Clase 12 Soluciones RD Sharma – Capítulo 23 Álgebra de Vectores – Ejercicio 23.4

Pregunta 1. Si O es un punto en el espacio, ABC es un triángulo y D, E, F son los puntos medios de los lados BC, CA y AB respectivamente del triángulo, demuestre que

\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}=\overrightarrow{OD}+\overrightarrow{OE}+\overrightarrow{OF}

Solución:

En el △ABC, D, E, F son los puntos medios de los lados de BC, CA y AB y O es cualquier punto del espacio.

Consideremos  \vec{a},\ \ \vec{b},\ \ \vec{c},\ \ \vec{d},\ \ \vec{e},\ \ \vec{f}  el vector de posición del punto A, B, C, D, E, F con respecto a O.

Por lo tanto, \overrightarrow{OA}=\vec{a},\ \ \overrightarrow{OB}=\vec{b},\ \ \overrightarrow{OC}=\vec{c}\\ \overrightarrow{OD}=\vec{d},\ \ \overrightarrow{OE}=\vec{e},\ \ \overrightarrow{OF}=\vec{f}

Entonces, de acuerdo con la fórmula del punto medio

 \vec{d}=\frac{\vec{b}+\vec{c}}{2}\\ \vec{e}=\frac{\vec{a}+\vec{c}}{2}\\ \vec{f}=\frac{\vec{a}+\vec{b}}{2}

\overrightarrow{OD}+\overrightarrow{OE}+\overrightarrow{OF}=\vec{d}+\vec{e}+\vec{f}\\ =\frac{\vec{b}+\vec{c}}{2}+\frac{\vec{a}+\vec{c}}{2}+\frac{\vec{a}+\vec{b}}{2}\\ =\frac{\vec{b}+\vec{c}+\vec{a}+\vec{c}+\vec{a}+\vec{b}}{2}\\ =\frac{2(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c})}{2}\\ =\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}\\ =\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}

Por lo tanto, demostrado

\overrightarrow{OD}+\overrightarrow{OE}+\overrightarrow{OF}=\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}

Pregunta 2. Muestre que la suma de tres vectores determinados por las medianas de un triángulo dirigido desde los vértices es cero.

Solución:

Consideremos que ABC es un triángulo, por lo que los vectores de posición de A, B y C son \vec{a},\ \ \vec{b}\ and\ \ \vec{c}   

Por lo tanto, AD, BE, CF son medios, por lo tanto, D, E y F son puntos medios de la línea BC, AC y AB.

Ahora, usando la fórmula del punto medio obtenemos

Vector de posición de D = \frac{\vec{b}+\vec{c}}{2}                                            

Vector de posición de E = \frac{\vec{c}+\vec{a}}{2}                                               

Vector de posición de F = \frac{\vec{a}+\vec{b}}{2}     

Ahora, suma las tres medianas                                          

\overrightarrow{AD}+\overrightarrow{BE}+\overrightarrow{CF}

=\left(\frac{\vec{b}+\vec{c}}{2}-\vec{a}\right)+\left(\frac{\vec{c}+\vec{a}}{2}-\vec{b}\right)+\left(\frac{\vec{a}+\vec{b}}{2}-\vec{c}\right)\\ =\frac{\vec{b}+\vec{c}-2\vec{a}}{2}+=\frac{\vec{c}+\vec{a}-2\vec{b}}{2}+=\frac{\vec{a}+\vec{b}-2\vec{c}}{2}\\ =\frac{\vec{b}+\vec{c}-2\vec{a}+\vec{c}+\vec{a}-2\vec{b}+\vec{a}+\vec{b}-2\vec{c}}{2}\\ =\frac{2\vec{b}+2\vec{c}+2\vec{a}-2\vec{b}-2\vec{a}-2\vec{c}}{2}\\ =\frac{\vec{0}}{2}\\ =\vec{0}\\ \therefore\overrightarrow{AD}+\overrightarrow{BE}+\overrightarrow{CF}=\vec{0}

Por tanto, se demostró que la suma de los tres vectores determinada por las medianas 

de un triángulo dirigido desde los vértices es cero.

Pregunta 3. ABCD es un paralelogramo y P es el punto de intersección de sus diagonales. Si O es el origen de la referencia, demuestre que \overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}+\overrightarrow{PD}=4\overrightarrow{OP}

Solución:

Dado que ABCD es un paralelogramo, P es el punto de intersección de las diagonales y O el punto de referencia.

Entonces, usando la ley del triángulo en △AOP, obtenemos

\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{PA}=\overrightarrow{OA}          -(1)

Usando la ley del triángulo en △OBP, obtenemos

\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{PB}=\overrightarrow{OB}         -(2)

Usando la ley del triángulo en △OPC, obtenemos

\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{PC}=\overrightarrow{OC}         -(3)

Usando la ley del triángulo en △OPD, obtenemos

\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{PD}=\overrightarrow{OD}         -(4)

Ahora, al sumar las ecuaciones (1), (2), (3) y (4), obtenemos

\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{PA}+\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{PB}+\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{PC}+\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{PD}=\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}+\overrightarrow{OD}\\ 4\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{PA}+\overrightarrow{PB}+\overrightarrow{PC}+\overrightarrow{PD}=\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}+\overrightarrow{OD}\\ 4\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{PA}+\overrightarrow{PB}-\overrightarrow{PA}-\overrightarrow{PB}=\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}+\overrightarrow{OD}\\  Since, \overrightarrow{PC}=-\overrightarrow{PA}\ and\ \overrightarrow{PD}=-\overrightarrow{PB}\ as\ P\ is\ mid\ point\ of\ AC,\ BD\\ 4\overrightarrow{OP}=\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}+\overrightarrow{OD}

Pregunta 4. Muestre que los segmentos de línea que unen los puntos medios de los lados opuestos de un cuadrilátero se bisecan entre sí.

