{"id":"matematyka-2021-maj-matura-rozszerzona/zad/8","paper_id":"matematyka-2021-maj-matura-rozszerzona","number":"8","points":3,"ptype":"open","subject":"matematyka","category":"matura","year":2021,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 8. (0-3)\nDany jest trójkąt równoboczny 𝐴𝐵𝐶. Na bokach 𝐴𝐵 i 𝐴𝐶 wybrano punkty - odpowiednio -\n𝐷 i 𝐸 takie, że |𝐵𝐷| = |𝐴𝐸| = 1\n3 |𝐴𝐵|. Odcinki 𝐶𝐷 i 𝐵𝐸 przecinają się w punkcie 𝑃\n(zobacz rysunek).\nWykaż, że pole trójkąta 𝐷𝐵𝑃 jest 21 razy mniejsze od pola trójkąta 𝐴𝐵𝐶.\n𝐴\n𝐵\n𝐶\n𝐷\n𝑃\n𝐸\n\nEMAP-R0_100\nWypełnia\negzaminator\nNr zadania\n8.\nMaks. liczba pkt\n3\nUzyskana liczba pkt\n\nEMAP-R0_100\nRozwiązanie zadania. Dany jest trójkąt równoboczny ABC. Na bokach AB i AC wybrano punkty - odpowiednio - D i E takie, że |BD| = |AE| = 1/3|AB|. Odcinki CD i BE przecinają się w punkcie P (zobacz rysunek). Wykaż, że pole trójkąta DBP jest 21 razy mniejsze od pola trójkąta ABC.","answer":null,"answer_text":"Zadanie 8. (0-3)\nWymagania egzaminacyjne 2021\nWymaganie ogólne\nWymagania szczegółowe\nV. Rozumowanie i argumentacja\nZdający:\nG10.13) stosuje cechy przystawania\ntrójkątów […].\nR7.3) rozpoznaje figury podobne […].\nZasady oceniania\nZdający otrzymuje 1 p.\ngdy:\n\nzapisze, że trójkąty 𝐴𝐵𝐸 i 𝐵𝐶𝐷 (lub 𝐸𝐵𝐶 i 𝐷𝐶𝐴) są przystające\nALBO\n\nzapisze, że trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐶𝐵 (lub 𝐸𝐵𝐴) są podobne lub zapisze odpowiednie\nproporcje wynikające z tego podobieństwa\nALBO\n\nwyznaczy długość odcinka 𝐶𝐷 w zależności od |𝐷𝐵|: |𝐶𝐷| = |𝐷𝐵| ⋅√7\nALBO\n\nzastosuje twierdzenie o stosunku pól trójkątów o tych samych wysokościach (np.\nw sposobie 8. zapisze, że 𝑃𝐹𝐷𝑃\n𝑃𝐷𝐺𝑃=\n|𝐹𝐷|\n|𝐷𝐺|)\nALBO\n\numieści trójkąt 𝐴𝐵𝐶 w układzie współrzędnych i wyznaczy współrzędne punktów 𝐷\ni 𝐸 w zależności od długości boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶\nALBO\n\nnarysuje odcinek 𝐷𝐹 równoległy do 𝐴𝐶 (sposób 5.) i zapisze, że trójkąty 𝐷𝐺𝑃 i 𝐶𝐸𝑃\n(lub trójkąty 𝐷𝐵𝐺 i 𝐴𝐵𝐸) są podobne\nALBO\n\nnarysuje odcinek 𝐺𝐹 równoległy do 𝐴𝐶 (sposób 7.) i zapisze, że trójkąty 𝐺𝐷𝑃 i 𝐴𝐷𝐶\n(lub trójkąty 𝐺𝐵𝑃 i 𝐴𝐵𝐸) są podobne\nALBO\n\nnarysuje odcinek 𝐸𝐹 równoległy do 𝐴𝐵 (sposób 4.) i zapisze, że trójkąty 𝐴𝐷𝐶 i 𝐸𝐺𝐶\n(lub 𝐷𝐵𝐶 i 𝐺𝐹𝐶, lub trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐺𝐸𝑃) są podobne\nALBO\n\nzapisze, że trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐴𝐹 są podobne (sposób 10.) lub zapisze odpowiednie\nproporcje wynikające z tego podobieństwa\nZdający otrzymuje 2 p.\ngdy:\n\nzapisze, że trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐶𝐵 (lub 𝐸𝐵𝐴) są podobne i obliczy skalę ich\npodobieństwa: 𝑠= 1\n√7\nALBO\n\nzapisze układ nie więcej niż czterech niezależnych równań liniowych prowadzących do\nuzasadnienia tezy\nALBO\n\nzapisze równanie z dwiema niewiadomymi 𝑚 i 𝑎, np.\n(1\n3 𝑎)\n2\n= 𝑚2 + (3𝑚)2 -2 ∙𝑚∙3𝑚∙1\n2 (sposób 3.) oraz zapisze, że pole trójkąta\n𝐷𝐵𝑃 jest równe 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n2 ⋅|𝐷𝑃| ∙|𝐵𝑃| ∙sin 60°\nALBO\n\nwyznaczy stosunek długości odcinka 𝐷𝑃 do długości odcinka 𝐶𝐷:\n|𝐷𝑃|\n|𝐶𝐷| = 1\n7 (sposoby\n4., 5., 6. i 7.)\nALBO\n\nzapisze w zależności od 𝑥= 𝑃𝐷𝐺𝑃 pola trójkątów: 𝐹𝐺𝑃, 𝑃𝐻𝐾, 𝑀𝑃𝐿, 𝐷𝐵𝑃 i co\nnajmniej jednego z trójkątów 𝐴𝐹𝑃 (lub 𝐴𝑃𝑀), 𝑃𝐾𝐶 (lub 𝑃𝐶𝐿): 𝑃𝐹𝐺𝑃= 3𝑥,\n𝑃𝑃𝐻𝐾= 12𝑥, 𝑃𝑀𝑃𝐿= 48𝑥, 𝑃𝐷𝐵𝑃= 7𝑥, 𝑃𝑃𝐹𝑃= 6𝑥, 𝑃𝑃𝐾𝐶= 24𝑥 (sposób 8.)\nALBO\n\nobliczy drugą współrzędną punktu 𝑃 w zależności od przyjętej zmiennej: 𝑦𝑃=\n√3\n14 𝑎\n(sposób 9.)\nALBO\n\nzapisze 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n3 𝑃𝑃𝐹𝐵 i 𝑃𝐴𝐵𝐶= 𝑃𝑃𝑅𝑆+ 𝑃𝐴𝐵𝑆+ 𝑃𝐵𝐶𝑃+ 𝑃𝐶𝐴𝑅 (sposób 10.)\nZdający otrzymuje 3 p.\ngdy przeprowadzi pełne rozumowanie.\nPrzykładowe pełne rozwiązania\nSposób 1.\nTrójkąty 𝐴𝐵𝐸 i 𝐵𝐶𝐷 są przystające, gdyż |𝐴𝐵| = |𝐵𝐶|, |∡𝐵𝐴𝐸| = |∡𝐶𝐵𝐷| = 60° oraz\n|𝐴𝐸| = |𝐵𝐷|. Zatem |∡𝐴𝐵𝐸| = |∡𝐵𝐶𝐷| oraz |∡𝐴𝐸𝐵| = |∡𝐵𝐷𝐶|. Stąd wynika (cecha KKK),\nże trójkąt 𝐷𝐵𝑃 jest podobny do trójkąta 𝐷𝐶𝐵, a skala tego podobieństwa jest równa\n𝑠= |𝐵𝐷|\n|𝐶𝐷|.\nNiech |𝐷𝐵| = 𝑎. Wtedy |𝐵𝐶| = 3𝑎. Z twierdzenia cosinusów dla trójkąta 𝐷𝐵𝐶 otrzymujemy\n|𝐶𝐷| = √|𝐵𝐷|2 + |𝐵𝐶|2 -2 ⋅|𝐵𝐷| ⋅|𝐵𝐶| ⋅cos 60° = √𝑎2 + (3𝑎)2 -2 ⋅𝑎⋅3𝑎⋅1\n2 = √7𝑎\nZasady oceniania rozwiązań zadań\nZatem 𝑠=\n𝑎\n𝑎√7 = 1\n√7 .\nPole trójkąta 𝐷𝐵𝐶 jest trzecią częścią pola trójkąta 𝐴𝐵𝐶, gdyż oba te trójkąty mają wspólną\nwysokość opuszczoną z wierzchołka 𝐶 oraz |𝐵𝐷| = 1\n3 |𝐴𝐵|.\nPonieważ stosunek pól figur podobnych jest równy kwadratowi skali ich podobieństwa, więc\n𝑃Δ𝐷𝐵𝑃= 𝑠2 ⋅𝑃Δ𝐷𝐵𝐶 = ( 1\n√7\n)\n2\n⋅1\n3 ⋅𝑃Δ𝐴𝐵𝐶= 1\n21 ⋅𝑃Δ𝐴𝐵𝐶\nTo należało wykazać.\nUwagi:\n1. Po wyznaczeniu długości |𝐶𝐷| = |𝐵𝐸| można wyznaczyć sinus kąta 𝐷𝐵𝐸, korzystając\nz twierdzenia sinusów. Wtedy otrzymujemy\n|𝐵𝐸|\n√3\n2\n𝑎\nsin|∡𝐷𝐵𝐸|\nskąd sin|∡𝐷𝐵𝐸| =\n√3\n2√7 , więc\n𝑃Δ𝐷𝐵𝑃= 1\n2 ⋅𝑎⋅( 1\n√7\n⋅3𝑎) ⋅√3\n2√7\n= 3𝑎2√3\n28\n(3𝑎)2√3\n4\n⋅1\n21 = 1\n21 ⋅𝑃Δ𝐴𝐵𝐶\n2. Długość odcinka 𝐶𝐷 możemy też obliczyć w inny sposób. Poniżej przedstawiamy dwa\nz tych sposobów:\na) Niech 𝑀 oznacza spodek wysokości trójkąta 𝐴𝐵𝐶 opuszczonej z wierzchołka 𝐶.\nWtedy\n|𝐶𝑀| = 3𝑎√3\n2\noraz |𝑀𝐷| = |𝑀𝐵| -|𝐷𝐵| = 1\n2 ∙3𝑎-𝑎= 1\n2 𝑎\nZ twierdzenia Pitagorasa dla trójkąta 𝑀𝐷𝐶 otrzymujemy\n|𝐶𝐷| = √(1\n2 𝑎)\n2\n+ (3𝑎√3\n2\n)\n2\n= √28\n4 𝑎2 = 𝑎√7\nb) Z twierdzenia Stewarta otrzymujemy\n(3𝑎)2 ∙2𝑎+ (3𝑎)2 ∙𝑎= 3𝑎⋅(|𝐶𝐷|2 + 2𝑎∙𝑎)\n3𝑎∙2𝑎+ 3𝑎∙𝑎= |𝐶𝐷|2 + 2𝑎2\n|𝐶𝐷|2 = 7𝑎2\n|𝐶𝐷| = 𝑎√7\nSposób 2.\nPrzyjmijmy, że 𝑃Δ𝐴𝐵𝐶= 𝑆, 𝑃Δ𝐷𝐵𝑃= 𝑄, 𝑃Δ𝐴𝑃𝐸= 𝑌, 𝑃Δ𝐵𝐶𝑃= 𝑋.\nW dalszym ciągu rozumowania będziemy wielokrotnie korzystać z faktu, że stosunek pól\ntrójkątów o wspólnej wysokości jest równy stosunkowi długości podstaw, na które ta wysokość\njest opuszczona.\nZatem 𝑃𝐴𝐵𝐸= 1\n3 𝑆, 𝑃𝐶𝐵𝐸= 2\n3 𝑆, 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1\n3 𝑆, 𝑃𝐴𝐷𝐶= 2\n3 𝑆. Ponadto\n𝑃𝐴𝑃𝐸\n𝑃𝐶𝑃𝐸\n= 1\n2 oraz 𝑃𝐷𝐵𝑃\n𝑃𝐴𝐷𝑃\n= 1\n2\nOtrzymaliśmy więc układ równań\n{\n𝑄+ 𝑋= 1\n3 𝑆\n2𝑌+ 𝑋= 2\n3 𝑆\n𝑌+ 3𝑄= 1\n3 𝑆\nWyznaczając wielkość 𝑋 z pierwszego równania i wielkość 𝑌 z trzeciego oraz wstawiając\nwyznaczone wielkości do równania drugiego, otrzymujemy:\n2 (1\n3 𝑆-3𝑄) + (1\n3 𝑆-𝑄) = 2\n3 𝑆\n1\n3 𝑆= 7𝑄\n𝑄= 1\n21 𝑆\nTo należało wykazać.\nSposób 3.\nTrójkąty 𝐴𝐵𝐸 i 𝐵𝐶𝐷 są przystające, gdyż |𝐴𝐵| = |𝐵𝐶|, |∡𝐵𝐴𝐸| = |∡𝐶𝐵𝐷| = 60° oraz\n|𝐴𝐸| = |𝐵𝐷|. Zatem |∡𝐴𝐵𝐸| = |∡𝐵𝐶𝐷| oraz |∡𝐴𝐸𝐵| = |∡𝐵𝐷𝐶|. Stąd wynika (cecha KKK),\nże trójkąt 𝐷𝐵𝑃 jest podobny do trójkąta 𝐷𝐶𝐵.\nZatem\n|𝐴𝐸|\n|𝐴𝐵| =\n|𝐷𝑃|\n|𝐵𝑃| = 1\n3 , więc |𝐵𝑃| = 3|𝐷𝑃| oraz |∡𝐵𝑃𝐷| = 60° . Oznaczmy |𝐷𝑃| = 𝑚.\nWtedy |𝐵𝑃| = 3𝑚.