Khi bay với vận tốc siêu nhanh (tốc độ chuyển động lớn hơn tốc độ âm thanh trong cùng môi trường), một máy bay tạo ra một vùng nhiễu động trên mặt đất dọc theo một nhánh của hypebol \(\left( H \right)\) (tham khảo hình vẽ). Phần nghe rõ nhất tiếng ồn của vùng nói trên được gọi là thảm nhiễu động. Bề rộng của thảm này gấp khoảng 5 lần cao độ của máy bay. Biết bề rộng của thảm nhiễu động được đo cách phía sau máy bay một khoảng là 40 mile (mile (dặm) là đơn vị đo khoảng cách, 1 mile ≈ 1,6 km) và \(\left( H \right)\) có phương trình: \(\frac{{{x^2}}}{{400}} - \frac{{{y^2}}}{{100}} = 1\). Tìm cao độ của máy bay (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm).

Hướng dẫn giải

Phương trình đường thẳng cần tìm có dạng: .

Theo giả thiết, ta có:

\[{\rm{cos}}{45^0} = \frac{{\left| {A + 3B} \right|}}{{\sqrt {{A^2} + {B^2}} .\sqrt {10} }} = \frac{{\sqrt 2 }}{2} \Rightarrow \left| {A + 3B} \right| = \sqrt 5 \sqrt {{A^2} + {B^2}} \]\( \Leftrightarrow 2{A^2} - 3AB - 2{B^2} = 0\).

Nếu \(B = 0\) thì \(A = 0\) (loại)

Nếu \(B \ne 0\) thì

\(2{A^2} - 3AB - 2{B^2} = 0\)\( \Leftrightarrow 2{\left( {\frac{A}{B}} \right)^2} - 3\frac{A}{B} - 2 = 0\)\( \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}\frac{A}{B} = 2 \Rightarrow A = 2;B = 1\\\frac{A}{B} = - \frac{1}{2} \Rightarrow A = 1;B = - 2\end{array} \right.\).

Vậy có hai đường thẳng  thỏa yêu cầu bài toán là \[2(x + 2) + y = 0 \Leftrightarrow 2x + y + 4 = 0\] và \[1(x + 2) - 2y = 0 \Leftrightarrow x - 2y + 2 = 0\].

Hướng dẫn giải

a) Phương trình của đường tròn là \({\left( {x + 2} \right)^2} + {\left( {y - 5} \right)^2} = 49\).

b) Ta có \(\overrightarrow {AI} = \left( {3; - 4} \right)\), bán kính của đường tròn là \(R = \sqrt {{3^2} + {{\left( { - 4} \right)}^2}} = 5\).

Phương trình của đường tròn là \({\left( {x - 1} \right)^2} + {\left( {y + 2} \right)^2} = 25\).

c) Toạ độ trung điểm \(I\) của \(AB\) là \(I\left( { - 2;1} \right)\). Ta có \(\overrightarrow {AI} = \left( { - 1;4} \right)\).

Bán kính của đường tròn là \(R = \sqrt {{{\left( { - 1} \right)}^2} + {4^2}} = \sqrt {17} \).

Phương trình của đường tròn là \({\left( {x + 2} \right)^2} + {\left( {y - 1} \right)^2} = 17\).

d) Có tâm \(I\left( {1;3} \right)\) và tiếp xúc với đường thẳng \(x + 2y + 3 = 0\).

Khoảng cách từ tâm \(I\) đến đường thẳng \(x + 2y + 3 = 0\) bằng bán kính \(R = \frac{{|1 + 2.3 + 3|}}{{\sqrt 5 }} = 2\sqrt 5 \).

Phương trình đường tròn tâm \(I\) bán kính \(R\) là \({\left( {x - 1} \right)^2} + {\left( {y - 3} \right)^2} = 20\).