Solución:

Consideremos ABCD como un cuadrilátero y P, Q, R, S como los puntos medios de los lados AB, BC, CD y DA.

Entonces, el vector de posición de A, B, C y D sea \vec{a},\ \vec{b},\ \vec{c}\ and\ \vec{d}.

Usando la fórmula del punto medio 

Vector de posición de P = \frac{\vec{a}+\vec{b}}{2}

Vector de posición de Q = \frac{\vec{b}+\vec{c}}{2}

Vector de posición de R = \frac{\vec{c}+\vec{d}}{2}

Vector de posición de S = \frac{\vec{d}+\vec{a}}{2}

Vector de posición de  \overrightarrow{PQ} = Vector de posición de Q – Vector de posición de P

=\left(\frac{\vec{b}+\vec{c}}{2}\right)-\left(\frac{\vec{a}+\vec{b}}{2}\right)\\ =\frac{\vec{b}+\vec{c}-\vec{a}-\vec{b}}{2}\\ =\frac{\vec{c}+\vec{a}}{2}          -(1)

Vector de posición de  \overrightarrow{SR} = Vector de posición de R – Vector de posición de S

=\left(\frac{\vec{c}+\vec{d}}{2}\right)-\left(\frac{\vec{a}+\vec{d}}{2}\right)\\ =\frac{\vec{c}+\vec{d}-\vec{a}-\vec{d}}{2}\\ =\frac{\vec{c}-\vec{a}}{2}        -(2)

De la ecuación (1) y (2),

\overrightarrow{PQ}=\overrightarrow{SR}

Entonces, PQRS es un paralelogramo y PR biseca a QS -(como diagonales del paralelogramo)

Por lo tanto, demostró que los segmentos de recta que unen los puntos medios de 

los lados opuestos de un cuadrilátero se bisecan entre sí. 

Pregunta 5. ABCD son cuatro puntos en un plano y Q es el punto de intersección de las rectas que unen los puntos medios de AB y CD; a.C. y d.C. Muestre que  \overrightarrow{PA}+\overrightarrow{PB}+\overrightarrow{PC}+\overrightarrow{PD}=4\overrightarrow{PQ}  donde P es cualquier punto.

Solución:

Consideremos el vector de posición de los puntos A, B, C y D son\vec{a},\ \ \vec{b},\ \ \vec{c},\ \ \vec{d}

Usando la fórmula del punto medio, obtenemos

Vector de posición de AB = \frac{\vec{a}+\vec{b}}{2}

Vector de posición de BC = \frac{\vec{b}+\vec{c}}{2}

Vector de posición de CD = \frac{\vec{c}+\vec{d}}{2}

Vector de posición de DA = \frac{\vec{a}+\vec{d}}{2}

Se da que Q es el punto medio de la recta que une los puntos medios de AB y CD, por lo que

Q=\frac{\frac{\vec{a}+\vec{b}}{2}+\frac{\vec{c}+\vec{d}}{2}}{2}\\ =\frac{\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}+\vec{d}}{4}

Ahora, supongamos que  \vec{p} es el vector de posición de P.

Asi que,

\overrightarrow{PA}+\overrightarrow{PB}+\overrightarrow{PC}+\overrightarrow{PD}\\ =\vec{a}-\vec{p}+\vec{b}-\vec{p}+\vec{c}-\vec{p}+\vec{d}-\vec{p}\\ =(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}+\vec{d})-4\vec{p}\\ =4\left(\frac{\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}+\vec{d} }{4}-p\right)\\ =4\overrightarrow{PQ}

Por lo tanto probado

Pregunta 6. Demostrar por el método vectorial que las bisectrices internas de los ángulos de un triángulo son concurrentes.

Solución:

En el triángulo ABC, supongamos que los vectores de posición de los vértices del triángulo son A(\vec{a}),  B(\vec{b})\ and\ C(\vec{c}).

Longitud de los lados:

BC = x

CA = y

AB = z

En el triángulo ABC, la bisectriz interna divide el lado opuesto en la proporción de los lados que contienen los ángulos.

Como AD es la bisectriz interna del ∠ABC, entonces

BD/DC = AB/AC = z/y -(1)

Por lo tanto, el vector de posición de D = \frac{z\vec{c}+y\vec{b}}{y+z}   

Deje que la bisectriz interna se corte en el punto I.

DI/IA = BD/AB -(2)

BD/DC = z/y

Por lo tanto,

CD/BD = z/y

(CD + BD)/BD = (y + z)/z

BC/BD = (y + z)/z

BD = ln/y + z -(3)

Entonces, de la ecuación (2) y (3), obtenemos

DI/IA = ln/(y +z)

Por lo tanto,

Vector de posición de I = \frac{\left(\frac{zc+yb}{y+z}\right)(y+z)+la}{l+y+z}=\frac{la+yb+zc}{l+y+z}

De manera similar, también podemos probar que me encuentro en las bisectrices internas de ∠B y ∠C. 

Por lo tanto, las bisectrices son concurrentes.

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por yippeee25 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

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