\n𝐴\n𝐶\n𝐵\n𝐷\n𝐸\n𝑃\nZasady oceniania rozwiązań zadań\nZ twierdzenia cosinusów dla trójkąta 𝐷𝐵𝑃 otrzymujemy\n|𝐵𝐷|2 = |𝐷𝑃|2 + |𝐵𝑃|2 -2 ∙|𝐷𝑃| ∙|𝐵𝑃| ∙cos 60°\nczyli\n(1\n3 𝑎)\n2\n= 𝑚2 + (3𝑚)2 -2 ∙𝑚∙3𝑚∙1\n2\nStąd\n1\n9 𝑎2 = 7𝑚2\n𝑚2 = 1\n63 𝑎2\nPole trójkąta 𝐷𝐵𝑃 jest równe\n𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n2 ⋅|𝐷𝑃| ∙|𝐵𝑃| ∙sin 60° = 1\n2 ⋅𝑚∙3𝑚∙√3\n2 = 3\n4 ⋅𝑚2√3 =\n= 3\n4 ⋅1\n63 𝑎2√3 = 1\n21 ⋅𝑎2√3\n4\n= 1\n21 ⋅𝑃𝐴𝐵𝐶\nTo należało wykazać.\n𝐴\n𝐶\n𝐵\n𝐷\n𝐸\n𝑃\n2\n3 𝑎\n1\n3 𝑎\n2\n3 𝑎\n𝑎\n𝑚\n3𝑚\n1\n3 𝑎\nSposób 4.\nOznaczmy przez 𝑎 długość boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Prowadzimy odcinek 𝐸𝐹 równoległy do\nboku 𝐴𝐵 trójkąta 𝐴𝐵𝐶.\nTrójkąty 𝐴𝐷𝐶 i 𝐸𝐺𝐶 są podobne (cecha KKK), więc\n|𝐸𝐺|\n|𝐶𝐸| =\n|𝐴𝐷|\n|𝐴𝐶| = 2\n3 oraz\n|𝐶𝐺|\n|𝐶𝐷| =\n|𝐶𝐸|\n|𝐴𝐶| = 2\n3\nStąd\n|𝐸𝐺| = 2\n3 |𝐶𝐸| = 2\n3 ∙2\n3 𝑎= 4\n9 𝑎 oraz |𝐶𝐺| = 2\n3 |𝐶𝐷|\nZ drugiej równości wynika, że |𝐺𝐷| = 1\n3 |𝐶𝐷|.\nTrójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐺𝐸𝑃 są podobne (cecha KKK), więc\n|𝐷𝑃|\n|𝐺𝑃| =\n|𝐷𝐵|\n|𝐸𝐺| =\n1\n3 𝑎\n4\n9 𝑎\n= 3\n4\nZatem\n|𝐷𝑃| = 3\n7 |𝐷𝐺| = 3\n7 ∙1\n3 |𝐶𝐷| = 1\n7 |𝐶𝐷|\nTrójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝐵, więc\n𝑃𝐷𝐵𝑃\n𝑃𝐷𝐵𝐶\n= |𝐷𝑃|\n|𝐷𝐶| = 1\n7 , czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n7 𝑃𝐷𝐵𝐶 .\nPonadto 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1\n3 𝑃𝐴𝐵𝐶, gdyż trójkąty 𝐷𝐵𝐶 i 𝐴𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną\nz wierzchołka 𝐶 i |𝐷𝐵| = 1\n3 |𝐴𝐵|, więc\n𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n7 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1\n7 ∙1\n3 𝑃𝐴𝐵𝐶= 1\n21 𝑃𝐴𝐵𝐶.\nTo należało wykazać.\n𝐴\n𝐶\n𝐵\n𝐷\n𝐸\n𝑃\n𝐹\n𝐺\n2\n3 𝑎\n1\n3 𝑎\n1\n3 𝑎\n2\n3 𝑎\nZasady oceniania rozwiązań zadań\nSposób 5.\nOznaczmy przez 𝑎 długość boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Prowadzimy odcinek 𝐷𝐹 równoległy do\nboku 𝐴𝐶 trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Niech 𝐺 oznacza punkt przecięcia odcinków 𝐵𝐸 i 𝐷𝐹.\nTrójkąt 𝐷𝐵𝐹 jest równoboczny, a jego bok ma długość 1\n3 𝑎.\nTrójkąty 𝐷𝐵𝐺 i 𝐴𝐵𝐸 są podobne (cecha KKK), więc\n|𝐷𝐺|\n|𝐷𝐵| =\n|𝐴𝐸|\n|𝐴𝐵| = 1\n3\nStąd\n|𝐷𝐺| = 1\n3 ∙1\n3 𝑎= 1\n9 𝑎\nTrójkąty 𝐷𝐺𝑃 i 𝐶𝐸𝑃 są podobne (cecha KKK), więc\n|𝐷𝑃|\n|𝐶𝑃| =\n|𝐷𝐺|\n|𝐶𝐸| =\n1\n9 𝑎\n2\n3 𝑎\n= 1\n6\nZatem |𝐷𝑃| = 1\n7 |𝐶𝐷|.\nTrójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝐵, więc\n𝑃𝐷𝐵𝑃\n𝑃𝐷𝐵𝐶\n= |𝐷𝑃|\n|𝐷𝐶| = 1\n7 , czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n7 𝑃𝐷𝐵𝐶 .\nPonadto 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1\n3 𝑃𝐴𝐵𝐶, gdyż trójkąty 𝐷𝐵𝐶 i 𝐴𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną\nz wierzchołka 𝐶 i |𝐷𝐵| = 1\n3 |𝐴𝐵|, więc\n𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n7 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1\n7 ∙1\n3 𝑃𝐴𝐵𝐶= 1\n21 𝑃𝐴𝐵𝐶 .\nTo należało wykazać.\n1\n3 𝑎\n𝐺\n1\n3 𝑎\n𝐴\n𝐶\n𝐵\n𝐷\n𝐸\n𝑃\n2\n3 𝑎\n1\n3 𝑎\n2\n3 𝑎\n2\n3 𝑎\n𝐹\nSposób 6.\nOznaczmy przez 𝑎 długość boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Wtedy |𝐴𝐷| = |𝐶𝐸| = 2\n3 𝑎 oraz\n|𝐴𝐸| = |𝐷𝐵| = 1\n3 𝑎. Prowadzimy odcinek 𝐸𝐹 równoległy do boku 𝐶𝐷 trójkąta 𝐴𝐶𝐷.\nTrójkąty 𝐴𝐹𝐸 i 𝐴𝐷𝐶 są podobne (cecha KKK), więc\n|𝐸𝐹|\n|𝐶𝐷| =\n|𝐴𝐸|\n|𝐴𝐶| = 1\n3 oraz\n|𝐴𝐹|\n|𝐴𝐸| =\n|𝐴𝐷|\n|𝐴𝐶| = 2\n3\nStąd\n|𝐸𝐹| = 1\n3 |𝐶𝐷| oraz |𝐴𝐹| = 2\n3 |𝐴𝐸| = 2\n3 ∙1\n3 𝑎= 2\n9 𝑎\nZatem |𝐹𝐵| = |𝐴𝐵| -|𝐴𝐹| = 𝑎-2\n9 𝑎= 7\n9 𝑎.\nTrójkąty 𝐹𝐵𝐸 i 𝐷𝐵𝑃 są podobne (cecha KKK), więc\n|𝑃𝐷|\n|𝐸𝐹| =\n|𝐷𝐵|\n|𝐹𝐵| =\n1\n3 𝑎\n7\n9 𝑎\n= 3\n7\nStąd\n|𝐷𝑃| = 3\n7 |𝐸𝐹| = 3\n7 ∙1\n3 |𝐶𝐷| = 1\n7 |𝐶𝐷|\nTrójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝐵, więc\n𝑃𝐷𝐵𝑃\n𝑃𝐷𝐵𝐶\n= |𝐷𝑃|\n|𝐷𝐶| = 1\n7 , czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n7 𝑃𝐷𝐵𝐶 .\nPonadto 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1\n3 𝑃𝐴𝐵𝐶, gdyż trójkąty 𝐷𝐵𝐶 i 𝐴𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną\nz wierzchołka 𝐶 i |𝐷𝐵| = 1\n3 |𝐴𝐵|, więc\n𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n7 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1\n7 ∙1\n3 𝑃𝐴𝐵𝐶= 1\n21 𝑃𝐴𝐵𝐶 .\nTo należało wykazać.\n𝐴\n𝐶\n𝐵\n𝐷\n𝐸\n𝑃\n𝐹\n2\n3 𝑎\n1\n3 𝑎\n1\n3 𝑎\n2\n3 𝑎\nZasady oceniania rozwiązań zadań\nSposób 7.\nPrzez punkt 𝑃 prowadzimy odcinek 𝐺𝐹 równoległy do boku 𝐴𝐶 trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Trójkąt 𝐺𝐹𝐵\njest równoboczny. Oznaczmy długość boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶 przez 𝑎 i odcinka 𝐵𝐹 przez 𝑥.\nTrójkąty 𝐺𝐵𝑃 i 𝐴𝐵𝐸 są podobne (cecha KKK), więc\n|𝐺𝑃|\n|𝐺𝐵| = |𝐴𝐸|\n|𝐴𝐵| =\n1\n3 𝑎\n𝑎= 1\n3\nStąd |𝐺𝑃| = 1\n3 𝑥.\nTrójkąty 𝐺𝐷𝑃 i 𝐴𝐷𝐶 są podobne (cecha KKK), więc\n|𝐺𝑃|\n|𝐺𝐷| = |𝐴𝐶|\n|𝐴𝐷| = 𝑎\n2\n3 𝑎\n= 3\n2 oraz\n|𝑃𝐷|\n|𝐶𝐷| = |𝐺𝑃|\n|𝐴𝐶|\nStąd |𝐺𝐷| = 2\n3 |𝐺𝑃|, więc\n|𝐷𝐵| = |𝐺𝐵| -|𝐺𝐷| = 𝑥-2\n3 ⋅1\n3 𝑥= 7\n9 𝑥\nZatem 1\n3 𝑎= 7\n9 𝑥, czyli 𝑥= 3\n7 𝑎 .\nKorzystając z proporcji\n|𝑃𝐷|\n|𝐶𝐷| =\n|𝐺𝑃|\n|𝐴𝐶| , otrzymujemy\n|𝑃𝐷|\n|𝐶𝐷| =\n1\n3 𝑥\n𝑎=\n1\n3 ∙\n3\n7 𝑎\n𝑎\n= 1\n7\nTrójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝐵, więc\n𝑃𝐷𝐵𝑃\n𝑃𝐷𝐵𝐶\n= |𝐷𝑃|\n|𝐷𝐶| = 1\n7 , czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n7 𝑃𝐷𝐵𝐶 .\n𝐹\n𝑥\n𝐴\n𝐶\n𝐵\n𝐷\n𝐸\n𝑃\n2\n3 𝑎\n1\n3 𝑎\n2\n3 𝑎\n2\n3 𝑎\n𝐺\nPonadto 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1\n3 𝑃𝐴𝐵𝐶, gdyż trójkąty 𝐷𝐵𝐶 i 𝐴𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną\nz wierzchołka 𝐶 i |𝐷𝐵| = 1\n3 |𝐴𝐵|, więc\n𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n7 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1\n7 ∙1\n3 𝑃𝐴𝐵𝐶= 1\n21 𝑃𝐴𝐵𝐶 .\nTo należało wykazać.\nSposób 8.\nPrzez punkt 𝑃 prowadzimy odcinki 𝑀𝐻, 𝐺𝐿 i 𝐹𝐾 równoległe do boków - odpowiednio -\n𝐴𝐵, 𝐵𝐶 i 𝐴𝐶 trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Podzieliliśmy w ten sposób trójkąt 𝐴𝐵𝐶 na trzy trójkąty\nrównoboczne 𝐹𝐺𝑃, 𝑃𝐻𝐾, 𝑀𝑃𝐿 i trzy równoległoboki 𝐵𝐺𝑃𝐻, 𝑃𝐾𝐶𝐿 i 𝐴𝐹𝑃𝑀. Oznaczmy\npole trójkąta 𝐷𝐺𝑃 przez 𝑥.\nTrójkąty 𝐹𝐵𝑃 i 𝐴𝐵𝐸 są podobne (cecha KKK). Zatem\n|𝐹𝑃|\n|𝐹𝐵| =\n|𝐴𝐸|\n|𝐴𝐵| = 1\n3 , więc\n|𝐹𝑃| = 1\n3 |𝐹𝐵| = 1\n3 |𝐹𝐾|, gdyż trójkąt 𝐹𝐵𝐾 jest równoboczny. Stąd\n|𝐹𝑃|\n|𝑃𝐾| = 1\n2 .\nTak samo wnioskujemy, że\n|𝑃𝐻|\n|𝑀𝑃| = 1\n2 .\nTrójkąty 𝐹𝐷𝑃 i 𝐴𝐷𝐶 są podobne (cecha KKK), więc\n|𝐹𝑃|\n|𝐹𝐷| =\n|𝐴𝐶|\n|𝐴𝐷| = 3\n2 , a stąd wynika, że\n|𝐷𝐺|\n|𝐹𝐷| = 1\n2 .\nTrójkąty 𝐹𝐷𝑃 i 𝐷𝐺𝑃 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝑃, więc\n𝑃𝐷𝐺𝑃\n𝑃𝐹𝐷𝑃=\n|𝐷𝐺|\n|𝐹𝐷| = 1\n2, więc 𝑃𝐹𝐷𝑃= 2𝑥, skąd 𝑃𝐹𝐺𝑃= 3𝑥.