问题分析
在等腰直角三角形 ABC 中,∠CAB=90∘,且 AB=AC。点 A 的坐标为 (7,3),点 C 位于 y 轴正半轴上,因此点 C 的坐标为 (0,c) 且 c>0。点 B 位于第一、第三象限的角平分线上,即直线 y=x 上,因此点 B 的坐标为 (b,b)。
由于 △ABC 是等腰直角三角形,且 ∠A=90∘,有 AB=AC 且 AB⊥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
- 向量 AB=(b−7,b−3)
- 向量 AC=(−7,c−3)
垂直条件(点积为零):
(b−7)(−7)+(b−3)(c−3)=0
展开并简化:
−7(b−7)+(b−3)(c−3)=0
−7b+49+bc−3b−3c+9=0
bc−10b−3c+58=0(1)
等长条件(AB=AC):
∣AB∣2=∣AC∣2
(b−7)2+(b−3)2=(−7)2+(c−3)2
展开并简化:
(b2−14b+49)+(b2−6b+9)=49+(c2−6c+9)
2b2−20b+58=c2−6c+58
2b2−20b=c2−6c(2)
求解方程
由方程 (1) 解出 b:
b(c−10)=3c−58
b=c−103c−58(c=10)
化简:
b=3−c−1028
代入方程 (2):
2(3−c−1028)2−20(3−c−1028)=c2−6c
令 u=c−10,则:
b=3−u28
2(3−u28)2−20(3−u28)=(u+10)2−6(u+10)
左边展开:
2(9−u168+u2784)−60+u560=18−u336+u21568−60+u560=−42+u224+u21568
右边展开:
u2+20u+100−6u−60=u2+14u+40
等式:
−42+u224+u21568=u2+14u+40
两边乘 u2:
−42u2+224u+1568=u4+14u3+40u2
移项:
u4+14u3+40u2+42u2−224u−1568=0
u4+14u3+82u2−224u−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。
试根:
- u=4: 44+14⋅43+82⋅42−224⋅4−1568=256+896+1312−896−1568=0,是根。
- u=−4: (−4)4+14⋅(−4)3+82⋅(−4)2−224⋅(−4)−1568=256−896+1312+896−1568=0,是根。
综合除法:
- 对 u=4:
411144188272154−224616392−156815680
商为 u3+18u2+154u+392。
- 对 u=−4:
−41118−414154−5698392−3920
商为 u2+14u+98。
解 u2+14u+98=0:
判别式 142−4⋅1⋅98=196−392=−196<0,无实根。
因此,实根为 u=4 和 u=−4。
代回 u=c−10:
- c−10=4⇒c=14
- c−10=−4⇒c=6
求点 B 并验证
-
c=14:
b=3−14−1028=3−428=3−7=−4
点 B=(−4,−4)。
验证:
- 点 A(7,3),B(−4,−4),C(0,14)。
- 向量 AB=(−11,−7),AC=(−7,11)。
- 点积:(−11)⋅(−7)+(−7)⋅11=77−77=0,垂直。
- 距离:∣AB∣=(−11)2+(−7)2=170,∣AC∣=(−7)2+112=170,相等。
- BC=(0−(−4))2+(14−(−4))2=42+182=340。
- 勾股定理:AB2+AC2=170+170=340=BC2,满足。
-
c=6:
b=3−6−1028=3−−428=3+7=10
点 B=(10,10)。
验证:
- 点 A(7,3),B(10,10),C(0,6)。
- 向量 AB=(3,7),AC=(−7,3)。
- 点积:3⋅(−7)+7⋅3=−21+21=0,垂直。
- 距离:∣AB∣=32+72=58,∣AC∣=(−7)2+32=58,相等。
- BC=(0−10)2+(6−10)2=(−10)2+(−4)2=116。
- 勾股定理:AB2+AC2=58+58=116=BC2,满足。
两点 C 均在 y 轴正半轴上,点 B 均在直线 y=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
点 C 的坐标为 (0,6) 或 (0,14)。
(0, 6)或(0, 14)