Естественные науки

На плоскости в пространстве между прямыми p и k находится точка М. Необходимо провести окружность с центром на прямой p

...так, чтобы она проходила через точку М и касалась прямой k.
Артур
Артур
68 444
PS. Т. е. прямые p и k не параллельны (иначе слишком просто).

Ну, давайте через подобие треугольников строить - точку пересечения p и k обозначим T. Проводим прямую TM. Строим какой-нибудь (произвольный) треугольник M'PK с вершинами на соотвественно TM, p, k, для которого P является центром окружности,. касающейся k и проходящей через M'. Ну и дальше понятно - продолжаем построение, используя подобие треугольников....

Не слишком ли я кратко идею изложил?
Изабелла Осипова
Изабелла Осипова
23 024
Лучший ответ
Артур Прямые параллельны - это частный случай. Пусть и слишком простой.
Нет, не слишком. Всё верно. Вы использовали гомотетию. Другого решения я не вижу.
Мукагали Болатов Если прямые пересекаются, то расстояние =0.
Анастасия Шмельцер А как построить треугольник, одна вершина коего на р является центром окружности с заданными свойствами? Как найти такую точку? Нам же неизвестен радиус окружности. Как его подобрать? Ведь через прямую р и М можно провести любое количество отрезков. И как выбрать тот, который касается к? Как продолжить построение, используя подобие треугольников?
В пространстве задача имеет бесконечное количество решений. Даже на плоскости решений будет пара. Рассмотрите ВСЕ окружности, которые проходят через M и касаются k. (Ну, хотя бы пару). Посмотрите, где будут располагаться их центры (на паре прямых - это доказать надо). Ну, а дальше догадаетесь, что точка пересечения линии центров и p вам очень нужна.
Виктор Танков Почему центры таких окружностей будут располагаться на паре прямых? На параболе, вроде.
Это же ГМТ, равноудаленных от заданной прямой k и заданной точки M.
Артур Наверное, лучше было бы " На плоскости в области между... " - чтобы невозможно было придираться к слову "в пространстве". Да, решений будет пара. Что касается вашего способа решения, интересен. Только мне надо будет убедиться и, если смогу, доказать его верность.
Общее решение.
Прямая "к" считается заданной. Возьмём на ней произвольную точку (x',y'). Пусть некоторая другая точка (x0,y0) является точкой касания искомой окружности.

Тогда имеем
a(x'-x0)+b(y'-y0)=0 (обе точки лежат на заданной прямой k)

-b(x-x0)+a(y-y0)=0 (перпендикуляр к прямой "к") в точке (x0,y0)
Ищем точку (x2,y2) на перпендикуляре, равноотстоящую от (x0,y0) и точки М (x1,y1), и, при этом, лежащую на прямой "р":
c(x-x2)+d(y-y2)=0
где (x,y) текущая точка на прямой "р". Мы можем потребовать, чтобы она лежала на перпендикуляре к прямой "к", проходящем через точку (x',y')
Итак должны совпадать расстояния:
(x2-x0)^2+(y2-y0)^2=(x2-x1)^2+(y2-y1)^2

Выпишем уравнение искомой окружности:

Она должна проходить через точку М (x1,y1) и точку с координатами (x0,y0) и, кроме того, центром её должна быть точка с координатами (x2,y2).
Отсюда получаем, что точки (x0,y0) и (x1,y1) должны удовлетворять уравнению искомой окружности с центром в точке (x2,y2)
в частности
(x0-x2)^2+(y0-y2)=r^2
аналогично
(x1-x2)^2+(y1-y2)=r^2
Кроме того, точка (x2,y2) лежит на заданной прямой "р":
c(x-x2)+d(y-y2)=0

Кроме того, мы как было уже сказано, вправе потребовать, что точка (x',y') и точка (x,y) принадлежат одному и тому же перпендикуляру к прямой "к"

-b(x-x')+a(y-y')=0

В итоге, мы получаем систему уравнений, для определения трех искомых неизвестных величин x2,y2,r.