\nTrójkąty równoboczne są podobne, więc stosunek ich pól jest równy kwadratowi skali ich\npodobieństwa. Zatem\n𝑃𝐹𝐺𝑃\n𝑃𝑃𝐻𝐾\n= (\n|𝐹𝑃|\n|𝑃𝐾|)\n2\n= 1\n4 , więc 𝑃𝑃𝐻𝐾= 4𝑃𝐹𝐺𝑃= 4 ∙3𝑥= 12𝑥\noraz\n𝑃𝑃𝐻𝐾\n𝑃𝑀𝑃𝐿\n= (|𝑃𝐻|\n|𝑀𝑃|)\n2\n= 1\n4 , więc 𝑃𝑀𝑃𝐿= 4𝑃𝑃𝐻𝐾= 4 ∙12𝑥= 48𝑥\n𝑀\n𝐾\n𝐹\n𝐴\n𝐶\n𝐵\n𝐷\n𝐸\n𝑃\n𝐿\n𝐺\n𝐻\n𝐹\n𝐷\n𝑃\n𝐺\n2𝑥\n𝑥\nZasady oceniania rozwiązań zadań\nTrójkąty 𝐹𝐺𝑃 i 𝐺𝐵𝑃 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝑃, więc\n𝑃𝐹𝐺𝑃\n𝑃𝐺𝐵𝑃=\n|𝐹𝐺|\n|𝐺𝐵| . Trójkąty 𝑃𝐻𝐾 i 𝐵𝐻𝑃 również mają wspólną wysokość opuszczoną\nz wierzchołka 𝑃, więc 𝑃𝑃𝐻𝐾\n𝑃𝐵𝐻𝑃=\n|𝐾𝐻|\n|𝐵𝐻| .\nZatem, wobec |𝐹𝐺| = |𝑃𝐺| = |𝐵𝐻| oraz |𝐺𝐵| = |𝑃𝐻| = |𝐾𝐻|, otrzymujemy\n𝑃𝐹𝐺𝑃\n𝑃𝐺𝐵𝑃\n⋅𝑃𝑃𝐻𝐾\n𝑃𝐵𝐻𝑃\n= |𝐹𝐺|\n|𝐺𝐵| ⋅|𝐾𝐻|\n|𝐵𝐻| = 1\nPonieważ 𝑃𝐺𝐵𝑃= 𝑃𝐵𝐻𝑃, więc 𝑃𝐺𝐵𝑃= 𝑃𝐵𝐻𝑃= √𝑃𝐹𝐺𝑃∙𝑃𝑃𝐻𝐾.\nAnalogicznie otrzymujemy 𝑃𝐾𝑃𝐶= 𝑃𝑃𝐶𝐿= √𝑃𝑃𝐻𝐾∙𝑃𝑀𝑃𝐿 oraz 𝑃𝐴𝐹𝑃= 𝑃𝐴𝑃𝑀= √𝑃𝐹𝐺𝑃∙𝑃𝑀𝑃𝐿.\nZatem\n𝑃𝐺𝐵𝑃= 𝑃𝐵𝐻𝑃= √3𝑥∙12𝑥= 6𝑥,\n𝑃𝐾𝑃𝐶= 𝑃𝑃𝐶𝐿= √12𝑥∙48𝑥= 24𝑥,\n𝑃𝐴𝐹𝑃= 𝑃𝐴𝑃𝑀= √3𝑥∙48𝑥= 12𝑥.\nPole trójkąta 𝐴𝐵𝐶 jest więc równe\n𝑃𝐴𝐵𝐶= 𝑃𝐹𝐺𝑃+ 𝑃𝑃𝐾𝐻+ 𝑃𝑀𝑃𝐿+ 2𝑃𝐺𝐵𝑃+ 2𝑃𝐾𝑃𝐶+ 2𝑃𝐴𝐹𝑃=\n= 3𝑥+ 12𝑥+ 48𝑥+ 2 ∙6𝑥+ 2 ∙24𝑥+ 2 ∙12𝑥= 147𝑥\nNatomiast pole trójkąta 𝐷𝐵𝑃 jest równe\n𝑃𝐷𝐵𝑃= 𝑃𝐷𝐺𝑃+ 𝑃𝐺𝐵𝑃= 𝑥+ 6𝑥= 7𝑥\nWobec tego 𝑃𝐷𝐵𝑃= 7𝑥= 1\n21 ⋅147𝑥= 1\n21 𝑃𝐴𝐵𝐶 .\nTo należało wykazać.\nSposób 9.\nOznaczmy długość boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶 przez 𝑎. Umieszczamy trójkąt 𝐴𝐵𝐶 w układzie\nwspółrzędnych tak, aby 𝐴= (0, 0) i 𝐵= (𝑎, 0), a wierzchołek 𝐶 leżał w pierwszej ćwiartce\nukładu współrzędnych.\n𝐴\n𝐶\n𝐵\n𝐷\n𝐸\n𝑃\n0\n𝑎√3\n2\n𝑥\n𝑎\n2\n3 𝑎\n𝑦\n𝑎√3\n6\n𝑎\n2\n𝑎\n6\nWtedy 𝐶= (𝑎\n2 , 𝑎√3\n2 ), 𝐷= (2\n3 𝑎, 0), 𝐸= (1\n3 ⋅𝑎\n2 , 1\n3 ⋅𝑎√3\n2 ) = (𝑎\n6 , 𝑎√3\n6 ).\nWspółczynniki kierunkowe prostych 𝐶𝐷 i 𝐵𝐸 są równe\n𝑎𝐶𝐷=\n𝑎√3\n2 -0\n𝑎\n2-2\n3𝑎= -3√3 oraz 𝑎𝐵𝐸=\n𝑎√3\n6 -0\n𝑎\n6-𝑎= -\n√3\n5 .\nZatem prosta 𝐶𝐷 ma równanie 𝑦= -3√3 (𝑥-2\n3 𝑎), natomiast prosta 𝐵𝐸 ma równanie\n𝑦= -\n√3\n5 (𝑥-𝑎).\nObliczamy współrzędne punktu 𝑃, rozwiązując układ równań {\n𝑦= -3√3 (𝑥-2\n3𝑎)\n𝑦= -\n√3\n5 (𝑥-𝑎)\n. Stąd\notrzymujemy 𝑥= 9\n14 𝑎 oraz 𝑦= -\n√3\n5 ( 9\n14 𝑎-𝑎) =\n√3\n14 𝑎, więc 𝑃= ( 9\n14 𝑎,\n√3\n14 𝑎). Zatem\n𝑃𝐷𝐵𝑃\n𝑃𝐴𝐵𝐶\n1\n2 ∙|𝐷𝐵| ∙√3\n14 𝑎\n𝑎2√3\n4\n1\n2 ∙\n1\n3 𝑎∙√3\n14 𝑎\n𝑎2√3\n4\n= 1\n21\nczyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n21 𝑃𝐴𝐵𝐶 .\nTo należało wykazać.\nSposób 10.\nTrójkąt 𝐴𝐵𝐶 umieszczamy na sieci złożonej z przystających trójkątów równobocznych (jak\nna rysunku). Punkty 𝐹, 𝐺, 𝐻, 𝑅, 𝑆 to wybrane węzły sieci.\nNiech jednostką pola będzie pole jednego elementarnego trójkąta sieci.\n𝐴\n𝐵\n𝐶\n𝐷\n𝑃\n𝐻\n𝐺\n𝐹\n𝐸\n𝑅\n𝑆\nZasady oceniania rozwiązań zadań\nTrójkąt 𝐷𝐵𝑃 jest podobny do trójkąta 𝐷𝐴𝐹 (cecha KKK), więc\n|𝐷𝑃|\n|𝐹𝐷| =\n|𝐷𝐵|\n|𝐴𝐷| = 1\n2 . Stąd\n|𝐹𝐷| = 2|𝐷𝑃|, więc |𝐷𝑃| = 1\n3 |𝑃𝐹|. Trójkąty 𝐷𝐵𝑃 oraz 𝑃𝐹𝐵 mają wspólną wysokość\nopuszczoną z wierzchołka 𝐵, więc 𝑃𝐷𝐵𝑃\n𝑃𝑃𝐹𝐵=\n|𝐷𝑃|\n|𝑃𝐹| = 1\n3 , czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n3 𝑃𝑃𝐹𝐵= 1\n3 .\nPonieważ\n𝑃𝐴𝐵𝐶= 𝑃𝑃𝑅𝑆+ 𝑃𝐴𝐵𝑆+ 𝑃𝐵𝐶𝑃+ 𝑃𝐶𝐴𝑅= 𝑃𝑃𝑅𝑆+ 1\n2 𝑃𝐴𝐹𝐵𝑆+ 1\n2 𝑃𝐵𝐺𝐶𝑃+ 1\n2 𝑃𝐴𝑅𝐶𝐻\nwięc\n𝑃𝐴𝐵𝐶= 1 + 1\n2 ∙4 + 1\n2 ∙4 + 1\n2 ∙4 = 7\nZatem 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1\n21 𝑃𝐴𝐵𝐶 . To należało wykazać.","solution":"## Poprawna odpowiedź: dowód (zadanie otwarte - 3 pkt)\n\nNależy wykazać, że \\(P_{\\triangle DBP} = \\dfrac{1}{21} \\cdot P_{\\triangle ABC}\\), czyli że pole trójkąta \\(DBP\\) jest 21 razy mniejsze od pola \\(ABC\\).\n\n## Sposób 1 - Wektory (algebraiczny)\n\n**Oznaczenia.** Niech \\(\\vec{b} = \\vec{AB}\\), \\(\\vec{c} = \\vec{AC}\\), \\(|AB| = 3\\). Punkt \\(A\\) traktujemy jako biegun układu.\n\n**Wyznaczamy wektory \\(\\vec{AD}\\) i \\(\\vec{AE}\\).**\n\nPonieważ \\(|BD| = \\frac{1}{3}|AB|\\), punkt \\(D\\) leży na \\(AB\\) w odległości \\(\\frac{1}{3}\\) od \\(B\\) w stronę \\(A\\):\n\\[|AD| = |AB| - |BD| = |AB| - \\tfrac{1}{3}|AB| = \\tfrac{2}{3}|AB|,\\]\n\\[\\vec{AD} = \\frac{2}{3}\\vec{b}.\\]\n\nPonieważ \\(|AE| = \\frac{1}{3}|AC|\\):\n\\[\\vec{AE} = \\frac{1}{3}\\vec{c}.\\]\n\n**Parametryzujemy proste \\(BE\\) i \\(CD\\).**\n\nProsta \\(BE\\) (od \\(B\\) do \\(E\\)):\n\\[\\vec{r}(t) = \\vec{b} + t\\left(\\tfrac{1}{3}\\vec{c} - \\vec{b}\\right) = (1-t)\\vec{b} + \\frac{t}{3}\\vec{c}.\\]\n\nProsta \\(CD\\) (od \\(C\\) do \\(D\\)):\n\\[\\vec{r}(s) = \\vec{c} + s\\left(\\tfrac{2}{3}\\vec{b} - \\vec{c}\\right) = \\frac{2s}{3}\\vec{b} + (1-s)\\vec{c}.\\]\n\n**Znajdowanie punktu przecięcia \\(P\\).** Ponieważ wektory \\(\\vec{b}\\) i \\(\\vec{c}\\) są liniowo niezależne, przyrównujemy współrzędniki:\n\\[(1-t) = \\frac{2s}{3} \\quad \\text{ (i)}\\]\n\\[\\frac{t}{3} = (1-s) \\quad \\text{ (ii)}\\]\n\nZ równania (ii): \\(t = 3(1-s) = 3-3s\\).\n\nPodstawiamy do (i):\n\\[1-(3-3s) = \\frac{2s}{3} \\implies 3s - 2 = \\frac{2s}{3} \\implies \\frac{7s}{3} = 2 \\implies s = \\frac{6}{7}.\\]\n\nZatem \\(t = 3 - \\frac{18}{7} = \\dfrac{3}{7}\\).\n\n**Wektor \\(\\vec{AP}\\):**\n\\[\\vec{AP} = \\frac{4}{7}\\vec{b} + \\frac{1}{7}\\vec{c}.\\]\n\n**Obliczamy pole trójkąta \\(DBP\\).** Wyznaczamy wektory z \\(B\\):\n\\[\\vec{BD} = \\vec{AD} - \\vec{AB} = \\tfrac{2}{3}\\vec{b} - \\vec{b} = -\\tfrac{1}{3}\\vec{b},\\]\n\\[\\vec{BP} = \\vec{AP} - \\vec{AB} = \\tfrac{4}{7}\\vec{b} + \\tfrac{1}{7}\\vec{c} - \\vec{b} = -\\tfrac{3}{7}\\vec{b} + \\tfrac{1}{7}\\vec{c}.\\]\n\nPole trójkąta to \\(\\frac{1}{2}|\\vec{BD} \\times \\vec{BP}|\\). Korzystamy z liniowości iloczynu wektorowego i \\(\\vec{b} \\times \\vec{b} = \\vec{0}\\):\n\n\\[\\vec{BD} \\times \\vec{BP} = \\left(-\\tfrac{1}{3}\\vec{b}\\right) \\times \\left(-\\tfrac{3}{7}\\vec{b} + \\tfrac{1}{7}\\vec{c}\\right) = \\underbrace{\\left(-\\tfrac{1}{3}\\right)\\left(-\\tfrac{3}{7}\\right)}_{\\phantom{x}}(\\vec{b} \\times \\vec{b}) + \\left(-\\tfrac{1}{3}\\right)\\left(\\tfrac{1}{7}\\right)(\\vec{b} \\times \\vec{c})\\]\n\\[= 0 - \\frac{1}{21}(\\vec{b} \\times \\vec{c}).\\]\n\nZatem:\n\\[P_{\\triangle DBP} = \\tfrac{1}{2}\\cdot\\tfrac{1}{21}|\\vec{b} \\times \\vec{c}|.\\]\n\nPole trójkąta \\(ABC\\):\n\\[P_{\\triangle ABC} = \\tfrac{1}{2}|\\vec{b} \\times \\vec{c}|.\\]\n\n**Wniosek:**\n\\[\\boxed{\\frac{P_{\\triangle DBP}}{P_{\\triangle ABC}} = \\frac{1}{21}}\\]\n\n**Pole trójkąta \\(DBP\\) jest 21 razy mniejsze od pola trójkąta \\(ABC\\). \\(\\blacksquare\\)**\n\n## Sposób 2 - Współrzędne kartezjańskie (konkretne liczby)\n\n**Ustawiamy układ współrzędnych.** Niech bok \\(|AB| = 3\\). Przyjmujemy:\n\\[B = (0,0), \\quad C = (3,0), \\quad A = \\left(\\tfrac{3}{2},\\, \\tfrac{3\\sqrt{3}}{2}\\right).\\]\n\n**Wyznaczamy \\(D\\) i \\(E\\).**\n\n\\(D\\) leży na \\(AB\\), \\(|BD| = 1\\):\n\\[D = B + \\tfrac{1}{3}(A - B) = \\tfrac{1}{3}\\cdot\\left(\\tfrac{3}{2},\\tfrac{3\\sqrt{3}}{2}\\right) = \\left(\\tfrac{1}{2},\\, \\tfrac{\\sqrt{3}}{2}\\right).