问题分析

在等腰直角三角形 ABCABC 中,CAB=90\angle CAB = 90^\circ,且 AB=ACAB = AC。点 AA 的坐标为 (7,3)(7, 3),点 CC 位于 yy 轴正半轴上,因此点 CC 的坐标为 (0,c)(0, c)c>0c > 0。点 BB 位于第一、第三象限的角平分线上,即直线 y=xy = x 上,因此点 BB 的坐标为 (b,b)(b, b)

由于 ABC\triangle ABC 是等腰直角三角形,且 A=90\angle A = 90^\circ,有 AB=ACAB = ACABACAB \perp AC。利用向量点积为零的条件和距离相等条件,建立方程求解。

建立方程

垂直条件(点积为零):

(b7)(7)+(b3)(c3)=0(b - 7)(-7) + (b - 3)(c - 3) = 0
展开并简化:
7(b7)+(b3)(c3)=0-7(b - 7) + (b - 3)(c - 3) = 0
7b+49+bc3b3c+9=0-7b + 49 + bc - 3b - 3c + 9 = 0
bc10b3c+58=0(1)bc - 10b - 3c + 58 = 0 \quad (1)

等长条件(AB=ACAB = AC):

AB2=AC2|AB|^2 = |AC|^2
(b7)2+(b3)2=(7)2+(c3)2(b - 7)^2 + (b - 3)^2 = (-7)^2 + (c - 3)^2
展开并简化:
(b214b+49)+(b26b+9)=49+(c26c+9)(b^2 - 14b + 49) + (b^2 - 6b + 9) = 49 + (c^2 - 6c + 9)
2b220b+58=c26c+582b^2 - 20b + 58 = c^2 - 6c + 58
2b220b=c26c(2)2b^2 - 20b = c^2 - 6c \quad (2)

求解方程

由方程 (1) 解出 bb
b(c10)=3c58b(c - 10) = 3c - 58
b=3c58c10(c10)b = \frac{3c - 58}{c - 10} \quad (c \neq 10)
化简:
b=328c10b = 3 - \frac{28}{c - 10}
代入方程 (2):
2(328c10)220(328c10)=c26c2\left(3 - \frac{28}{c - 10}\right)^2 - 20\left(3 - \frac{28}{c - 10}\right) = c^2 - 6c
u=c10u = c - 10,则:
b=328ub = 3 - \frac{28}{u}
2(328u)220(328u)=(u+10)26(u+10)2\left(3 - \frac{28}{u}\right)^2 - 20\left(3 - \frac{28}{u}\right) = (u + 10)^2 - 6(u + 10)
左边展开:
2(9168u+784u2)60+560u=18336u+1568u260+560u=42+224u+1568u22\left(9 - \frac{168}{u} + \frac{784}{u^2}\right) - 60 + \frac{560}{u} = 18 - \frac{336}{u} + \frac{1568}{u^2} - 60 + \frac{560}{u} = -42 + \frac{224}{u} + \frac{1568}{u^2}
右边展开:
u2+20u+1006u60=u2+14u+40u^2 + 20u + 100 - 6u - 60 = u^2 + 14u + 40
等式:
42+224u+1568u2=u2+14u+40-42 + \frac{224}{u} + \frac{1568}{u^2} = u^2 + 14u + 40
两边乘 u2u^2
42u2+224u+1568=u4+14u3+40u2-42u^2 + 224u + 1568 = u^4 + 14u^3 + 40u^2
移项:
u4+14u3+40u2+42u2224u1568=0u^4 + 14u^3 + 40u^2 + 42u^2 - 224u - 1568 = 0
u4+14u3+82u2224u1568=0u^4 + 14u^3 + 82u^2 - 224u - 1568 = 0
解四次方程。可能的有理根为 ±1,2,4,7,8,14,16,28,32,49,56,64,98,112,196,224,392,784,1568\pm 1, 2, 4, 7, 8, 14, 16, 28, 32, 49, 56, 64, 98, 112, 196, 224, 392, 784, 1568
试根:

综合除法:

u2+14u+98=0u^2 + 14u + 98 = 0
判别式 1424198=196392=196<014^2 - 4 \cdot 1 \cdot 98 = 196 - 392 = -196 < 0,无实根。
因此,实根为 u=4u = 4u=4u = -4

代回 u=c10u = c - 10

求点 BB 并验证

  1. c=14c = 14
    b=3281410=3284=37=4b = 3 - \frac{28}{14 - 10} = 3 - \frac{28}{4} = 3 - 7 = -4
    B=(4,4)B = (-4, -4)
    验证:

    • A(7,3)A(7, 3)B(4,4)B(-4, -4)C(0,14)C(0, 14)
    • 向量 AB=(11,7)\overrightarrow{AB} = (-11, -7)AC=(7,11)\overrightarrow{AC} = (-7, 11)
    • 点积:(11)(7)+(7)11=7777=0(-11) \cdot (-7) + (-7) \cdot 11 = 77 - 77 = 0,垂直。
    • 距离:AB=(11)2+(7)2=170|AB| = \sqrt{(-11)^2 + (-7)^2} = \sqrt{170}AC=(7)2+112=170|AC| = \sqrt{(-7)^2 + 11^2} = \sqrt{170},相等。
    • BC=(0(4))2+(14(4))2=42+182=340BC = \sqrt{(0 - (-4))^2 + (14 - (-4))^2} = \sqrt{4^2 + 18^2} = \sqrt{340}
    • 勾股定理:AB2+AC2=170+170=340=BC2AB^2 + AC^2 = 170 + 170 = 340 = BC^2,满足。
  2. c=6c = 6
    b=328610=3284=3+7=10b = 3 - \frac{28}{6 - 10} = 3 - \frac{28}{-4} = 3 + 7 = 10
    B=(10,10)B = (10, 10)
    验证:

    • A(7,3)A(7, 3)B(10,10)B(10, 10)C(0,6)C(0, 6)
    • 向量 AB=(3,7)\overrightarrow{AB} = (3, 7)AC=(7,3)\overrightarrow{AC} = (-7, 3)
    • 点积:3(7)+73=21+21=03 \cdot (-7) + 7 \cdot 3 = -21 + 21 = 0,垂直。
    • 距离:AB=32+72=58|AB| = \sqrt{3^2 + 7^2} = \sqrt{58}AC=(7)2+32=58|AC| = \sqrt{(-7)^2 + 3^2} = \sqrt{58},相等。
    • BC=(010)2+(610)2=(10)2+(4)2=116BC = \sqrt{(0 - 10)^2 + (6 - 10)^2} = \sqrt{(-10)^2 + (-4)^2} = \sqrt{116}
    • 勾股定理:AB2+AC2=58+58=116=BC2AB^2 + AC^2 = 58 + 58 = 116 = BC^2,满足。

两点 CC 均在 yy 轴正半轴上,点 BB 均在直线 y=xy = x 上(第一象限或第三象限),且均满足等腰直角三角形条件。

结论

CC 的坐标为 (0,6)(0, 6)(0,14)(0, 14)

(0, 6)(0, 14)\boxed{(0,\ 6)\quad\text{或}\quad(0,\ 14)}