Í þríhyrningnum $ABC$ á myndinni eru $AE$ og $BD$
miðlínur, $F$ er skurðpunktur þeirra, $\angle BAC=\angle AFB =
90^\circ$
og lengd $AB$ er 12. Hver er
lengd $BC$?
Lausn
Svar : $12\sqrt{3}$
Við sýnum tvær lausnir. Í þeirri fyrri notum við hreina rúmfræði en í
þeirri seinni innleiðum við hnitakerfi.
Lausn 1 : Þar sem hornið $\angle CAB$ er rétt, þá er $E$ miðja umritaðs hrings
þríhyrningsins $CAB$. Þá er $|AE|=|BE|$. Setjum $|DF|=x$ og $|EF|=y$.
Þá er $|AF|=2y$ og $|BF|=2x$
því miðstrik í þríhyrningi skipta hvert öðru í hlutföllunum
$1:2$. Einnig er $|BE|=|AE|=3y$ og þar sem þríhyrningurinn $BEF$ er
rétthyrndur gefur regla Pýþagorasar að $9y^2=y^2+4x^2$, það er
$x^2=2y^2$.
En
þríhyrningurinn $ABF$ er einnig rétthyrndur og regla Pýþagorasar gefur
að $12^2=4x^2+4y^2$ svo $x^2+y^2=36$. Þá er $y^2=36-x^2=36-2y^2$ svo
$y^2=12$ og því $y=2\sqrt{3}$. Þá er $|BC|=6y=12\sqrt{3}$.
Lausn 2 : Látum punktinn $A$ fá hnit $(0,0)$, látum línuna
$AB$ liggja á $y$-ásnum þannig að $B$ fái hnitin $(0,12)$. Þá liggur
$AC$ á $x$-ásnum og $C$ hefur hnitin $(2 a,0)$ þar sem $a$ er rauntala
og við getum gert ráð fyrir að $a\lt 0$ með því að spegla myndinni
hugsanlega um $y$-ásinn.
Nú er $D$ miðpunktur $AC$ og hefur því hnitin $(a,0)$ og eins hefur $E$
hnitin $(a,6)$.
Hallatala línunnar $AE$ er þá $\frac{6}{a}$ og hallatala línunnar $BD$
er $-\frac{12}{a}$. Þar sem línurnar eru hornréttar, þá er margfeldi
hallatalnanna jafnt $-1$ svo
$$\frac{6}{a}\cdot\left(-\frac{12}{a}\right) = -1$$
og því er $a^2=72$.
Þá hefur hliðin $AC$ lengd $2\sqrt{72}$,
svo að
$$
|BC|=\sqrt{|AC|^2+|AB|^2}=\sqrt{144+288}=\sqrt{3\cdot144}=12\sqrt{3}.
$$