Докажите, что сумма квадратов расстояний от произвольной точки плоскости до двух противоположных вершин прямоугольника равна сумме квадратов расстояний от этой точки до двух других его вершин.
от

1 Ответ

Дано:
Прямоугольник ABCD с вершинами A(x1, y1), B(x2, y1), C(x2, y2), D(x1, y2).
Произвольная точка P(x, y).

Найти:
Сумму квадратов расстояний от точки P до двух противоположных вершин (например, A и C) и показать, что она равна сумме квадратов расстояний от точки P до двух других вершин (B и D).

Решение:
1. Рассмотрим расстояния от точки P до вершин A и C.

Расстояние PA = sqrt((x - x1)^2 + (y - y1)^2).

Расстояние PC = sqrt((x - x2)^2 + (y - y2)^2).

Сумма квадратов этих расстояний:

S1 = PA^2 + PC^2
   = ((x - x1)^2 + (y - y1)^2) + ((x - x2)^2 + (y - y2)^2)
   = (x - x1)^2 + (y - y1)^2 + (x - x2)^2 + (y - y2)^2.

2. Теперь рассмотрим расстояния от точки P до вершин B и D.

Расстояние PB = sqrt((x - x2)^2 + (y - y1)^2).

Расстояние PD = sqrt((x - x1)^2 + (y - y2)^2).

Сумма квадратов этих расстояний:

S2 = PB^2 + PD^2
   = ((x - x2)^2 + (y - y1)^2) + ((x - x1)^2 + (y - y2)^2)
   = (x - x2)^2 + (y - y1)^2 + (x - x1)^2 + (y - y2)^2.

3. Теперь раскроем скобки в S1 и S2.

Для S1:

S1 = (x - x1)^2 + (y - y1)^2 + (x - x2)^2 + (y - y2)^2
   = (x^2 - 2xx1 + x1^2 + y^2 - 2yy1 + y1^2) + (x^2 - 2xx2 + x2^2 + y^2 - 2yy2 + y2^2)
   = 2x^2 - 2x(x1 + x2) + (x1^2 + x2^2) + 2y^2 - 2y(y1 + y2) + (y1^2 + y2^2).

Для S2:

S2 = (x - x2)^2 + (y - y1)^2 + (x - x1)^2 + (y - y2)^2
   = (x^2 - 2xx2 + x2^2 + y^2 - 2yy1 + y1^2) + (x^2 - 2xx1 + x1^2 + y^2 - 2yy2 + y2^2)
   = 2x^2 - 2x(x1 + x2) + (x1^2 + x2^2) + 2y^2 - 2y(y1 + y2) + (y1^2 + y2^2).

4. Сравниваем S1 и S2:

Обе суммы S1 и S2 одинаковы:

S1 = S2.

Таким образом, сумма квадратов расстояний от произвольной точки P до двух противоположных вершин прямоугольника равна сумме квадратов расстояний от этой точки до двух других его вершин.

Ответ:
Сумма квадратов расстояний от точки P до противоположных вершин A и C равна сумме квадратов расстояний от P до вершин B и D.
от