KM139. Параллелограмм

Задача из журнала «Квант» №4 1972 г.
Из вершины [latex]B[/latex] параллелограмма [latex]ABCD[/latex] проведены его высоты [latex]BK[/latex] и [latex]BH[/latex]. Выразите расстояние от точки [latex]B[/latex] до точки пересечения высот треугольника [latex]BKH[/latex] через длины отрезков [latex]KH = a[/latex] и [latex]BD = b[/latex].

km139

Входные данные:
Длины отрезков [latex]a[/latex], [latex]b[/latex]

Выходные данные:
Расстояние от точки [latex]B[/latex] до точки [latex]O[/latex] — точки пересечения высот треугольника [latex]BKH[/latex] ([latex]c[/latex])

Тесты:

b a c
10 6 8
5 3 4
3 5 inf (Infinity)

Код программы на С++:

Код программы на Java:

Решение задачи:

Рассмотрим параллелограмм [latex]ABCD[/latex]. Проведем высоты [latex]BH[/latex] и [latex]BK[/latex] соответственно к сторонам [latex]AD[/latex] и [latex]DC[/latex]. Соединив точки [latex]K[/latex] и [latex]H[/latex] линией, получаем треугольник [latex]BKH[/latex]. В нем проведем три высоты [latex]BD[/latex], [latex]HM[/latex], [latex]KE[/latex] к сторонам [latex]HK[/latex], [latex]BK[/latex], [latex]HB[/latex]. Точкой пересечения высот в треугольнике является точка [latex]O[/latex].
Проведем в параллелограмме высоту [latex]DL[/latex] к стороне [latex]BC[/latex]. Соединив точки [latex]L[/latex] и [latex]K[/latex] получаем треугольник [latex]LDK[/latex]. Если сдвинуть (параллельно) треугольник [latex]BHO[/latex] так, чтобы точка [latex]H[/latex] попала в точку [latex]D[/latex], то он полностью совпадет с треугольником [latex]LKD[/latex], поскольку отрезок [latex]HO[/latex] параллелен и равен [latex]DK[/latex], а отрезок [latex]BH[/latex] параллелен и равен [latex]LD[/latex]. Следовательно, [latex]BO=LK[/latex] и два треугольника равны.
Рассмотрим прямоугольный треугольник [latex]HKL[/latex], в котором сторона [latex]HK=a[/latex] и [latex]HL=b[/latex] по условию. По теореме Пифагора отыщем сторону KL: [latex]KL=\sqrt[]{b^{2}-a^{2}}[/latex].
Так как треугольник [latex]BOH[/latex] и треугольник [latex]LKD[/latex] равны, получаем что [latex]KL=BO[/latex]

Решение задачи на C++
Решение задачи на Java

Условие задачи можно найти здесь: http://www.kvant.info/zkm_tex/zkm_main.pdf

Mif 8

Настя Ивасенко
Настя Ивасенко

Latest posts by Настя Ивасенко (see all)

Задача

Условие взято отсюда

Четырёхугольник [latex]ABCD[/latex] задан на плоскости целочисленными координатами вершин. Определите тип четырёхугольника: квадрат, ромб, прямоугольник, параллелограмм, трапеция, произвольный четырёхугольник. Из характеристик указать наиболее частную.

Тесты

[latex]a_1[/latex]   [latex]a_2[/latex] [latex]b_1[/latex] [latex]b_2[/latex] [latex]c_1[/latex][latex]c_2[/latex] [latex]d_1[/latex] [latex]d_2[/latex]                                                   Ответ
0 0 1 0 1 1 0 1   квадрат
0 -3 2 0 0 3 -2 0 ромб
0 0 4 0 4 1 1 4 прямоугольник
0 0 10 0 12 4 2 4 пaраллелограмм
0 0  2 0  1 1  0 1 трапеция
0 0  0 2  1 1  1 0 трапеция
-4 -5 -15 7 5 8 6 -7 произвольный
 0 0 1 0 10 20  -5 7 произвольный

 

Код

 

Решение

Для начала стоит найти длины всех сторон:

[latex]AB^{2}=((a1-b1)^{2}+(a2-b2)^{2})[/latex]. (аналогично для остальных сторон)

Затем можно найти длины диагоналей четырёхугольника

[latex]AC^{2}=((a1-c1)^{2}+(a2-c2)^{2})[/latex]. (аналогично для [latex]BD[/latex]).

Через условие задаем равность противоположных сторон [latex]AB=CD[/latex] и  [latex]BC=DA[/latex]:

  1. У ромба смежные стороны равны, но если у ромба диагонали равны, то это квадрат;
  2. Если четырёхугольник не является квадратом, но диагонали равны, то это прямоугольник;
  3. В противном случае — параллелограмм.

Если одна из пар противополижных сторон параллельны, то данный четырёхугольник — трапеция. Впротивном случае — произвольный четырёхугольник.

Код на ideone

Ю2.6

Условие

Четырёхугольник [latex]ABCD[/latex] задан координатами своих вершин на плоскости: [latex]A(x_a,y_a)[/latex], [latex]B(x_b,y_b)[/latex] и [latex]C(x_c,y_c)[/latex], [latex]D(x_d,y_d)[/latex]. Определить тип четырёхугольника: прямоугольник, параллелограмм, трапеция, произвольный четырёхугольник. Учесть погрешность вычислений.

