Высоты треугольника пересекаются в одной точке.
Следовательно, достаточно найти уравнения двух любых высот треугольника и точку их пересечения, решив систему двух уравнений.
Высота треугольника — это перпендикуляр, опущенный из вершины треугольника к прямой, содержащей противолежащую сторону.
Значит надо найти уравнение стороны треугольника и уравнение прямой, проходящей через противоположную вершину, перпендикулярно этой стороне.
Уравнение прямой АВ найдем по формуле:
(X-Xa)/(Xb-Xa)=(Y-Ya)/(Yb-Ya). Или
(X+4)/2=(Y-0)/-2 - каноническое уравнение =>
y=-x-2 - уравнение прямой с угловым коэффициентом k=-1.
Условие перпендикулярности прямых: k1=-1/k => k1=1.
Тогда уравнение перпендикуляра к стороне АВ из вершины С
найдем по формуле:
Y-Yс=k1(X-Xс) или Y-2=X-2 =>
y=х (1) - это уравнение перпендикуляра СС1.
Уравнение прямой АС:
(X-Xa)/(Xс-Xa)=(Y-Ya)/(Yс-Yа). Или
(X+4)/6=(Y-0)/2 - каноническое уравнение =>
y=(1/3)x+4/3 - уравнение прямой с угловым коэффициентом k=1/3.
Условие перпендикулярности прямых: k1=-1/k => k1 = -3.
Тогда уравнение перпендикуляра к стороне АС из вершины В
найдем по формуле:
Y-Yb=k1(X-Xb) или Y+2=-3(X+2) =>
y=-3х-8 (2)- это уравнение перпендикуляра BB1.
Точка пересечения перпендикуляров имеет координаты:
х=-3х - 8 (подставили (1) в (2)) => х = -2.
Тогда y = -2.
ответ: точка пересечения высот совпадает с вершиной В(-2;-2)
треугольника, то есть треугольник прямоугольный с <B=90°.
Для проверки найдем длины сторон треугольника:
АВ=√(((-2-(-4))²+(-2)²) = 2√2.
ВС=√(((2-(-2))²+(2-(-2))²) = 4√2.
АС=√(((2-(-4))²+2²) = 2√10.
АВ²+ВС² = 40; АС² = 40.
По Пифагору АВ²+ВС² = АС² - треугольник прямоугольный.
Пусть C1C2C3...C21 - 21-угольник, A1A2A3...A20 - 20-угольник, и точки C1 и C20 лежат на A20A1. Обозначим C1A1 = 1 - x, тогда A1C2 = 19 + x, C2A2 = 2 - x, A2C3 = 18 + x, ..., C20A20 = 20 - x, A20C21 = x. Очевидно, 0 ≤ x ≤ 1.
Разность площадей 20-угольника и 21-угольника равна сумме площадей треугольников C1A1C2, C2A2C3, C3A3C4, ..., C20A20C21. Так как все углы C1AC2, ..., C20A20C21 равны между собой и равны 180° - 360°/20 = 180° - 18°, то сумма площадей равна
S = 1/2 sin(180° - 18°) * ((1 - x)(19 + x) + (2 - x)(18 + x) + ... + (20 - x) x) = sin 18° ((1 - x)(19 + x) + (2 - x)(18 + x) + ... + (20 - x)x)/2
S(x) - квадратный трёхчлен относительно x, старший коэффициент отрицателен, поэтому максимум достигается в вершине квадратичной параболы. Так ка S(x) = S(1 - x), то парабола S(x) симметрична относительно x = 1/2, а значит, максимальное значение равно S(1/2).
Осталось вычислить значение. Выписываю сумму произведений в скобках:
0,5 * 19,5 + 1,5 * 18,5 + 2,5 * 17,5 + ... + 19,5 * 0,5 = (10 - 9,5)(10 + 9,5) + (10 - 8,5)(10 + 8,5) + ... + (10 - 0,5)(10 + 0,5) + (10 + 0,5)(10 - 0,5) + ... (10 + 9,5)(10 - 9,5) = 20 * 10² - 2 * 0.5² (1² + 3² + 5² + ... + 17² + 19²) = 2000 - 0.5 * 1330 = 1335
1² + 3² + ... + 19² можно посчитать вручную на листочке.
S(0.5) = 1335 sin18° / 2 - максимальное значение.