Przejdź do treści

Dla jakiego m kąt między prostymi mx − y + 1 = 0 i x + y − 3 = 0 wynosi 60°? Kąt z parametrem

Szkoła średnia trudne

Wyznacz wszystkie wartości parametru mm, dla których proste k ⁣:mx−y+1=0k\colon mx - y + 1 = 0 i l ⁣:x+y−3=0l\colon x + y - 3 = 0 przecinają się pod kątem 60∘60^\circ.

Rozwiązanie

Pokaż rozwiązanie krok po krokuUkryj rozwiązanie

Krok 1. Współczynniki kierunkowe. k ⁣:y=mx+1k\colon y = mx + 1, l ⁣:y=−x+3l\colon y = -x + 3, czyli a1=ma_1 = m, a2=−1a_2 = -1.

Krok 2. Przypadek szczególny. Gdy 1+a1a2=1−m=01 + a_1a_2 = 1 - m = 0, czyli m=1m = 1, proste są prostopadłe (kąt 90∘90^\circ) - ta wartość nie spełnia warunku. Dalej m≠1m \ne 1.

Krok 3. Równanie. tg⁡60∘=3\operatorname{tg} 60^\circ = \sqrt{3}:

∣m+11−m∣=3.\left| \frac{m + 1}{1 - m} \right| = \sqrt{3}.

Krok 4. Pierwszy przypadek. m+1=3(1−m)m + 1 = \sqrt{3}(1 - m):

m(1+3)=3−1  ⇒  m=3−13+1=(3−1)23−1=4−232=2−3.m(1 + \sqrt{3}) = \sqrt{3} - 1 \;\Rightarrow\; m = \frac{\sqrt{3} - 1}{\sqrt{3} + 1} = \frac{(\sqrt{3} - 1)^2}{3 - 1} = \frac{4 - 2\sqrt{3}}{2} = 2 - \sqrt{3}.

Krok 5. Drugi przypadek. m+1=−3(1−m)m + 1 = -\sqrt{3}(1 - m):

m(1−3)=−3−1  ⇒  m=3+13−1=(3+1)22=2+3.m(1 - \sqrt{3}) = -\sqrt{3} - 1 \;\Rightarrow\; m = \frac{\sqrt{3} + 1}{\sqrt{3} - 1} = \frac{(\sqrt{3} + 1)^2}{2} = 2 + \sqrt{3}.

Krok 6. Interpretacja. Prosta ll jest nachylona do osi OXOX pod kątem 135∘135^\circ. Proste tworzące z nią kąt 60∘60^\circ mają kąty nachylenia 135∘−60∘=75∘135^\circ - 60^\circ = 75^\circ oraz 135∘+60∘−180∘=15∘135^\circ + 60^\circ - 180^\circ = 15^\circ. Rzeczywiście tg⁡75∘=2+3\operatorname{tg} 75^\circ = 2 + \sqrt{3} i tg⁡15∘=2−3\operatorname{tg} 15^\circ = 2 - \sqrt{3}.

Krok 7. Kontrola. Dla m=2−3m = 2 - \sqrt{3}: m+11−m=3−33−1=3(3−1)3−1=3\frac{m + 1}{1 - m} = \frac{3 - \sqrt{3}}{\sqrt{3} - 1} = \frac{\sqrt{3}(\sqrt{3} - 1)}{\sqrt{3} - 1} = \sqrt{3}. Dla m=2+3m = 2 + \sqrt{3}: 3+3−1−3=3(3+1)−(3+1)=−3\frac{3 + \sqrt{3}}{-1 - \sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}(\sqrt{3} + 1)}{-(\sqrt{3} + 1)} = -\sqrt{3}, a moduł to 3\sqrt{3}.

Odpowiedź. m=2−3m = 2 - \sqrt{3} lub m=2+3m = 2 + \sqrt{3}.