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幾何学

三角形の中点を使ったベクトルの和

直角二等辺三角形ABCにおいて、角B = 90°、BA = BC = √2であり、8つの点が斜辺ACを9等分します。中点対称性を利用して、ベクトルの和BP₁ + BP₂ + ... + BP₈の大きさを求めます。

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学習リソース

このコンテンツは、Mathos AIオープンラーニングライブラリの一部です。生徒が複雑な数学の問題を視覚化し、理解するために設計されています。

Problem

In right isosceles triangle ABCABC with B=90\angle B = 90^\circ and BA=BC=2BA = BC = \sqrt{2}, eight points P1,P2,,P8P_1, P_2, \ldots, P_8 divide hypotenuse ACAC into 99 equal segments; find the magnitude of BP1+BP2++BP8\overrightarrow{BP_1} + \overrightarrow{BP_2} + \cdots + \overrightarrow{BP_8}.

Step 1: Place the triangle on coordinates

Put BB at the origin, AA on the xx-axis, and CC on the yy-axis. Then

B=(0,0),A=(2,0),C=(0,2).B=(0,0), \quad A=(\sqrt{2},0), \quad C=(0,\sqrt{2}).

Since BB is the origin, each vector BPk\overrightarrow{BP_k} is just the position vector of PkP_k.

Step 2: Use the midpoint of ACAC

The points P1P_1 through P8P_8 are evenly spaced on ACAC, so their average position is the midpoint MM of ACAC. Therefore,

BP1+BP2++BP8=8BM.\overrightarrow{BP_1}+\overrightarrow{BP_2}+\cdots+\overrightarrow{BP_8}=8\,\overrightarrow{BM}.

The midpoint of ACAC is

M=(22,22).M=\left(\frac{\sqrt{2}}{2},\frac{\sqrt{2}}{2}\right).

Step 3: Find the magnitude

So

8BM=8(22,22)=(42,42).8\,\overrightarrow{BM}=8\left(\frac{\sqrt{2}}{2},\frac{\sqrt{2}}{2}\right)=(4\sqrt{2},4\sqrt{2}).

Its magnitude is

(42)2+(42)2=32+32=64=8.\sqrt{(4\sqrt{2})^2+(4\sqrt{2})^2} = \sqrt{32+32} = \sqrt{64} = 8.

Answer

The magnitude of the vector sum is 88.

概念

Vector Operations

Vectors have both magnitude and direction, represented in component form a,b\langle a, b \rangle. Operations include addition, subtraction, scalar multiplication, and finding the magnitude. Unit vectors have magnitude 1.

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