\\]\n\n\\(E\\) leży na \\(AC\\), \\(|AE| = 1\\):\n\\[E = A + \\tfrac{1}{3}(C - A) = \\left(\\tfrac{3}{2},\\tfrac{3\\sqrt{3}}{2}\\right) + \\tfrac{1}{3}\\left(\\tfrac{3}{2},\\,-\\tfrac{3\\sqrt{3}}{2}\\right) = \\left(2,\\,\\sqrt{3}\\right).\\]\n\n**Parametryzujemy proste i szukamy punktu \\(P\\).**\n\nProsta \\(BE\\): \\((2t,\\; t\\sqrt{3})\\) dla \\(t \\in \\mathbb{R}\\).\n\nProsta \\(CD\\): \\(\\left(3 - \\tfrac{5}{2}s,\\; \\tfrac{\\sqrt{3}}{2}s\\right)\\) dla \\(s \\in \\mathbb{R}\\).\n\nWarunek przecięcia:\n\\[t\\sqrt{3} = \\tfrac{\\sqrt{3}}{2}s \\implies t = \\tfrac{s}{2},\\]\n\\[2t = 3 - \\tfrac{5s}{2} \\implies s = 3 - \\tfrac{5s}{2} \\implies \\tfrac{7s}{2} = 3 \\implies s = \\tfrac{6}{7},\\quad t = \\tfrac{3}{7}.\\]\n\nStąd:\n\\[P = \\left(\\tfrac{6}{7},\\; \\tfrac{3\\sqrt{3}}{7}\\right).\\]\n\n**Pole trójkąta \\(DBP\\)** wzorem ze współrzędnych:\n\n\\[P_{\\triangle DBP} = \\tfrac{1}{2}\\left|x_D(y_B - y_P) + x_B(y_P - y_D) + x_P(y_D - y_B)\\right|\\]\n\\[= \\tfrac{1}{2}\\left|\\tfrac{1}{2}\\cdot\\left(0 - \\tfrac{3\\sqrt{3}}{7}\\right) + 0 + \\tfrac{6}{7}\\cdot\\tfrac{\\sqrt{3}}{2}\\right|\\]\n\\[= \\tfrac{1}{2}\\left|-\\tfrac{3\\sqrt{3}}{14} + \\tfrac{6\\sqrt{3}}{14}\\right| = \\tfrac{1}{2}\\cdot\\tfrac{3\\sqrt{3}}{14} = \\frac{3\\sqrt{3}}{28}.\\]\n\n**Pole trójkąta równobocznego \\(ABC\\)** o boku 3:\n\\[P_{\\triangle ABC} = \\tfrac{\\sqrt{3}}{4}\\cdot 9 = \\frac{9\\sqrt{3}}{4}.\\]\n\n**Stosunek pól:**\n\\[\\frac{P_{\\triangle ABC}}{P_{\\triangle DBP}} = \\frac{9\\sqrt{3}/4}{3\\sqrt{3}/28} = \\frac{9\\sqrt{3}}{4}\\cdot\\frac{28}{3\\sqrt{3}} = \\frac{9\\cdot 28}{4\\cdot 3} = \\frac{252}{12} = 21.\\]\n\n**Pole trójkąta \\(ABC\\) jest dokładnie 21-krotnie większe od pola trójkąta \\(DBP\\). \\(\\blacksquare\\)**\n\n## Wzory z karty CKE\n\n**Dział 10 (Planimetria, s. 15-21)** - pole trójkąta ze wzoru na iloczyn wektorowy (przez wyznacznik):\n\\[P = \\frac{1}{2}|(x_B - x_A)(y_C - y_A) - (y_B - y_A)(x_C - x_A)|\\]\nUżyliśmy tego w Sposobie 2 do obliczenia pola \\(DBP\\).\n\nDział 10 (s. 15) - wzór na pole trójkąta równobocznego:\n\\[P = \\frac{a^2\\sqrt{3}}{4}\\]\nUżyliśmy tego w Sposobie 2 do obliczenia pola \\(ABC\\).\n\n## Typowe pułapki i uwagi\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Bardzo łatwo pomylić, gdzie leży \\(D\\). \\(|BD| = \\frac{1}{3}|AB|\\) oznacza, że \\(D\\) jest **blisko \\(B\\)**, a nie blisko \\(A\\)! Zły rysunek = zły układ współrzędnych = błędny wynik.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Punkt \\(P\\) **nie dzieli** odcinków \\(BE\\) ani \\(CD\\) w stosunku \\(1:1\\). Studenci często zakładają, że \\(P\\) jest środkiem - to błąd. \\(P\\) dzieli \\(BE\\) w stosunku \\(BP:PE = \\frac{3}{7}:\\frac{4}{7} = 3:4\\).\n\n> ⚠️ **Uwaga:** W zadaniu chodzi o **wykazanie** (dowód), a nie samo policzenie. Każdy krok musi być uzasadniony - samo podanie wyniku \\(\\frac{1}{21}\\) bez wywodu nie da pełnych punktów na maturze.\n\n### Sposob 1 (przystawanie + twierdzenie cosinusow + skala podobienstwa)\nTrojkaty \\(ABE\\) i \\(BCD\\) sa przystajace (cecha BKB): \\(|AB| = |BC|\\), \\(|\\angle BAE| = |\\angle CBD| = 60^{\\circ}\\), \\(|AE| = |BD| = \\tfrac{1}{3}|AB|\\). Stad \\(|\\angle ABE| = |\\angle BCD|\\) oraz \\(|\\angle AEB| = |\\angle BDC|\\).\n\nTrojkat \\(DBP\\) jest podobny do trojkata \\(DCB\\) (cecha KKK), bo \\(|\\angle BDP|\\) wspolny i \\(|\\angle DBP| = |\\angle DCB|\\). Skala \\(s = \\dfrac{|BD|}{|CD|}\\).\n\nNiech \\(|DB| = a\\), wtedy \\(|BC| = 3a\\). Z tw. cosinusow w \\(DBC\\):\n\\[|CD|^{2} = a^{2} + 9a^{2} - 2 \\cdot a \\cdot 3a \\cdot \\cos 60^{\\circ} = 10a^{2} - 3a^{2} = 7a^{2} \\Rightarrow |CD| = a\\sqrt{7}.\\]\n\nZatem \\(s = \\dfrac{a}{a\\sqrt{7}} = \\dfrac{1}{\\sqrt{7}}\\).\n\nPole \\(DBC\\) jest trzecia czescia pola \\(ABC\\) (wspolna wysokosc z \\(C\\), \\(|DB| = \\tfrac{1}{3}|AB|\\)):\n\\[P_{DBC} = \\tfrac{1}{3}P_{ABC}.\\]\n\nZ podobienstwa \\(P_{DBP} = s^{2} \\cdot P_{DBC} = \\tfrac{1}{7} \\cdot \\tfrac{1}{3}P_{ABC} = \\tfrac{1}{21}P_{ABC}\\). CBDU.\n\n### Sposob 2 (uklad wspolrzednych)\n\\(A = (0,0)\\), \\(B = (a,0)\\), \\(C = (\\tfrac{a}{2}, \\tfrac{a\\sqrt{3}}{2})\\). Wtedy \\(D = (\\tfrac{2a}{3}, 0)\\), \\(E = (\\tfrac{a}{6}, \\tfrac{a\\sqrt{3}}{6})\\).\n\nWspolczynniki kierunkowe: \\(a_{CD} = -3\\sqrt{3}\\), \\(a_{BE} = -\\tfrac{\\sqrt{3}}{5}\\). Rozwiazanie ukladu daje \\(P = (\\tfrac{9a}{14}, \\tfrac{\\sqrt{3}}{14}a)\\).\n\n\\[P_{DBP} = \\tfrac{1}{2} \\cdot |DB| \\cdot y_{P} = \\tfrac{1}{2} \\cdot \\tfrac{a}{3} \\cdot \\tfrac{\\sqrt{3}a}{14} = \\tfrac{a^{2}\\sqrt{3}}{84}.\\]\n\\(P_{ABC} = \\tfrac{a^{2}\\sqrt{3}}{4}\\). Iloraz: \\(\\dfrac{P_{DBP}}{P_{ABC}} = \\dfrac{a^{2}\\sqrt{3}/84}{a^{2}\\sqrt{3}/4} = \\dfrac{1}{21}\\). CBDU.\n\n### Uwagi o punktacji\n- 1 pkt: stwierdzi przystawanie ABE, BCD lub podobienstwo DBP~DCB, lub wyznaczy \\(|CD| = a\\sqrt{7}\\), lub umiesci w ukladzie wspolrzednych.\n- 2 pkt: obliczy skale \\(s = 1/\\sqrt{7}\\) lub ulozy uklad rownan albo wyznaczy \\(y_{P} = \\tfrac{\\sqrt{3}}{14}a\\).\n- 3 pkt: pelne rozumowanie.\n\n**Trik:** Kluczowa obserwacja: \\(P_{DBC} = \\tfrac{1}{3}P_{ABC}\\) (wspolna wysokosc), a podobienstwo DBP~DCB w skali \\(1/\\sqrt{7}\\) daje \\(1/7\\). W sumie \\(1/21\\).","image":"img/matematyka-2021-maj-matura-rozszerzona/zad-8.webp","solution_image":"img/matematyka-2021-maj-matura-rozszerzona/sol-8.svg","topics":"dowody_geometryczne","page_from":8,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"site","source_label":"Matematyka · Matura · maj 2021 (rozszerzona)","subject_label":"Matematyka","category_label":"Matura","text_html":"<p>Zadanie 8. (0-3)<br>Dany jest trójkąt równoboczny 𝐴𝐵𝐶. Na bokach 𝐴𝐵 i 𝐴𝐶 wybrano punkty - odpowiednio -<br>𝐷 i 𝐸 takie, że |𝐵𝐷| = |𝐴𝐸| = 1<br>3 |𝐴𝐵|. Odcinki 𝐶𝐷 i 𝐵𝐸 przecinają się w punkcie 𝑃<br>(zobacz rysunek).<br>Wykaż, że pole trójkąta 𝐷𝐵𝑃 jest 21 razy mniejsze od pola trójkąta 𝐴𝐵𝐶.<br>𝐴<br>𝐵<br>𝐶<br>𝐷<br>𝑃<br>𝐸</p>\n<p>EMAP-R0_100<br>Wypełnia<br>egzaminator<br>Nr zadania<br>8.<br>Maks. liczba pkt<br>3<br>Uzyskana liczba pkt</p>\n<p>EMAP-R0_100<br>Rozwiązanie zadania. Dany jest trójkąt równoboczny ABC. Na bokach AB i AC wybrano punkty - odpowiednio - D i E takie, że |BD| = |AE| = 1/3|AB|. Odcinki CD i BE przecinają się w punkcie P (zobacz rysunek). Wykaż, że pole trójkąta DBP jest 21 razy mniejsze od pola trójkąta ABC.</p>","answer_text_html":"<p>Zadanie 8. (0-3)<br>Wymagania egzaminacyjne 2021<br>Wymaganie ogólne<br>Wymagania szczegółowe<br>V. Rozumowanie i argumentacja<br>Zdający:<br>G10.13) stosuje cechy przystawania<br>trójkątów […].