Tính diện tích tam giác ABC trong mặt phẳng tọa độ
Đề bài:
Trong mặt phẳng tọa độ, cho A(1; -1), B(3; 5), C(-2; 4). Tính diện tích tam giác ABC.
Phân tích bài toán
Tóm tắt đề bài
Biết tọa độ ba đỉnh A(1; -1), B(3; 5), C(-2; 4). Cần tính diện tích tam giác ABC.
Kiến thức cần dùng
Công thức diện tích tam giác \(S_{ABC} = \frac{1}{2} \cdot d(A, BC) \cdot BC\), trong đó \(d(A, BC)\) là khoảng cách từ A đến đường thẳng BC. Công thức khoảng cách từ điểm đến đường thẳng: nếu đường thẳng có phương trình \(ax + by + c = 0\) thì \(d(M(x_0; y_0),
Ứng dụng thực tế
= \frac{|ax_0 + by_0 + c|}{\sqrt{a^2 + b^2}}\). Công thức độ dài đoạn thẳng: \(BC = \sqrt{(x_C - x_B)^2 + (y_C - y_B)^2}\). Véc-tơ pháp tuyến của đường thẳng đi qua hai điểm.
Phương pháp giải
Một cách giải. Tính véc-tơ \(\overrightarrow{BC}\) để suy ra véc-tơ pháp tuyến \(\vec{n}_{BC}\), từ đó lập phương trình đường thẳng BC. Tính độ dài BC và khoảng cách từ A đến BC, rồi áp dụng công thức diện tích.
d) ỨNG DỤNG THỰC TẾ: Khi khảo sát một mảnh đất hình tam giác trên bản đồ tọa độ, người ta cần tính diện tích từ tọa độ ba góc — cách tính này áp dụng đúng như bài toán trên.
Gợi ý (0/3)
Gợi ý 1:
Tính véc-tơ \(\overrightarrow{BC} = (x_C - x_B;\; y_C - y_B)\). Nếu \(\overrightarrow{BC} = (a; b)\) thì véc-tơ pháp tuyến của BC là \(\vec{n} = (b; -a)\) (hoặc \((-b; a)\)).
Gợi ý 2:
Dùng véc-tơ pháp tuyến vừa tìm và điểm B(3; 5) để viết phương trình đường thẳng BC dạng \(a(x - x_B) + b(y - y_B) = 0\). Sau đó tính khoảng cách từ A(1; -1) đến đường thẳng BC bằng công thức khoảng cách từ điểm đến đường thẳng.
Gợi ý 3:
Độ dài \(BC = \sqrt{(-5)^2 + (-1)^2} = \sqrt{26}\). Sau khi có \(AH = d(A, BC)\), áp dụng \(S_{ABC} = \frac{1}{2} \cdot AH \cdot BC\). Lưu ý \(\sqrt{26}\) sẽ triệt tiêu nhau khi tính tích.
Lời giải chi tiết
Tính véc-tơ \(\overrightarrow{BC}\):
\[\overrightarrow{BC} = (-2 - 3;\; 4 - 5) = (-5;\; -1)\]
Suy ra \(BC = \sqrt{(-5)^2 + (-1)^2} = \sqrt{26}\).
Véc-tơ pháp tuyến của đường thẳng BC là \(\vec{n}_{BC} = (1;\; -5)\).
Phương trình đường thẳng BC đi qua B(3; 5) với véc-tơ pháp tuyến \((1; -5)\):
\[1(x - 3) - 5(y - 5) = 0 \Leftrightarrow x - 5y + 22 = 0\]
Khoảng cách từ A(1; -1) đến đường thẳng BC:
\[AH = d(A, BC) = \frac{|1 \cdot 1 + (-5)\cdot(-1) + 22|}{\sqrt{1^2 + (-5)^2}} = \frac{|1 + 5 + 22|}{\sqrt{26}} = \frac{28}{\sqrt{26}}\]
Diện tích tam giác ABC:
\[S_{ABC} = \frac{1}{2} \cdot AH \cdot BC = \frac{1}{2} \cdot \frac{28}{\sqrt{26}} \cdot \sqrt{26} = \frac{1}{2} \cdot 28 = 14\]