-b(x-x')+a(y-y')=0 (уравнение перпендикуляра к прямой "к" к точке (x',y')
-b(x2-x0)+a(y2-y0)=0
a(x'-x0)+b(y'-y0)=0
(x0-x2)^2+(y0-y2)=r^2
(x1-x2)^2+(y1-y2)=r^2
c(x-x2)+d(y-y2)=0 (центр окружности лежит на прямой "р")
-d(x'-x2)+c(y'-y2)=0 ( точки (x',y') и (x2,y2) принадлежат соответственно прямым "к" и "р" но обе лежат на перпендикуляре к прямой "р")
Заметим, что точки (x',y') и (x,y) принадлежат соответственно прямым "к" и "р", но обе лежат на перпендикуляре к прямой "к")

Итак, мы получили систему из 7 уравнений, в которой неизвестны ровно 7 величин, - (x,y,x0,y0,x2,y2,r). Все остальные параметры, по условию, считаются известными, а точка c координатами (x',y') задана нами произвольно. Исследование этих уравнений это уже алгебраическая задача. То есть, это рутинная задача, с применением известных методов. Она хороша и тем что свободна от поисков разных вариантов построения. Значит она уже и есть решение, точнее " полуфабрикат" решения. По смыслу задачи, решение не должно зависеть от произвола в выборе точки (x'y') на прямой "к", исключая случай, когда вы сразу попадете на искомую точку касания. В этом случае, очевидно, задача еще более упростится. Или, в крайнем случае, вам просто можно будет выбрать другую точку (x',y') и свести все к выписанной данной алгебраической системе уравнений. Конечно, решение семи уравнений непросто, но здесь все сводится к рутинным выкладкам. Кроме того, мы попутно доказали, что задача действительно имеет решение и, причем, единственное решение. Что построением было бы сделать невозможно. Заметьте, что один из отвечающих голословно заявил что задача имеет бесконечное множество решений. Значит чисто геометрически, поиском способов построения, вы не смогли бы доказать тот неочевидный факт, что задача имеет решение. И этих решений столько же, сколько их допускает данная система из семи уравнений. Поэтому, можно считать, что задача решена. Если я что то упустил, обращайтесь.
Изабелла Осипова Вообще-то парабола и прямая в данном случае пересекаются в двух точках, где тут единственное решение нашлось и у кого про бесконечное множество решений было прочитано - я не понял.
Артур Неужели я должен был указать специально, что это задача на геометрическое построение, которая решается с помощью исключительно циркуля и линейки? Разве оно и так не ясно (как, скажем, представившему несуразный ответ Д. Зиганшину)?
Артур Впрочем, ознакомился, насколько смог, с вашими выкладками. Всё сильно усложнено, много лишнего. Зачем нам 7 уравнений с 7 неизвестными? Уравнение прямой р ЗАДАНО (у= у1+k1х); уравнение прямой k ЗАДАНО (у= у2+k2х); координаты точки М ЗАДАНЫ (хМ; уМ). Неизвестных всего ОДНО: абсцисса XO центра O окружности. Ордината yO выражается через xO: yO= y1+kxO. Остаётся выравнивать выражения для расстояний от точки О до прямой k и до точки М. Квадратное уравнение с ОДНИМ неизвестным...
Артур Ур-е прямой р оставим: у= у1+к1х. Ур-е прямой к (у= у2+к2х) запишем в виде к2х-у+у2= 0. Ф-ла расст. от точки до прямой (Спр. Выгодского) d= |(Ax+By+C)/sqrt(A^2+B^2)| (1). В нашем случае А= к2, В= -1, С= у2, х= хО, у= уО= у1+к1хО. Подставляя в (1), получаем: d= |((k2-k1)xO+(y2-y1))/sqrt(k2^2+1)| (2). С другой стороны d= OM= sqrt((xM-xO)^2+(yM-yO)^2)= sqrt((xM-xO)^2+(yM-y1-k1xO)^2) (3). Приравнивая (2) и (3), получаем: ((k2-k1)xO+(y2-y1))^2= (k2^2+1)((xM-xO)^2+(yM-y1-k1xO)^2). Остаётся подставить численные значения k1, k2, y1, y2, xM, yM, упростить и решить относительно хО. Вобщем случае задача имеет два решения.
Строй перпендикуляр из точки М на прямую k.
Теперь проводи окружность с центром в т. А и радиусом АМ.
Затем из т. В проводи перпендикуляр на прямую p.
Вот и все, теперь строишь окружность с цетром в т. С и радиусом СВ.
Кажется, правильно.
Артур Пройдёт ли эта окружность через М - оно под большим вопросом. Но пересечёт k в точке В - это ясно и из твоего рисунка. А нам нужно, чтобы касалась.

Похожие вопросы