<br>R7.3) rozpoznaje figury podobne […].<br>Zasady oceniania<br>Zdający otrzymuje 1 p.<br>gdy:<br><br>zapisze, że trójkąty 𝐴𝐵𝐸 i 𝐵𝐶𝐷 (lub 𝐸𝐵𝐶 i 𝐷𝐶𝐴) są przystające<br>ALBO<br><br>zapisze, że trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐶𝐵 (lub 𝐸𝐵𝐴) są podobne lub zapisze odpowiednie<br>proporcje wynikające z tego podobieństwa<br>ALBO<br><br>wyznaczy długość odcinka 𝐶𝐷 w zależności od |𝐷𝐵|: |𝐶𝐷| = |𝐷𝐵| ⋅√7<br>ALBO<br><br>zastosuje twierdzenie o stosunku pól trójkątów o tych samych wysokościach (np.<br>w sposobie 8. zapisze, że 𝑃𝐹𝐷𝑃<br>𝑃𝐷𝐺𝑃=<br>|𝐹𝐷|<br>|𝐷𝐺|)<br>ALBO<br><br>umieści trójkąt 𝐴𝐵𝐶 w układzie współrzędnych i wyznaczy współrzędne punktów 𝐷<br>i 𝐸 w zależności od długości boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶<br>ALBO<br><br>narysuje odcinek 𝐷𝐹 równoległy do 𝐴𝐶 (sposób 5.) i zapisze, że trójkąty 𝐷𝐺𝑃 i 𝐶𝐸𝑃<br>(lub trójkąty 𝐷𝐵𝐺 i 𝐴𝐵𝐸) są podobne<br>ALBO<br><br>narysuje odcinek 𝐺𝐹 równoległy do 𝐴𝐶 (sposób 7.) i zapisze, że trójkąty 𝐺𝐷𝑃 i 𝐴𝐷𝐶<br>(lub trójkąty 𝐺𝐵𝑃 i 𝐴𝐵𝐸) są podobne<br>ALBO<br><br>narysuje odcinek 𝐸𝐹 równoległy do 𝐴𝐵 (sposób 4.) i zapisze, że trójkąty 𝐴𝐷𝐶 i 𝐸𝐺𝐶<br>(lub 𝐷𝐵𝐶 i 𝐺𝐹𝐶, lub trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐺𝐸𝑃) są podobne<br>ALBO<br><br>zapisze, że trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐴𝐹 są podobne (sposób 10.) lub zapisze odpowiednie<br>proporcje wynikające z tego podobieństwa<br>Zdający otrzymuje 2 p.<br>gdy:<br><br>zapisze, że trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐶𝐵 (lub 𝐸𝐵𝐴) są podobne i obliczy skalę ich<br>podobieństwa: 𝑠= 1<br>√7<br>ALBO<br><br>zapisze układ nie więcej niż czterech niezależnych równań liniowych prowadzących do<br>uzasadnienia tezy<br>ALBO<br><br>zapisze równanie z dwiema niewiadomymi 𝑚 i 𝑎, np.<br>(1<br>3 𝑎)<br>2<br>= 𝑚2 + (3𝑚)2 -2 ∙𝑚∙3𝑚∙1<br>2 (sposób 3.) oraz zapisze, że pole trójkąta<br>𝐷𝐵𝑃 jest równe 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>2 ⋅|𝐷𝑃| ∙|𝐵𝑃| ∙sin 60°<br>ALBO<br><br>wyznaczy stosunek długości odcinka 𝐷𝑃 do długości odcinka 𝐶𝐷:<br>|𝐷𝑃|<br>|𝐶𝐷| = 1<br>7 (sposoby<br>4., 5., 6. i 7.)<br>ALBO<br><br>zapisze w zależności od 𝑥= 𝑃𝐷𝐺𝑃 pola trójkątów: 𝐹𝐺𝑃, 𝑃𝐻𝐾, 𝑀𝑃𝐿, 𝐷𝐵𝑃 i co<br>najmniej jednego z trójkątów 𝐴𝐹𝑃 (lub 𝐴𝑃𝑀), 𝑃𝐾𝐶 (lub 𝑃𝐶𝐿): 𝑃𝐹𝐺𝑃= 3𝑥,<br>𝑃𝑃𝐻𝐾= 12𝑥, 𝑃𝑀𝑃𝐿= 48𝑥, 𝑃𝐷𝐵𝑃= 7𝑥, 𝑃𝑃𝐹𝑃= 6𝑥, 𝑃𝑃𝐾𝐶= 24𝑥 (sposób 8.)<br>ALBO<br><br>obliczy drugą współrzędną punktu 𝑃 w zależności od przyjętej zmiennej: 𝑦𝑃=<br>√3<br>14 𝑎<br>(sposób 9.)<br>ALBO<br><br>zapisze 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>3 𝑃𝑃𝐹𝐵 i 𝑃𝐴𝐵𝐶= 𝑃𝑃𝑅𝑆+ 𝑃𝐴𝐵𝑆+ 𝑃𝐵𝐶𝑃+ 𝑃𝐶𝐴𝑅 (sposób 10.)<br>Zdający otrzymuje 3 p.<br>gdy przeprowadzi pełne rozumowanie.<br>Przykładowe pełne rozwiązania<br>Sposób 1.<br>Trójkąty 𝐴𝐵𝐸 i 𝐵𝐶𝐷 są przystające, gdyż |𝐴𝐵| = |𝐵𝐶|, |∡𝐵𝐴𝐸| = |∡𝐶𝐵𝐷| = 60° oraz<br>|𝐴𝐸| = |𝐵𝐷|. Zatem |∡𝐴𝐵𝐸| = |∡𝐵𝐶𝐷| oraz |∡𝐴𝐸𝐵| = |∡𝐵𝐷𝐶|. Stąd wynika (cecha KKK),<br>że trójkąt 𝐷𝐵𝑃 jest podobny do trójkąta 𝐷𝐶𝐵, a skala tego podobieństwa jest równa<br>𝑠= |𝐵𝐷|<br>|𝐶𝐷|.<br>Niech |𝐷𝐵| = 𝑎. Wtedy |𝐵𝐶| = 3𝑎. Z twierdzenia cosinusów dla trójkąta 𝐷𝐵𝐶 otrzymujemy<br>|𝐶𝐷| = √|𝐵𝐷|2 + |𝐵𝐶|2 -2 ⋅|𝐵𝐷| ⋅|𝐵𝐶| ⋅cos 60° = √𝑎2 + (3𝑎)2 -2 ⋅𝑎⋅3𝑎⋅1<br>2 = √7𝑎<br>Zasady oceniania rozwiązań zadań<br>Zatem 𝑠=<br>𝑎<br>𝑎√7 = 1<br>√7 .<br>Pole trójkąta 𝐷𝐵𝐶 jest trzecią częścią pola trójkąta 𝐴𝐵𝐶, gdyż oba te trójkąty mają wspólną<br>wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝐶 oraz |𝐵𝐷| = 1<br>3 |𝐴𝐵|.<br>Ponieważ stosunek pól figur podobnych jest równy kwadratowi skali ich podobieństwa, więc<br>𝑃Δ𝐷𝐵𝑃= 𝑠2 ⋅𝑃Δ𝐷𝐵𝐶 = ( 1<br>√7<br>)<br>2<br>⋅1<br>3 ⋅𝑃Δ𝐴𝐵𝐶= 1<br>21 ⋅𝑃Δ𝐴𝐵𝐶<br>To należało wykazać.<br>Uwagi:</p>\n<ol><li>Po wyznaczeniu długości |𝐶𝐷| = |𝐵𝐸| można wyznaczyć sinus kąta 𝐷𝐵𝐸, korzystając</li></ol>\n<p>z twierdzenia sinusów. Wtedy otrzymujemy<br>|𝐵𝐸|<br>√3<br>2<br>𝑎<br>sin|∡𝐷𝐵𝐸|<br>skąd sin|∡𝐷𝐵𝐸| =<br>√3<br>2√7 , więc<br>𝑃Δ𝐷𝐵𝑃= 1<br>2 ⋅𝑎⋅( 1<br>√7<br>⋅3𝑎) ⋅√3<br>2√7<br>= 3𝑎2√3<br>28<br>(3𝑎)2√3<br>4<br>⋅1<br>21 = 1<br>21 ⋅𝑃Δ𝐴𝐵𝐶</p>\n<ol><li>Długość odcinka 𝐶𝐷 możemy też obliczyć w inny sposób. Poniżej przedstawiamy dwa</li></ol>\n<p>z tych sposobów:<br>a) Niech 𝑀 oznacza spodek wysokości trójkąta 𝐴𝐵𝐶 opuszczonej z wierzchołka 𝐶.<br>Wtedy<br>|𝐶𝑀| = 3𝑎√3<br>2<br>oraz |𝑀𝐷| = |𝑀𝐵| -|𝐷𝐵| = 1<br>2 ∙3𝑎-𝑎= 1<br>2 𝑎<br>Z twierdzenia Pitagorasa dla trójkąta 𝑀𝐷𝐶 otrzymujemy<br>|𝐶𝐷| = √(1<br>2 𝑎)<br>2</p>\n<ul><li>(3𝑎√3</li></ul>\n<p>2<br>)<br>2<br>= √28<br>4 𝑎2 = 𝑎√7<br>b) Z twierdzenia Stewarta otrzymujemy<br>(3𝑎)2 ∙2𝑎+ (3𝑎)2 ∙𝑎= 3𝑎⋅(|𝐶𝐷|2 + 2𝑎∙𝑎)<br>3𝑎∙2𝑎+ 3𝑎∙𝑎= |𝐶𝐷|2 + 2𝑎2<br>|𝐶𝐷|2 = 7𝑎2<br>|𝐶𝐷| = 𝑎√7<br>Sposób 2.<br>Przyjmijmy, że 𝑃Δ𝐴𝐵𝐶= 𝑆, 𝑃Δ𝐷𝐵𝑃= 𝑄, 𝑃Δ𝐴𝑃𝐸= 𝑌, 𝑃Δ𝐵𝐶𝑃= 𝑋.<br>W dalszym ciągu rozumowania będziemy wielokrotnie korzystać z faktu, że stosunek pól<br>trójkątów o wspólnej wysokości jest równy stosunkowi długości podstaw, na które ta wysokość<br>jest opuszczona.<br>Zatem 𝑃𝐴𝐵𝐸= 1<br>3 𝑆, 𝑃𝐶𝐵𝐸= 2<br>3 𝑆, 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1<br>3 𝑆, 𝑃𝐴𝐷𝐶= 2<br>3 𝑆. Ponadto<br>𝑃𝐴𝑃𝐸<br>𝑃𝐶𝑃𝐸<br>= 1<br>2 oraz 𝑃𝐷𝐵𝑃<br>𝑃𝐴𝐷𝑃<br>= 1<br>2<br>Otrzymaliśmy więc układ równań<br>{<br>𝑄+ 𝑋= 1<br>3 𝑆<br>2𝑌+ 𝑋= 2<br>3 𝑆<br>𝑌+ 3𝑄= 1<br>3 𝑆<br>Wyznaczając wielkość 𝑋 z pierwszego równania i wielkość 𝑌 z trzeciego oraz wstawiając<br>wyznaczone wielkości do równania drugiego, otrzymujemy:<br>2 (1<br>3 𝑆-3𝑄) + (1<br>3 𝑆-𝑄) = 2<br>3 𝑆<br>1<br>3 𝑆= 7𝑄<br>𝑄= 1<br>21 𝑆<br>To należało wykazać.<br>Sposób 3.<br>Trójkąty 𝐴𝐵𝐸 i 𝐵𝐶𝐷 są przystające, gdyż |𝐴𝐵| = |𝐵𝐶|, |∡𝐵𝐴𝐸| = |∡𝐶𝐵𝐷| = 60° oraz<br>|𝐴𝐸| = |𝐵𝐷|. Zatem |∡𝐴𝐵𝐸| = |∡𝐵𝐶𝐷| oraz |∡𝐴𝐸𝐵| = |∡𝐵𝐷𝐶|. Stąd wynika (cecha KKK),<br>że trójkąt 𝐷𝐵𝑃 jest podobny do trójkąta 𝐷𝐶𝐵.<br>Zatem<br>|𝐴𝐸|<br>|𝐴𝐵| =<br>|𝐷𝑃|<br>|𝐵𝑃| = 1<br>3 , więc |𝐵𝑃| = 3|𝐷𝑃| oraz |∡𝐵𝑃𝐷| = 60° . Oznaczmy |𝐷𝑃| = 𝑚.<br>Wtedy |𝐵𝑃| = 3𝑚.<br>𝐴<br>𝐶<br>𝐵<br>𝐷<br>𝐸<br>𝑃<br>Zasady oceniania rozwiązań zadań<br>Z twierdzenia cosinusów dla trójkąta 𝐷𝐵𝑃 otrzymujemy<br>|𝐵𝐷|2 = |𝐷𝑃|2 + |𝐵𝑃|2 -2 ∙|𝐷𝑃| ∙|𝐵𝑃| ∙cos 60°<br>czyli<br>(1<br>3 𝑎)<br>2<br>= 𝑚2 + (3𝑚)2 -2 ∙𝑚∙3𝑚∙1<br>2<br>Stąd<br>1<br>9 𝑎2 = 7𝑚2<br>𝑚2 = 1<br>63 𝑎2<br>Pole trójkąta 𝐷𝐵𝑃 jest równe<br>𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>2 ⋅|𝐷𝑃| ∙|𝐵𝑃| ∙sin 60° = 1<br>2 ⋅𝑚∙3𝑚∙√3<br>2 = 3<br>4 ⋅𝑚2√3 =<br>= 3<br>4 ⋅1<br>63 𝑎2√3 = 1<br>21 ⋅𝑎2√3<br>4<br>= 1<br>21 ⋅𝑃𝐴𝐵𝐶<br>To należało wykazać.<br>𝐴<br>𝐶<br>𝐵<br>𝐷<br>𝐸<br>𝑃<br>2<br>3 𝑎<br>1<br>3 𝑎<br>2<br>3 𝑎<br>𝑎<br>𝑚<br>3𝑚<br>1<br>3 𝑎<br>Sposób 4.<br>Oznaczmy przez 𝑎 długość boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Prowadzimy odcinek 𝐸𝐹 równoległy do<br>boku 𝐴𝐵 trójkąta 𝐴𝐵𝐶.