Lai riigieksam 2019, ülesanne 11: Rööpkülik ja sellest lõigatud ring
Punktid A(3;0) ja B(7;4) on rööpküliku ABCD tipud ja selle rööpküliku diagonaali AC kirjeldab vektor AC=(2;8).
1.Arvutage rööpküliku tippude C ja D koordinaadid ning tehke joonis.
2.Rööpkülikust ABCD lõigatakse välja võimalikult suur ring. Arvutage selle ringi täpne raadius.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2019, ülesanne 11
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
110xy
Valemikaart: vektorid
AB=(x2−x1;y2−y1)
∣a∣=ax2+ay2
a⋅b=axbx+ayby=∣a∣⋅∣b∣⋅cosφ
a⊥b⟺a⋅b=0
Valemikaart: kahe punkti kaugus ja lõigu keskpunkt
d=(x2−x1)2+(y2−y1)2
M(2x1+x2;2y1+y2)
Valemikaart: nelinurkade pindalad
Sristku¨lik=ab,Sro¨o¨pku¨lik=ah
Strapets=2a+b⋅h,Sromb=2d1d2
Valemikaart: trigonomeetria põhiseosed
sin2α+cos2α=1
tanα=cosαsinα
sin(−α)=−sinα,cos(−α)=cosα,tan(−α)=−tanα
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Vektor AC viib punktist A punkti C. Rööpkülikus on vastasküljed paralleelsed ja võrdsed, seega AD=BC. Ringi läbimõõt ei saa olla suurem kui rööpküliku kõrgus.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia tipp C
Esimeses küsimuses on vaja tippude C ja D koordinaate. Vektor AC näitab, kui palju tuleb punktist A liikuda, et jõuda punkti C.
Vektori koordinaadid on lõpp- ja alguspunkti koordinaatide vahed.
AC=(xC−xA;yC−yA)
Liidame punkti A koordinaatidele vektori koordinaadid.
C(3+2;0+8)=C(5;8)
110xyA(3;0)B(7;4)C(5;8)
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia tipp D
Rööpkülikus on vastasküljed paralleelsed ja võrdse pikkusega, seega AD=BC.
Leiame vektori BC.
BC=(5−7;8−4)=(−2;4)
Liigume sama vektori võrra punktist A.
D(3+(−2);0+4)=D(1;4)
110xyA(3;0)B(7;4)C(5;8)D(1;4)
Rööpküliku tipud on järjestatud ringiratast: A→B→C→D. Külg AD on külje BC vastaskülg ja sama suunaga.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Kontrolli ja joonesta rööpkülik
Rööpküliku diagonaalid poolitavad teineteist, seega peavad diagonaalide AC ja BD keskpunktid ühtima.
Diagonaali AC keskpunkt.
(23+5;20+8)=(4;4)
Diagonaali BD keskpunkt.
(27+1;24+4)=(4;4)
Keskpunktid ühtivad, seega ABCD on rööpkülik.
O(4;4)
110xyA(3;0)B(7;4)C(5;8)D(1;4)O
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Mõtle, milline on suurim ring
Teises küsimuses otsime suurimat ringi, mis mahub rööpkülikusse. Ring peab mahtuma mõlema paralleelsete külgede paari vahele, seega selle läbimõõt ei saa olla suurem kummastki rööpküliku kõrgusest.
Suurima ringi raadius on pool väiksemast kõrgusest.
r=2hmin
Kui ringi keskpunkt on diagonaalide lõikepunktis O, on see kõigist külgedest kaugusel, mis on pool vastavast kõrgusest. Ring raadiusega 2hmin puudutab siis lähemaid külgi ja jääb teistest külgedest eemale, seega mahub rööpkülikusse. Suuremat ringi kahe lähema külje vahele ei mahu.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Leia külgede pikkused ja nurk A
Kõrguste leidmiseks on vaja pindala. Selleks leiame külgede pikkused ja nendevahelise nurga siinuse.
Küljevektorid tipust A.
AB=(4;4),AD=(−2;4)
Vektorite pikkused.
∣AB∣=42+42=32=42,∣AD∣=(−2)2+42=20=25
Skalaarkorrutis.
AB⋅AD=4⋅(−2)+4⋅4=8
Nurga A koosinus.
cosA=42⋅258=8108=101
Siinus põhiseosest sin2A+cos2A=1; nurk on rööpküliku nurk, seega siinus on positiivne.
sinA=1−101=109=103
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Arvuta pindala ja kõrgused
Rööpküliku pindala on kahe külje ja nendevahelise nurga siinuse korrutis. Kõrgus on pindala jagatud vastava küljega.
Rööpküliku pindala.
S=∣AB∣⋅∣AD∣⋅sinA=42⋅25⋅103=102410=24
Pindala valemist S=ah saame kõrguse küljele AB.
hAB=4224=26=32
Kõrgus küljele AD.
hAD=2524=512
Võrdleme kõrgusi nende ruutude kaudu.
(32)2=18<(512)2=5144=28,8
110xy32512A(3;0)B(7;4)C(5;8)D(1;4)O
Pindala valem S=absinα tuleb sellest, et rööpkülik koosneb kahest võrdsest kolmnurgast pindalaga 21absinα. Väiksem kõrgus on 32≈4,24, see on pikema külje AB kõrgus.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Arvuta ringi raadius
Raadius on pool väiksemast kõrgusest.
r=2hAB=232≈2,12
110xy32rA(3;0)B(7;4)C(5;8)D(1;4)O
Ringi keskpunkt on diagonaalide lõikepunktis O(4;4). Raadius 232≈2,12; ring puudutab külgi AB ja CD.
VASTUS
1) Rööpküliku tipud on C(5;8) ja D(1;4). 2) Suurima väljalõigatava ringi raadius on 232 ühikut (ligikaudu 2,12).