Для начала проверим, действительно ли четырехугольник ABCD является квадратом. Для этого необходимо проверить, что все его стороны равны и все углы прямые.
- Найдем длины сторон четырехугольника, используя формулу расстояния между двумя точками на плоскости:
[ d = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2} ]
Для стороны AB:
[ d_{AB} = \sqrt{(0 + 2)^2 + (5 - 3)^2} = \sqrt{2^2 + 2^2} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2} ]
Для стороны BC:
[ d_{BC} = \sqrt{(2 - 0)^2 + (3 - 5)^2} = \sqrt{2^2 + (-2)^2} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2} ]
Для стороны CD:
[ d_{CD} = \sqrt{(0 - 2)^2 + (1 - 3)^2} = \sqrt{(-2)^2 + (-2)^2} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2} ]
Для стороны DA:
[ d_{DA} = \sqrt{(-2 - 0)^2 + (3 - 1)^2} = \sqrt{2^2 + 2^2} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2} ]
Все стороны равны, что является одним из условий квадрата.
- Проверим углы на прямые, т.е. 90 градусов. Для этого вычислим скалярное произведение векторов смежных сторон (если векторы перпендикулярны, их скалярное произведение равно нулю).
Вектор AB: (0 + 2, 5 - 3) = (2, 2)
Вектор BC: (2 - 0, 3 - 5) = (2, -2)
[ \text{Скалярное произведение AB и BC} = 2 \cdot 2 + 2 \cdot (-2) = 0 ]
Аналогичные вычисления можно провести для других пар векторов сторон.
- Найдем диагонали квадрата. В квадрате диагонали равны и пересекаются под прямым углом в центре квадрата.
Диагональ AC:
[ d_{AC} = \sqrt{(2 + 2)^2 + (3 - 3)^2} = \sqrt{4^2 + 0^2} = 4 ]
Диагональ BD:
[ d_{BD} = \sqrt{(0 - 0)^2 + (1 - 5)^2} = \sqrt{0^2 + (-4)^2} = 4 ]
Ответ: Диагонали квадрата ABCD равны 4 единицы каждая.