<br>Trójkąty 𝐴𝐷𝐶 i 𝐸𝐺𝐶 są podobne (cecha KKK), więc<br>|𝐸𝐺|<br>|𝐶𝐸| =<br>|𝐴𝐷|<br>|𝐴𝐶| = 2<br>3 oraz<br>|𝐶𝐺|<br>|𝐶𝐷| =<br>|𝐶𝐸|<br>|𝐴𝐶| = 2<br>3<br>Stąd<br>|𝐸𝐺| = 2<br>3 |𝐶𝐸| = 2<br>3 ∙2<br>3 𝑎= 4<br>9 𝑎 oraz |𝐶𝐺| = 2<br>3 |𝐶𝐷|<br>Z drugiej równości wynika, że |𝐺𝐷| = 1<br>3 |𝐶𝐷|.<br>Trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐺𝐸𝑃 są podobne (cecha KKK), więc<br>|𝐷𝑃|<br>|𝐺𝑃| =<br>|𝐷𝐵|<br>|𝐸𝐺| =<br>1<br>3 𝑎<br>4<br>9 𝑎<br>= 3<br>4<br>Zatem<br>|𝐷𝑃| = 3<br>7 |𝐷𝐺| = 3<br>7 ∙1<br>3 |𝐶𝐷| = 1<br>7 |𝐶𝐷|<br>Trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝐵, więc<br>𝑃𝐷𝐵𝑃<br>𝑃𝐷𝐵𝐶<br>= |𝐷𝑃|<br>|𝐷𝐶| = 1<br>7 , czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>7 𝑃𝐷𝐵𝐶 .<br>Ponadto 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1<br>3 𝑃𝐴𝐵𝐶, gdyż trójkąty 𝐷𝐵𝐶 i 𝐴𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną<br>z wierzchołka 𝐶 i |𝐷𝐵| = 1<br>3 |𝐴𝐵|, więc<br>𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>7 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1<br>7 ∙1<br>3 𝑃𝐴𝐵𝐶= 1<br>21 𝑃𝐴𝐵𝐶.<br>To należało wykazać.<br>𝐴<br>𝐶<br>𝐵<br>𝐷<br>𝐸<br>𝑃<br>𝐹<br>𝐺<br>2<br>3 𝑎<br>1<br>3 𝑎<br>1<br>3 𝑎<br>2<br>3 𝑎<br>Zasady oceniania rozwiązań zadań<br>Sposób 5.<br>Oznaczmy przez 𝑎 długość boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Prowadzimy odcinek 𝐷𝐹 równoległy do<br>boku 𝐴𝐶 trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Niech 𝐺 oznacza punkt przecięcia odcinków 𝐵𝐸 i 𝐷𝐹.<br>Trójkąt 𝐷𝐵𝐹 jest równoboczny, a jego bok ma długość 1<br>3 𝑎.<br>Trójkąty 𝐷𝐵𝐺 i 𝐴𝐵𝐸 są podobne (cecha KKK), więc<br>|𝐷𝐺|<br>|𝐷𝐵| =<br>|𝐴𝐸|<br>|𝐴𝐵| = 1<br>3<br>Stąd<br>|𝐷𝐺| = 1<br>3 ∙1<br>3 𝑎= 1<br>9 𝑎<br>Trójkąty 𝐷𝐺𝑃 i 𝐶𝐸𝑃 są podobne (cecha KKK), więc<br>|𝐷𝑃|<br>|𝐶𝑃| =<br>|𝐷𝐺|<br>|𝐶𝐸| =<br>1<br>9 𝑎<br>2<br>3 𝑎<br>= 1<br>6<br>Zatem |𝐷𝑃| = 1<br>7 |𝐶𝐷|.<br>Trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝐵, więc<br>𝑃𝐷𝐵𝑃<br>𝑃𝐷𝐵𝐶<br>= |𝐷𝑃|<br>|𝐷𝐶| = 1<br>7 , czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>7 𝑃𝐷𝐵𝐶 .<br>Ponadto 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1<br>3 𝑃𝐴𝐵𝐶, gdyż trójkąty 𝐷𝐵𝐶 i 𝐴𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną<br>z wierzchołka 𝐶 i |𝐷𝐵| = 1<br>3 |𝐴𝐵|, więc<br>𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>7 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1<br>7 ∙1<br>3 𝑃𝐴𝐵𝐶= 1<br>21 𝑃𝐴𝐵𝐶 .<br>To należało wykazać.<br>1<br>3 𝑎<br>𝐺<br>1<br>3 𝑎<br>𝐴<br>𝐶<br>𝐵<br>𝐷<br>𝐸<br>𝑃<br>2<br>3 𝑎<br>1<br>3 𝑎<br>2<br>3 𝑎<br>2<br>3 𝑎<br>𝐹<br>Sposób 6.<br>Oznaczmy przez 𝑎 długość boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Wtedy |𝐴𝐷| = |𝐶𝐸| = 2<br>3 𝑎 oraz<br>|𝐴𝐸| = |𝐷𝐵| = 1<br>3 𝑎. Prowadzimy odcinek 𝐸𝐹 równoległy do boku 𝐶𝐷 trójkąta 𝐴𝐶𝐷.<br>Trójkąty 𝐴𝐹𝐸 i 𝐴𝐷𝐶 są podobne (cecha KKK), więc<br>|𝐸𝐹|<br>|𝐶𝐷| =<br>|𝐴𝐸|<br>|𝐴𝐶| = 1<br>3 oraz<br>|𝐴𝐹|<br>|𝐴𝐸| =<br>|𝐴𝐷|<br>|𝐴𝐶| = 2<br>3<br>Stąd<br>|𝐸𝐹| = 1<br>3 |𝐶𝐷| oraz |𝐴𝐹| = 2<br>3 |𝐴𝐸| = 2<br>3 ∙1<br>3 𝑎= 2<br>9 𝑎<br>Zatem |𝐹𝐵| = |𝐴𝐵| -|𝐴𝐹| = 𝑎-2<br>9 𝑎= 7<br>9 𝑎.<br>Trójkąty 𝐹𝐵𝐸 i 𝐷𝐵𝑃 są podobne (cecha KKK), więc<br>|𝑃𝐷|<br>|𝐸𝐹| =<br>|𝐷𝐵|<br>|𝐹𝐵| =<br>1<br>3 𝑎<br>7<br>9 𝑎<br>= 3<br>7<br>Stąd<br>|𝐷𝑃| = 3<br>7 |𝐸𝐹| = 3<br>7 ∙1<br>3 |𝐶𝐷| = 1<br>7 |𝐶𝐷|<br>Trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝐵, więc<br>𝑃𝐷𝐵𝑃<br>𝑃𝐷𝐵𝐶<br>= |𝐷𝑃|<br>|𝐷𝐶| = 1<br>7 , czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>7 𝑃𝐷𝐵𝐶 .<br>Ponadto 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1<br>3 𝑃𝐴𝐵𝐶, gdyż trójkąty 𝐷𝐵𝐶 i 𝐴𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną<br>z wierzchołka 𝐶 i |𝐷𝐵| = 1<br>3 |𝐴𝐵|, więc<br>𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>7 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1<br>7 ∙1<br>3 𝑃𝐴𝐵𝐶= 1<br>21 𝑃𝐴𝐵𝐶 .<br>To należało wykazać.<br>𝐴<br>𝐶<br>𝐵<br>𝐷<br>𝐸<br>𝑃<br>𝐹<br>2<br>3 𝑎<br>1<br>3 𝑎<br>1<br>3 𝑎<br>2<br>3 𝑎<br>Zasady oceniania rozwiązań zadań<br>Sposób 7.<br>Przez punkt 𝑃 prowadzimy odcinek 𝐺𝐹 równoległy do boku 𝐴𝐶 trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Trójkąt 𝐺𝐹𝐵<br>jest równoboczny. Oznaczmy długość boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶 przez 𝑎 i odcinka 𝐵𝐹 przez 𝑥.<br>Trójkąty 𝐺𝐵𝑃 i 𝐴𝐵𝐸 są podobne (cecha KKK), więc<br>|𝐺𝑃|<br>|𝐺𝐵| = |𝐴𝐸|<br>|𝐴𝐵| =<br>1<br>3 𝑎<br>𝑎= 1<br>3<br>Stąd |𝐺𝑃| = 1<br>3 𝑥.<br>Trójkąty 𝐺𝐷𝑃 i 𝐴𝐷𝐶 są podobne (cecha KKK), więc<br>|𝐺𝑃|<br>|𝐺𝐷| = |𝐴𝐶|<br>|𝐴𝐷| = 𝑎<br>2<br>3 𝑎<br>= 3<br>2 oraz<br>|𝑃𝐷|<br>|𝐶𝐷| = |𝐺𝑃|<br>|𝐴𝐶|<br>Stąd |𝐺𝐷| = 2<br>3 |𝐺𝑃|, więc<br>|𝐷𝐵| = |𝐺𝐵| -|𝐺𝐷| = 𝑥-2<br>3 ⋅1<br>3 𝑥= 7<br>9 𝑥<br>Zatem 1<br>3 𝑎= 7<br>9 𝑥, czyli 𝑥= 3<br>7 𝑎 .<br>Korzystając z proporcji<br>|𝑃𝐷|<br>|𝐶𝐷| =<br>|𝐺𝑃|<br>|𝐴𝐶| , otrzymujemy<br>|𝑃𝐷|<br>|𝐶𝐷| =<br>1<br>3 𝑥<br>𝑎=<br>1<br>3 ∙<br>3<br>7 𝑎<br>𝑎<br>= 1<br>7<br>Trójkąty 𝐷𝐵𝑃 i 𝐷𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝐵, więc<br>𝑃𝐷𝐵𝑃<br>𝑃𝐷𝐵𝐶<br>= |𝐷𝑃|<br>|𝐷𝐶| = 1<br>7 , czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>7 𝑃𝐷𝐵𝐶 .<br>𝐹<br>𝑥<br>𝐴<br>𝐶<br>𝐵<br>𝐷<br>𝐸<br>𝑃<br>2<br>3 𝑎<br>1<br>3 𝑎<br>2<br>3 𝑎<br>2<br>3 𝑎<br>𝐺<br>Ponadto 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1<br>3 𝑃𝐴𝐵𝐶, gdyż trójkąty 𝐷𝐵𝐶 i 𝐴𝐵𝐶 mają wspólną wysokość opuszczoną<br>z wierzchołka 𝐶 i |𝐷𝐵| = 1<br>3 |𝐴𝐵|, więc<br>𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>7 𝑃𝐷𝐵𝐶= 1<br>7 ∙1<br>3 𝑃𝐴𝐵𝐶= 1<br>21 𝑃𝐴𝐵𝐶 .<br>To należało wykazać.<br>Sposób 8.<br>Przez punkt 𝑃 prowadzimy odcinki 𝑀𝐻, 𝐺𝐿 i 𝐹𝐾 równoległe do boków - odpowiednio -<br>𝐴𝐵, 𝐵𝐶 i 𝐴𝐶 trójkąta 𝐴𝐵𝐶. Podzieliliśmy w ten sposób trójkąt 𝐴𝐵𝐶 na trzy trójkąty<br>równoboczne 𝐹𝐺𝑃, 𝑃𝐻𝐾, 𝑀𝑃𝐿 i trzy równoległoboki 𝐵𝐺𝑃𝐻, 𝑃𝐾𝐶𝐿 i 𝐴𝐹𝑃𝑀. Oznaczmy<br>pole trójkąta 𝐷𝐺𝑃 przez 𝑥.<br>Trójkąty 𝐹𝐵𝑃 i 𝐴𝐵𝐸 są podobne (cecha KKK). Zatem<br>|𝐹𝑃|<br>|𝐹𝐵| =<br>|𝐴𝐸|<br>|𝐴𝐵| = 1<br>3 , więc<br>|𝐹𝑃| = 1<br>3 |𝐹𝐵| = 1<br>3 |𝐹𝐾|, gdyż trójkąt 𝐹𝐵𝐾 jest równoboczny. Stąd<br>|𝐹𝑃|<br>|𝑃𝐾| = 1<br>2 .<br>Tak samo wnioskujemy, że<br>|𝑃𝐻|<br>|𝑀𝑃| = 1<br>2 .<br>Trójkąty 𝐹𝐷𝑃 i 𝐴𝐷𝐶 są podobne (cecha KKK), więc<br>|𝐹𝑃|<br>|𝐹𝐷| =<br>|𝐴𝐶|<br>|𝐴𝐷| = 3<br>2 , a stąd wynika, że<br>|𝐷𝐺|<br>|𝐹𝐷| = 1<br>2 .<br>Trójkąty 𝐹𝐷𝑃 i 𝐷𝐺𝑃 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝑃, więc<br>𝑃𝐷𝐺𝑃<br>𝑃𝐹𝐷𝑃=<br>|𝐷𝐺|<br>|𝐹𝐷| = 1<br>2, więc 𝑃𝐹𝐷𝑃= 2𝑥, skąd 𝑃𝐹𝐺𝑃= 3𝑥.