Trong mặt phẳng với hệ toạ độ Oxy, cho hình vuông ABCD biết M(2;1);N(4;−2);P(2;0);Q(1;2) lần lượt thuộc cạnh AB,BC,CD,AD. Hãy lập phương trình cạnh AB của hình vuông.

* Hướng dẫn giải

Giả sử đường thẳng AB  qua M và có VTPT là \[\vec n = \left( {a;b} \right)\,\,\,\,\left( {{a^2} + {b^2} \ne 0} \right)\]

 =>VTPT của BC là:\[{\vec n_1} = \left( { - b;a} \right)\]

 Phương trình AB có dạng: \[a\left( {x - 2} \right) + b\left( {y - 1} \right) = 0 \Leftrightarrow ax + by - 2a - b = 0\]BC có dạng:\[ - b\left( {x - 4} \right) + a\left( {y + 2} \right) = 0\; \Leftrightarrow - bx + ay + 4b + 2a = 0\]

Do ABCD là hình vuông nên\[d\left( {P,AB} \right) = d\left( {Q,BC} \right)\]

\( \Leftrightarrow \frac{{\left| { - b} \right|}}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }} = \frac{{|3b + 4a|}}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }} \Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{b = - 2a}\\{b = - a}\end{array}} \right.\)

TH1: \[b = - 2a\]

Chọn\[a = 1 \Rightarrow b = - 2\]  ta được\[AB:x - 2y - 2.1 - \left( { - 2} \right) = 0\] hay\[x - 2y = 0\]\[BC: - \left( { - 2} \right)x + y + 4.\left( { - 2} \right) + 2.1 = 0\] hay\[2x + y - 6 = 0\]

CD đi qua P(2;0) và song song AB nên nhận\[\overrightarrow {{n_{AB}}} = \left( {1; - 2} \right)\]l àm VTPT

Do đó CD: 1(x-2) – 2(y-0) = 0 hay x-2y-2=0

AD đi qua Q(1;2) và song song BC nên nhận\[\overrightarrow {{n_{BC}}} = \left( {2;1} \right)\] làm VTPT

Do đó AD: 2(x-1) + 1(y-2) = 0 hay 2x+y-4=0

TH2:\[b = - a\]

Chọn\[a = 1 \Rightarrow b = - 1\] ta được\[AB:x - y - 2.1 - \left( { - 1} \right) = 0\] hay\[x - y - 1 = 0\]

\[BC: - \left( { - 1} \right)x + y + 4.\left( { - 1} \right) + 2.1 = 0\] hay\[x + y - 2 = 0\]

CD đi qua P(2;0) và song song AB nên nhận\[\overrightarrow {{n_{AB}}} = \left( {1; - 1} \right)\]  làm VTPT

Do đó CD: 1(x-2) – 1(y-0) = 0 hay x-y-2=0

AD đi qua Q(1;2) và song song BC nên nhận\[\overrightarrow {{n_{BC}}} = \left( {1;1} \right)\] làm VTPT

Do đó AD: 1(x-1) + 1(y-2) = 0 hay x+y-3=0.

Đáp án cần chọn là: B