Замечание:  Для устранения дополнительных источников погрешности рекомендуется использовать аппарат векторной алгебры: коллинеарность, равенство и ортогональность векторов — сторон четырёхугольника.

Входные данные

В одной строке заданы 8 чисел [latex]x_a, x_b, x_c, x_d, y_a, y_b, y_c, y_d[/latex] — координаты вершин четырёхугольника [latex]ABCD[/latex],  значения которых не превышают по модулю [latex]50[/latex].

Выходные данные

  1. В первой строке вывести: «Тип четырёхугольника: «(без кавычек).
  2. Во второй строке вывести:  «Произвольный четырёхугольник» или «Прямоугольник» или «Параллелограмм» или «Трапеция»(без кавычек). Одно исключает другое.

Также условие задачи можно посмотреть, скачав ознакомительную версию задачника А.Юркина здесь.

Тестирование

Координаты [latex]x_a, x_b, x_c, x_d, y_a, y_b, y_c, y_d[/latex] Вердикт (тип четырёхугольника)
1. -5 -4 -1 -2 -4 3 -1 -8 Параллелограмм
2.  -2 -3 7 3 -2 1 7 1  Трапеция
 3. 0 0 1 1 0 1 1 0  Прямоугольник
 4.  50 -20 3 -50 7 6 2 3  Произвольный четырёхугольник
5. 2 -3 -6 -1 4 7 6 3 Параллелограмм
6. 1 -5 6 20 2 0 13 -9 Произвольный четырёхугольник
7. 0 1 2 1 0 1 1 0 Параллелограмм
8. -6 0 6 0 1 5 -4 -8 Прямоугольник

Реализация

Алгоритм решения

  1. Задан четырёхугольник [latex]ABCD[/latex] с такими координатами вершин: [latex]A(x_a,y_a)[/latex], [latex]B(x_b,y_b)[/latex], [latex]C(x_c,y_c)[/latex] и [latex]D(x_d,y_d)[/latex]. В данной задаче будет уместным использование аппарата векторной алгебры.  Пусть стороны четырёхугольника — векторы.
  2. Очевидно, что для того, чтобы определить тип данного четырёхугольника, необходимо воспользоваться известными свойствами, а именно: свойствами прямоугольника, параллелограмма и трапеции. Так как в задаче используется аппарат векторной алгебры, обращаемся к таким свойствам векторов, как коллинеарность и равенство.
  3. Сразу же установим: является ли четырёхугольник трапецией. Проверим одну из двух пар сторон на параллельность. Для этого воспользуемся условием коллинеарности векторов на плоскости: [latex]\frac{a_x}{b_x}=\frac{a_y}{b_y}[/latex], если [latex]a_i, b_i\ne0[/latex].  Координаты векторов [latex]\vec{b}[/latex] и [latex]\vec{d}[/latex] должны быть пропорциональны, что означает, что соответствующие стороны параллельны. Следовательно, [latex]\frac{x_c — x_b}{x_d — x_a}=\frac{y_c — y_b}{y_d — y_a}[/latex]. Или же координаты векторов [latex]\vec{a}[/latex] и [latex]\vec{c}[/latex] должны быть пропорциональны. Проверяем: [latex]\frac{x_b — x_a}{x_c — x_d}=\frac{y_b — y_a}{y_c — y_d}[/latex]. Если условие не выполняется, четырёхугольник произвольный. Если, напротив, координаты хотя бы одной пары векторов пропорциональны, четырёхугольник является трапецией.
  4. Если четырёхугольник — параллелограмм, то обе пары его противоположных сторон параллельны. Проверим, выполняется ли: [latex]\frac{x_b — x_a}{x_c — x_d}=\frac{y_b — y_a}{y_c — y_d}[/latex] и [latex]\frac{x_c — x_b}{x_d — x_a}=\frac{y_c — y_b}{y_d — y_a}[/latex]. Если условие выполняется, то заданный четырёхугольник — параллелограмм.
  5. Частным случаем параллелограмма является прямоугольник. Диагонали [latex] AC, BD[/latex] обозначим как [latex] l, m[/latex] соответственно. Пусть [latex] l, m[/latex] — векторы.  Вычислим длины векторов [latex]\vec{l}[/latex], [latex]\vec{m}[/latex], пользуясь формулой.  Получаем: [latex]\vec{|l|}= \sqrt{(x_c — x_a)\cdot (x_c -x_a) + (y_c — y_a)\cdot (y_c -y_a)}[/latex], [latex]\vec{|m|}= \sqrt{(x_d — x_b)\cdot (x_d -x_b) + (y_d — y_b)\cdot (y_d -y_b)}[/latex]. При условии, что [latex]\vec{l}=\vec{m}[/latex], имеем прямоугольник.

Более детально со свойствами и видами четырёхугольников можно ознакомиться здесь, а с основными сведениями из векторной алгебры — здесь.

Для запроса на выполнение следует перейти по ссылке.