac{1}{2}.\sqrt{10}.\sqrt{10}\)\( =5\) (đvdt)

5. Giải bài 5 trang 45 SGK Hình học 10

Trên mặt phẳng Oxy hãy tính góc giữa hai vectơ \(\overrightarrow a \) và \(\overrightarrow b \) trong các trường hợp sau:

a) \(\overrightarrow a  = (2; -3) ,\)  \(\overrightarrow b = (6, 4);\)

b) \(\overrightarrow a  = (3; 2),\) \(\overrightarrow b = (5, -1);\)

c) \(\overrightarrow a  = (-2; -2\sqrt3)\), \(\overrightarrow b = (3; \sqrt3)\);

Phương pháp giải

Áp dụng công thức: \(\cos \left( {\overrightarrow a ,\;\overrightarrow b } \right) = \dfrac{{ {\overrightarrow a .\overrightarrow b } }}{{\left| {\overrightarrow a } \right|.\left| {\overrightarrow b } \right|}}\)\( = \dfrac{{{{x_1}{x_2} + y{  _1}{y_2}} }}{{\sqrt {x_1^2 + y_1^2} .\sqrt {x_2^2 + y_2^2} }}.\)

Hướng dẫn giải

Câu a:

\(\overrightarrow a .\overrightarrow b  = 2.6 + \left( { - 3} \right).4 = 0 \Rightarrow \overrightarrow a  \bot \overrightarrow b\) hay \(\left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = {90^0}\)

Cách trình bày khác:

\(\begin{array}{l}
\cos \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = \frac{{2.6 + \left( { - 3} \right).4}}{{\sqrt {{2^2} + {{\left( { - 3} \right)}^2}} .\sqrt {{6^2} + {4^2}} }}\\
= \frac{0}{{\sqrt {13} .\sqrt {52} }} = 0\\
\Rightarrow \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = {90^0}
\end{array}\)

Câu b:

\(\begin{array}{l}
\cos \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = \frac{{3.5 + 2.\left( { - 1} \right)}}{{\sqrt {{3^2} + {2^2}} .\sqrt {{5^2} + {{\left( { - 1} \right)}^2}} }}\\
= \frac{{13}}{{\sqrt {13} .\sqrt {26} }} = \frac{1}{{\sqrt 2 }}\\
\Rightarrow \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = {45^0}
\end{array}\)

Câu c:

\(\begin{array}{l}
\cos \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) \\= \frac{{ - 2.3 + \left( { - 2\sqrt 3 } \right).\sqrt 3 }}{{\sqrt {{{\left( { - 2} \right)}^2} + {{\left( { - 2\sqrt 3 } \right)}^2}} .\sqrt {{3^2} + {{\left( {\sqrt 3 } \right)}^2}} }}\\
= \frac{{ - 12}}{{\sqrt {16} .\sqrt {12} }} = - \frac{{\sqrt 3 }}{2}\\
\Rightarrow \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = {150^0}
\end{array}\)

6. Giải bài 6 trang 46 SGK Hình học 10

Phương pháp giải

• \(\overrightarrow {AB} = \overrightarrow {DC} \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} AB//DC\\ AB = DC \end{array} \right.\) \( \Rightarrow ABCD\) là hình bình hành.
• \(\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {AD} = 0 \Rightarrow \overrightarrow {AB} \bot \overrightarrow {AD} \Rightarrow ABCD\) là hình chữ nhật.
• \(AB = AD \Rightarrow ABCD\)là hình vuông.

7. Giải bài 7 trang 46 SGK Hình học 10

Phương pháp giải