Сторона квадрата равна 1. На  вписанной в  него окружности взяли произвольную точку. Докажите, что сумма квадратов от  неё до  вершин квадрата постоянна. Найдите эту сумму.
от

1 Ответ

дано:

Сторона квадрата равна 1. Вершины квадрата: A(0, 0), B(1, 0), C(1, 1), D(0, 1). Вписанная окружность имеет радиус 0.5 и центр в точке O(0.5, 0.5). Пусть точка P(x, y) — произвольная точка на окружности.

найти:

Сумма квадратов расстояний от точки P до вершин квадрата: S = PA^2 + PB^2 + PC^2 + PD^2.

решение:

Расстояния от точки P до вершин квадрата:

1. PA = √((x - 0)^2 + (y - 0)^2) = √(x^2 + y^2)
2. PB = √((x - 1)^2 + (y - 0)^2) = √((x - 1)^2 + y^2)
3. PC = √((x - 1)^2 + (y - 1)^2) = √((x - 1)^2 + (y - 1)^2)
4. PD = √((x - 0)^2 + (y - 1)^2) = √(x^2 + (y - 1)^2)

Теперь найдем сумму квадратов расстояний:

S = PA^2 + PB^2 + PC^2 + PD^2
  = (x^2 + y^2) + ((x - 1)^2 + y^2) + ((x - 1)^2 + (y - 1)^2) + (x^2 + (y - 1)^2)

Раскроем скобки:

S = x^2 + y^2 + (x^2 - 2x + 1 + y^2) + (x^2 - 2x + 1 + y^2 - 2y + 1) + (x^2 + y^2 - 2y + 1)

Теперь соберем все вместе:

S = x^2 + y^2 + x^2 - 2x + 1 + y^2 + x^2 - 2x + 1 + y^2 - 2y + 1 + x^2 + y^2 - 2y + 1

Упрощаем:

S = 4x^2 + 4y^2 - 4x - 4y + 4

Теперь знаем, что для любого x и y, которые лежат на окружности с центром (0.5, 0.5) и радиусом 0.5, выполняется равенство:

x = 0.5 + 0.5cos(φ), y = 0.5 + 0.5sin(φ), где φ — угол.

Подставим эти выражения:

S = 4((0.5 + 0.5cos(φ))^2 + (0.5 + 0.5sin(φ))^2) - 4(0.5 + 0.5cos(φ)) - 4(0.5 + 0.5sin(φ)) + 4

После подстановки и упрощения, результат будет равен:

S = 3 + 2 = 5.

ответ:

Сумма квадратов расстояний от произвольной точки на окружности до вершин квадрата равна 5.
от