Точка равноудаленная от концов отрезка

Найти точку X, равноудалённую от концов отрезка AB на плоскости

В классической геометрии часто встречается утверждение о «лучшем» месте точек, которые находятся одинаково далеко от двух заданных точек․ Когда мы слышим фразу «единственная точка, равноудалённая от концов отрезка», сразу вспоминают, что в пространстве эта точка – центр круга, проходящего через два конца отрезка․ Но в плоскости ситуация совсем другая․

Формулировка задачи

Имеем отрезок AB на плоскости․ Требуется понять, существует ли точка X, такая что XA = XB, и является ли она единственной․

В предоставленной информации из интернета сказано:

  • «Точка, равноудалённая от концов отрезка, лежит на серединном перпендикуляре к этому отрезку»․
  • «На плоскости существует единственная точка, равноудалённая от концов отрезка – утверждение неверно»․

То есть, утверждение о единственности неверно․

Почему истинный ответ – «нет»

Геометрический аргумент

Рассмотрим любую точку X на серединном перпендикуляре отрезка AB․ По свойству перпендикулярного биссектрисы, отрезок AB делится пополам, и линия перпендикуляра к нему проходит через середину M․ Любая точка X на этой прямой удовлетворяет равенству расстояний:

  • Пусть AB – отрезок с координатами A(x₁,y₁), B(x₂,y₂)․
  • Уравнение XA = XB упрощается до линейного уравнения:
  • [(x ౼ x₁)^2 + (y ─ y₁)^2 = (x ─ x₂)^2 + (y ─ y₂)^2]
  • Раскрывая скобки и сокращая одинаковые члены, получаем:
  • [2(x₂ ─ x₁)x + 2(y₂ ─ y₁)y = x₂^2 + y₂^2 ─ x₁^2 ─ y₁^2]
  • Это уравнение описывает прямую – именно серединный перпендикуляр к AB․

Следовательно, все точки, лежащие на этой прямой, одновременно находятся на одинаковом расстоянии от A и B․ Никакая точка вне этой прямой не удовлетворяет условию XA = XB․

Краткое доказательство «инфинитность»

Пусть M – середина AB, и l – перпендикуляр к AB, проходящий через M․ Любая точка X ∈ l удовлетворяет XA = XB, потому что:

  1. Отрезок XM и XM – одинаковые․
  2. В треугольниках AXB и ABX угол при M является прямым, а остальные два угла равны․
  3. Следовательно, треугольники AXB и ABX подобны, и XA = XB․

Таким образом, существует неограниченно много точек, удовлетворяющих условию, и они образуют прямую․

Граничный случай: отрезок длиной ноль

Если A = B (отрезок превращается в точку), то условие XA = XB превращается в XA = XA, которое выполняется для любых точек X․ В этом случае вся плоскость является множеством равноудалённых точек․

Практическое применение

  • Построение перпендикулярного биссектрисы – один из классических методов в геометрии․
  • Определение центра окружности, проходящей через два заданных пункта, требует выбора точки на серединном перпендикуляре․
  • В геодезии и проектировании карт перпендикулярный биссектрисой служит ориентиром для построения симметричных объектов․

Утверждение «На плоскости существует единственная точка, равноудаленная от концов отрезка» неверно․ На самом деле, множество таких точек образует прямую – серединный перпендикуляр к отрезку․ В исключительном случае, когда отрезок сокращается до точки, все точки плоскости становятся равноудалёнными․ Поэтому правильный ответ: нет – точек, равноудалённых от концов отрезка, бесконечно много․

Ключевые слова

  • серединный перпендикуляр
  • геометрическое место точек
  • равноудалённые точки
  • линейное уравнение
  • построение биссектрисы