<br>Trójkąty równoboczne są podobne, więc stosunek ich pól jest równy kwadratowi skali ich<br>podobieństwa. Zatem<br>𝑃𝐹𝐺𝑃<br>𝑃𝑃𝐻𝐾<br>= (<br>|𝐹𝑃|<br>|𝑃𝐾|)<br>2<br>= 1<br>4 , więc 𝑃𝑃𝐻𝐾= 4𝑃𝐹𝐺𝑃= 4 ∙3𝑥= 12𝑥<br>oraz<br>𝑃𝑃𝐻𝐾<br>𝑃𝑀𝑃𝐿<br>= (|𝑃𝐻|<br>|𝑀𝑃|)<br>2<br>= 1<br>4 , więc 𝑃𝑀𝑃𝐿= 4𝑃𝑃𝐻𝐾= 4 ∙12𝑥= 48𝑥<br>𝑀<br>𝐾<br>𝐹<br>𝐴<br>𝐶<br>𝐵<br>𝐷<br>𝐸<br>𝑃<br>𝐿<br>𝐺<br>𝐻<br>𝐹<br>𝐷<br>𝑃<br>𝐺<br>2𝑥<br>𝑥<br>Zasady oceniania rozwiązań zadań<br>Trójkąty 𝐹𝐺𝑃 i 𝐺𝐵𝑃 mają wspólną wysokość opuszczoną z wierzchołka 𝑃, więc<br>𝑃𝐹𝐺𝑃<br>𝑃𝐺𝐵𝑃=<br>|𝐹𝐺|<br>|𝐺𝐵| . Trójkąty 𝑃𝐻𝐾 i 𝐵𝐻𝑃 również mają wspólną wysokość opuszczoną<br>z wierzchołka 𝑃, więc 𝑃𝑃𝐻𝐾<br>𝑃𝐵𝐻𝑃=<br>|𝐾𝐻|<br>|𝐵𝐻| .<br>Zatem, wobec |𝐹𝐺| = |𝑃𝐺| = |𝐵𝐻| oraz |𝐺𝐵| = |𝑃𝐻| = |𝐾𝐻|, otrzymujemy<br>𝑃𝐹𝐺𝑃<br>𝑃𝐺𝐵𝑃<br>⋅𝑃𝑃𝐻𝐾<br>𝑃𝐵𝐻𝑃<br>= |𝐹𝐺|<br>|𝐺𝐵| ⋅|𝐾𝐻|<br>|𝐵𝐻| = 1<br>Ponieważ 𝑃𝐺𝐵𝑃= 𝑃𝐵𝐻𝑃, więc 𝑃𝐺𝐵𝑃= 𝑃𝐵𝐻𝑃= √𝑃𝐹𝐺𝑃∙𝑃𝑃𝐻𝐾.<br>Analogicznie otrzymujemy 𝑃𝐾𝑃𝐶= 𝑃𝑃𝐶𝐿= √𝑃𝑃𝐻𝐾∙𝑃𝑀𝑃𝐿 oraz 𝑃𝐴𝐹𝑃= 𝑃𝐴𝑃𝑀= √𝑃𝐹𝐺𝑃∙𝑃𝑀𝑃𝐿.<br>Zatem<br>𝑃𝐺𝐵𝑃= 𝑃𝐵𝐻𝑃= √3𝑥∙12𝑥= 6𝑥,<br>𝑃𝐾𝑃𝐶= 𝑃𝑃𝐶𝐿= √12𝑥∙48𝑥= 24𝑥,<br>𝑃𝐴𝐹𝑃= 𝑃𝐴𝑃𝑀= √3𝑥∙48𝑥= 12𝑥.<br>Pole trójkąta 𝐴𝐵𝐶 jest więc równe<br>𝑃𝐴𝐵𝐶= 𝑃𝐹𝐺𝑃+ 𝑃𝑃𝐾𝐻+ 𝑃𝑀𝑃𝐿+ 2𝑃𝐺𝐵𝑃+ 2𝑃𝐾𝑃𝐶+ 2𝑃𝐴𝐹𝑃=<br>= 3𝑥+ 12𝑥+ 48𝑥+ 2 ∙6𝑥+ 2 ∙24𝑥+ 2 ∙12𝑥= 147𝑥<br>Natomiast pole trójkąta 𝐷𝐵𝑃 jest równe<br>𝑃𝐷𝐵𝑃= 𝑃𝐷𝐺𝑃+ 𝑃𝐺𝐵𝑃= 𝑥+ 6𝑥= 7𝑥<br>Wobec tego 𝑃𝐷𝐵𝑃= 7𝑥= 1<br>21 ⋅147𝑥= 1<br>21 𝑃𝐴𝐵𝐶 .<br>To należało wykazać.<br>Sposób 9.<br>Oznaczmy długość boku trójkąta 𝐴𝐵𝐶 przez 𝑎. Umieszczamy trójkąt 𝐴𝐵𝐶 w układzie<br>współrzędnych tak, aby 𝐴= (0, 0) i 𝐵= (𝑎, 0), a wierzchołek 𝐶 leżał w pierwszej ćwiartce<br>układu współrzędnych.<br>𝐴<br>𝐶<br>𝐵<br>𝐷<br>𝐸<br>𝑃<br>0<br>𝑎√3<br>2<br>𝑥<br>𝑎<br>2<br>3 𝑎<br>𝑦<br>𝑎√3<br>6<br>𝑎<br>2<br>𝑎<br>6<br>Wtedy 𝐶= (𝑎<br>2 , 𝑎√3<br>2 ), 𝐷= (2<br>3 𝑎, 0), 𝐸= (1<br>3 ⋅𝑎<br>2 , 1<br>3 ⋅𝑎√3<br>2 ) = (𝑎<br>6 , 𝑎√3<br>6 ).<br>Współczynniki kierunkowe prostych 𝐶𝐷 i 𝐵𝐸 są równe<br>𝑎𝐶𝐷=<br>𝑎√3<br>2 -0<br>𝑎<br>2-2<br>3𝑎= -3√3 oraz 𝑎𝐵𝐸=<br>𝑎√3<br>6 -0<br>𝑎<br>6-𝑎= -<br>√3<br>5 .<br>Zatem prosta 𝐶𝐷 ma równanie 𝑦= -3√3 (𝑥-2<br>3 𝑎), natomiast prosta 𝐵𝐸 ma równanie<br>𝑦= -<br>√3<br>5 (𝑥-𝑎).<br>Obliczamy współrzędne punktu 𝑃, rozwiązując układ równań {<br>𝑦= -3√3 (𝑥-2<br>3𝑎)<br>𝑦= -<br>√3<br>5 (𝑥-𝑎)<br>. Stąd<br>otrzymujemy 𝑥= 9<br>14 𝑎 oraz 𝑦= -<br>√3<br>5 ( 9<br>14 𝑎-𝑎) =<br>√3<br>14 𝑎, więc 𝑃= ( 9<br>14 𝑎,<br>√3<br>14 𝑎). Zatem<br>𝑃𝐷𝐵𝑃<br>𝑃𝐴𝐵𝐶<br>1<br>2 ∙|𝐷𝐵| ∙√3<br>14 𝑎<br>𝑎2√3<br>4<br>1<br>2 ∙<br>1<br>3 𝑎∙√3<br>14 𝑎<br>𝑎2√3<br>4<br>= 1<br>21<br>czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>21 𝑃𝐴𝐵𝐶 .<br>To należało wykazać.<br>Sposób 10.<br>Trójkąt 𝐴𝐵𝐶 umieszczamy na sieci złożonej z przystających trójkątów równobocznych (jak<br>na rysunku). Punkty 𝐹, 𝐺, 𝐻, 𝑅, 𝑆 to wybrane węzły sieci.<br>Niech jednostką pola będzie pole jednego elementarnego trójkąta sieci.<br>𝐴<br>𝐵<br>𝐶<br>𝐷<br>𝑃<br>𝐻<br>𝐺<br>𝐹<br>𝐸<br>𝑅<br>𝑆<br>Zasady oceniania rozwiązań zadań<br>Trójkąt 𝐷𝐵𝑃 jest podobny do trójkąta 𝐷𝐴𝐹 (cecha KKK), więc<br>|𝐷𝑃|<br>|𝐹𝐷| =<br>|𝐷𝐵|<br>|𝐴𝐷| = 1<br>2 . Stąd<br>|𝐹𝐷| = 2|𝐷𝑃|, więc |𝐷𝑃| = 1<br>3 |𝑃𝐹|. Trójkąty 𝐷𝐵𝑃 oraz 𝑃𝐹𝐵 mają wspólną wysokość<br>opuszczoną z wierzchołka 𝐵, więc 𝑃𝐷𝐵𝑃<br>𝑃𝑃𝐹𝐵=<br>|𝐷𝑃|<br>|𝑃𝐹| = 1<br>3 , czyli 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>3 𝑃𝑃𝐹𝐵= 1<br>3 .<br>Ponieważ<br>𝑃𝐴𝐵𝐶= 𝑃𝑃𝑅𝑆+ 𝑃𝐴𝐵𝑆+ 𝑃𝐵𝐶𝑃+ 𝑃𝐶𝐴𝑅= 𝑃𝑃𝑅𝑆+ 1<br>2 𝑃𝐴𝐹𝐵𝑆+ 1<br>2 𝑃𝐵𝐺𝐶𝑃+ 1<br>2 𝑃𝐴𝑅𝐶𝐻<br>więc<br>𝑃𝐴𝐵𝐶= 1 + 1<br>2 ∙4 + 1<br>2 ∙4 + 1<br>2 ∙4 = 7<br>Zatem 𝑃𝐷𝐵𝑃= 1<br>21 𝑃𝐴𝐵𝐶 . To należało wykazać.</p>","solutions":[{"source":"site","label":"matematykaszkolna.pl","kind":"image","image":"/img/matematyka-2021-maj-matura-rozszerzona/sol-8.svg"},{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"<h4>Poprawna odpowiedź: dowód (zadanie otwarte - 3 pkt)</h4>\n<p>Należy wykazać, że \\(P_{\\triangle DBP} = \\dfrac{1}{21} \\cdot P_{\\triangle ABC}\\), czyli że pole trójkąta \\(DBP\\) jest 21 razy mniejsze od pola \\(ABC\\).</p>\n<h4>Sposób 1 - Wektory (algebraiczny)</h4>\n<p><strong>Oznaczenia.</strong> Niech \\(\\vec{b} = \\vec{AB}\\), \\(\\vec{c} = \\vec{AC}\\), \\(|AB| = 3\\). Punkt \\(A\\) traktujemy jako biegun układu.</p>\n<p><strong>Wyznaczamy wektory \\(\\vec{AD}\\) i \\(\\vec{AE}\\).</strong></p>\n<p>Ponieważ \\(|BD| = \\frac{1}{3}|AB|\\), punkt \\(D\\) leży na \\(AB\\) w odległości \\(\\frac{1}{3}\\) od \\(B\\) w stronę \\(A\\):<br>\\[|AD| = |AB| - |BD| = |AB| - \\tfrac{1}{3}|AB| = \\tfrac{2}{3}|AB|,\\]<br>\\[\\vec{AD} = \\frac{2}{3}\\vec{b}.\\]</p>\n<p>Ponieważ \\(|AE| = \\frac{1}{3}|AC|\\):<br>\\[\\vec{AE} = \\frac{1}{3}\\vec{c}.\\]</p>\n<p><strong>Parametryzujemy proste \\(BE\\) i \\(CD\\).</strong></p>\n<p>Prosta \\(BE\\) (od \\(B\\) do \\(E\\)):<br>\\[\\vec{r}(t) = \\vec{b} + t\\left(\\tfrac{1}{3}\\vec{c} - \\vec{b}\\right) = (1-t)\\vec{b} + \\frac{t}{3}\\vec{c}.\\]</p>\n<p>Prosta \\(CD\\) (od \\(C\\) do \\(D\\)):<br>\\[\\vec{r}(s) = \\vec{c} + s\\left(\\tfrac{2}{3}\\vec{b} - \\vec{c}\\right) = \\frac{2s}{3}\\vec{b} + (1-s)\\vec{c}.\\]</p>\n<p><strong>Znajdowanie punktu przecięcia \\(P\\).</strong> Ponieważ wektory \\(\\vec{b}\\) i \\(\\vec{c}\\) są liniowo niezależne, przyrównujemy współrzędniki:<br>\\[(1-t) = \\frac{2s}{3} \\quad \\text{ (i)}\\]<br>\\[\\frac{t}{3} = (1-s) \\quad \\text{ (ii)}\\]</p>\n<p>Z równania (ii): \\(t = 3(1-s) = 3-3s\\).</p>\n<p>Podstawiamy do (i):<br>\\[1-(3-3s) = \\frac{2s}{3} \\implies 3s - 2 = \\frac{2s}{3} \\implies \\frac{7s}{3} = 2 \\implies s = \\frac{6}{7}.\\]</p>\n<p>Zatem \\(t = 3 - \\frac{18}{7} = \\dfrac{3}{7}\\).</p>\n<p><strong>Wektor \\(\\vec{AP}\\):</strong><br>\\[\\vec{AP} = \\frac{4}{7}\\vec{b} + \\frac{1}{7}\\vec{c}.\\]</p>\n<p><strong>Obliczamy pole trójkąta \\(DBP\\).</strong> Wyznaczamy wektory z \\(B\\):<br>\\[\\vec{BD} = \\vec{AD} - \\vec{AB} = \\tfrac{2}{3}\\vec{b} - \\vec{b} = -\\tfrac{1}{3}\\vec{b},\\]<br>\\[\\vec{BP} = \\vec{AP} - \\vec{AB} = \\tfrac{4}{7}\\vec{b} + \\tfrac{1}{7}\\vec{c} - \\vec{b} = -\\tfrac{3}{7}\\vec{b} + \\tfrac{1}{7}\\vec{c}.\\]</p>\n<p>Pole trójkąta to \\(\\frac{1}{2}|\\vec{BD} \\times \\vec{BP}|\\). Korzystamy z liniowości iloczynu wektorowego i \\(\\vec{b} \\times \\vec{b} = \\vec{0}\\):</p>\n<p>\\[\\vec{BD} \\times \\vec{BP} = \\left(-\\tfrac{1}{3}\\vec{b}\\right) \\times \\left(-\\tfrac{3}{7}\\vec{b} + \\tfrac{1}{7}\\vec{c}\\right) = \\underbrace{\\left(-\\tfrac{1}{3}\\right)\\left(-\\tfrac{3}{7}\\right)}_{\\phantom{x}}(\\vec{b} \\times \\vec{b}) + \\left(-\\tfrac{1}{3}\\right)\\left(\\tfrac{1}{7}\\right)(\\vec{b} \\times \\vec{c})\\]<br>\\[= 0 - \\frac{1}{21}(\\vec{b} \\times \\vec{c}).\\]</p>\n<p>Zatem:<br>\\[P_{\\triangle DBP} = \\tfrac{1}{2}\\cdot\\tfrac{1}{21}|\\vec{b} \\times \\vec{c}|.\\]</p>\n<p>Pole trójkąta \\(ABC\\):<br>\\[P_{\\triangle ABC} = \\tfrac{1}{2}|\\vec{b} \\times \\vec{c}|.\\]</p>\n<p><strong>Wniosek:</strong><br>\\[\\boxed{\\frac{P_{\\triangle DBP}}{P_{\\triangle ABC}} = \\frac{1}{21}}\\]</p>\n<p><strong>Pole trójkąta \\(DBP\\) jest 21 razy mniejsze od pola trójkąta \\(ABC\\). \\(\\blacksquare\\)</strong></p>\n<h4>Sposób 2 - Współrzędne kartezjańskie (konkretne liczby)</h4>\n<p><strong>Ustawiamy układ współrzędnych.</strong> Niech bok \\(|AB| = 3\\). Przyjmujemy:<br>\\[B = (0,0), \\quad C = (3,0), \\quad A = \\left(\\tfrac{3}{2},\\, \\tfrac{3\\sqrt{3}}{2}\\right).\\]</p>\n<p><strong>Wyznaczamy \\(D\\) i \\(E\\).</strong></p>\n<p>\\(D\\) leży na \\(AB\\), \\(|BD| = 1\\):<br>\\[D = B + \\tfrac{1}{3}(A - B) = \\tfrac{1}{3}\\cdot\\left(\\tfrac{3}{2},\\tfrac{3\\sqrt{3}}{2}\\right) = \\left(\\tfrac{1}{2},\\, \\tfrac{\\sqrt{3}}{2}\\right).\\]</p>\n<p>\\(E\\) leży na \\(AC\\), \\(|AE| = 1\\):<br>\\[E = A + \\tfrac{1}{3}(C - A) = \\left(\\tfrac{3}{2},\\tfrac{3\\sqrt{3}}{2}\\right) + \\tfrac{1}{3}\\left(\\tfrac{3}{2},\\,-\\tfrac{3\\sqrt{3}}{2}\\right) = \\left(2,\\,\\sqrt{3}\\right).\\]</p>\n<p><strong>Parametryzujemy proste i szukamy punktu \\(P\\).</strong></p>\n<p>Prosta \\(BE\\): \\((2t,\\; t\\sqrt{3})\\) dla \\(t \\in \\mathbb{R}\\).</p>\n<p>Prosta \\(CD\\): \\(\\left(3 - \\tfrac{5}{2}s,\\; \\tfrac{\\sqrt{3}}{2}s\\right)\\) dla \\(s \\in \\mathbb{R}\\).</p>\n<p>Warunek przecięcia:<br>\\[t\\sqrt{3} = \\tfrac{\\sqrt{3}}{2}s \\implies t = \\tfrac{s}{2},\\]<br>\\[2t = 3 - \\tfrac{5s}{2} \\implies s = 3 - \\tfrac{5s}{2} \\implies \\tfrac{7s}{2} = 3 \\implies s = \\tfrac{6}{7},\\quad t = \\tfrac{3}{7}.\\]</p>\n<p>Stąd:<br>\\[P = \\left(\\tfrac{6}{7},\\; \\tfrac{3\\sqrt{3}}{7}\\right).\\]</p>\n<p><strong>Pole trójkąta \\(DBP\\)</strong> wzorem ze współrzędnych:</p>\n<p>\\[P_{\\triangle DBP} = \\tfrac{1}{2}\\left|x_D(y_B - y_P) + x_B(y_P - y_D) + x_P(y_D - y_B)\\right|\\]<br>\\[= \\tfrac{1}{2}\\left|\\tfrac{1}{2}\\cdot\\left(0 - \\tfrac{3\\sqrt{3}}{7}\\right) + 0 + \\tfrac{6}{7}\\cdot\\tfrac{\\sqrt{3}}{2}\\right|\\]<br>\\[= \\tfrac{1}{2}\\left|-\\tfrac{3\\sqrt{3}}{14} + \\tfrac{6\\sqrt{3}}{14}\\right| = \\tfrac{1}{2}\\cdot\\tfrac{3\\sqrt{3}}{14} = \\frac{3\\sqrt{3}}{28}.\\]</p>\n<p><strong>Pole trójkąta równobocznego \\(ABC\\)</strong> o boku 3:<br>\\[P_{\\triangle ABC} = \\tfrac{\\sqrt{3}}{4}\\cdot 9 = \\frac{9\\sqrt{3}}{4}.\\]</p>\n<p><strong>Stosunek pól:</strong><br>\\[\\frac{P_{\\triangle ABC}}{P_{\\triangle DBP}} = \\frac{9\\sqrt{3}/4}{3\\sqrt{3}/28} = \\frac{9\\sqrt{3}}{4}\\cdot\\frac{28}{3\\sqrt{3}} = \\frac{9\\cdot 28}{4\\cdot 3} = \\frac{252}{12} = 21.\\]</p>\n<p><strong>Pole trójkąta \\(ABC\\) jest dokładnie 21-krotnie większe od pola trójkąta \\(DBP\\). \\(\\blacksquare\\)</strong></p>\n<h4>Wzory z karty CKE</h4>\n<p><strong>Dział 10 (Planimetria, s. 15-21)</strong> - pole trójkąta ze wzoru na iloczyn wektorowy (przez wyznacznik):<br>\\[P = \\frac{1}{2}|(x_B - x_A)(y_C - y_A) - (y_B - y_A)(x_C - x_A)|\\]<br>Użyliśmy tego w Sposobie 2 do obliczenia pola \\(DBP\\).</p>\n<p>Dział 10 (s. 15) - wzór na pole trójkąta równobocznego:<br>\\[P = \\frac{a^2\\sqrt{3}}{4}\\]<br>Użyliśmy tego w Sposobie 2 do obliczenia pola \\(ABC\\).</p>\n<h4>Typowe pułapki i uwagi</h4>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Bardzo łatwo pomylić, gdzie leży \\(D\\). \\(|BD| = \\frac{1}{3}|AB|\\) oznacza, że \\(D\\) jest <strong>blisko \\(B\\)</strong>, a nie blisko \\(A\\)! Zły rysunek = zły układ współrzędnych = błędny wynik.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Punkt \\(P\\) <strong>nie dzieli</strong> odcinków \\(BE\\) ani \\(CD\\) w stosunku \\(1:1\\). Studenci często zakładają, że \\(P\\) jest środkiem - to błąd. \\(P\\) dzieli \\(BE\\) w stosunku \\(BP:PE = \\frac{3}{7}:\\frac{4}{7} = 3:4\\).</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> W zadaniu chodzi o <strong>wykazanie</strong> (dowód), a nie samo policzenie. Każdy krok musi być uzasadniony - samo podanie wyniku \\(\\frac{1}{21}\\) bez wywodu nie da pełnych punktów na maturze.</blockquote>\n<h5>Sposob 1 (przystawanie + twierdzenie cosinusow + skala podobienstwa)</h5>\n<p>Trojkaty \\(ABE\\) i \\(BCD\\) sa przystajace (cecha BKB): \\(|AB| = |BC|\\), \\(|\\angle BAE| = |\\angle CBD| = 60^{\\circ}\\), \\(|AE| = |BD| = \\tfrac{1}{3}|AB|\\). Stad \\(|\\angle ABE| = |\\angle BCD|\\) oraz \\(|\\angle AEB| = |\\angle BDC|\\).</p>\n<p>Trojkat \\(DBP\\) jest podobny do trojkata \\(DCB\\) (cecha KKK), bo \\(|\\angle BDP|\\) wspolny i \\(|\\angle DBP| = |\\angle DCB|\\). Skala \\(s = \\dfrac{|BD|}{|CD|}\\).</p>\n<p>Niech \\(|DB| = a\\), wtedy \\(|BC| = 3a\\). Z tw. cosinusow w \\(DBC\\):<br>\\[|CD|^{2} = a^{2} + 9a^{2} - 2 \\cdot a \\cdot 3a \\cdot \\cos 60^{\\circ} = 10a^{2} - 3a^{2} = 7a^{2} \\Rightarrow |CD| = a\\sqrt{7}.\\]</p>\n<p>Zatem \\(s = \\dfrac{a}{a\\sqrt{7}} = \\dfrac{1}{\\sqrt{7}}\\).</p>\n<p>Pole \\(DBC\\) jest trzecia czescia pola \\(ABC\\) (wspolna wysokosc z \\(C\\), \\(|DB| = \\tfrac{1}{3}|AB|\\)):<br>\\[P_{DBC} = \\tfrac{1}{3}P_{ABC}.\\]</p>\n<p>Z podobienstwa \\(P_{DBP} = s^{2} \\cdot P_{DBC} = \\tfrac{1}{7} \\cdot \\tfrac{1}{3}P_{ABC} = \\tfrac{1}{21}P_{ABC}\\). CBDU.</p>\n<h5>Sposob 2 (uklad wspolrzednych)</h5>\n<p>\\(A = (0,0)\\), \\(B = (a,0)\\), \\(C = (\\tfrac{a}{2}, \\tfrac{a\\sqrt{3}}{2})\\). Wtedy \\(D = (\\tfrac{2a}{3}, 0)\\), \\(E = (\\tfrac{a}{6}, \\tfrac{a\\sqrt{3}}{6})\\).</p>\n<p>Wspolczynniki kierunkowe: \\(a_{CD} = -3\\sqrt{3}\\), \\(a_{BE} = -\\tfrac{\\sqrt{3}}{5}\\). Rozwiazanie ukladu daje \\(P = (\\tfrac{9a}{14}, \\tfrac{\\sqrt{3}}{14}a)\\).</p>\n<p>\\[P_{DBP} = \\tfrac{1}{2} \\cdot |DB| \\cdot y_{P} = \\tfrac{1}{2} \\cdot \\tfrac{a}{3} \\cdot \\tfrac{\\sqrt{3}a}{14} = \\tfrac{a^{2}\\sqrt{3}}{84}.\\]<br>\\(P_{ABC} = \\tfrac{a^{2}\\sqrt{3}}{4}\\). Iloraz: \\(\\dfrac{P_{DBP}}{P_{ABC}} = \\dfrac{a^{2}\\sqrt{3}/84}{a^{2}\\sqrt{3}/4} = \\dfrac{1}{21}\\). CBDU.</p>\n<h5>Uwagi o punktacji</h5>\n<ul><li>1 pkt: stwierdzi przystawanie ABE, BCD lub podobienstwo DBP~DCB, lub wyznaczy \\(|CD| = a\\sqrt{7}\\), lub umiesci w ukladzie wspolrzednych.</li><li>2 pkt: obliczy skale \\(s = 1/\\sqrt{7}\\) lub ulozy uklad rownan albo wyznaczy \\(y_{P} = \\tfrac{\\sqrt{3}}{14}a\\).</li><li>3 pkt: pelne rozumowanie.</li></ul>\n<p><strong>Trik:</strong> Kluczowa obserwacja: \\(P_{DBC} = \\tfrac{1}{3}P_{ABC}\\) (wspolna wysokosc), a podobienstwo DBP~DCB w skali \\(1/\\sqrt{7}\\) daje \\(1/7\\). W sumie \\(1/21\\).</p>"},{"source":"zadaniazmatur","label":"zadaniazmatur.pl","kind":"text","html":"<p>Dowód</p>"}]}