Для построения четырёхугольника ABCD по заданным координатам вершин A(2, 3), B(-2, 2), C(-3, -1) и D(1, 0) необходимо следовать нескольким шагам.
Шаг 1: Нанесение точек на координатную плоскость
Точка A(2, 3):
- Находится на пересечении линии x = 2 и y = 3.
Точка B(-2, 2):
- Находится на пересечении линии x = -2 и y = 2.
Точка C(-3, -1):
- Находится на пересечении линии x = -3 и y = -1.
Точка D(1, 0):
- Находится на пересечении линии x = 1 и y = 0.
Шаг 2: Соединение точек линиями
Для построения четырёхугольника ABCD, нужно последовательно соединить точки:
- Соединяем A(2, 3) и B(-2, 2).
- Соединяем B(-2, 2) и C(-3, -1).
- Соединяем C(-3, -1) и D(1, 0).
- Соединяем D(1, 0) и A(2, 3).
Шаг 3: Проверка выпуклости четырёхугольника
Чтобы определить, является ли четырёхугольник выпуклым, можно воспользоваться векторным методом или методом площадей треугольников, образованных диагоналями.
Векторный метод:
Выпуклый четырёхугольник должен иметь одно и то же направление вектора нормали для всех сторон.
Вычислим векторы сторон:
- Вектор AB: (\overrightarrow{AB} = B - A = (-2 - 2, 2 - 3) = (-4, -1))
- Вектор BC: (\overrightarrow{BC} = C - B = (-3 + 2, -1 - 2) = (-1, -3))
- Вектор CD: (\overrightarrow{CD} = D - C = (1 + 3, 0 + 1) = (4, 1))
- Вектор DA: (\overrightarrow{DA} = A - D = (2 - 1, 3 - 0) = (1, 3))
Перемножим векторы попарно и проверим знаки скалярного произведения:
- (\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{BC} = (-4) \cdot (-1) + (-1) \cdot (-3) = 4 + 3 = 7)
- (\overrightarrow{BC} \cdot \overrightarrow{CD} = (-1) \cdot 4 + (-3) \cdot 1 = -4 - 3 = -7)
- (\overrightarrow{CD} \cdot \overrightarrow{DA} = (4) \cdot (1) + (1) \cdot (3) = 4 + 3 = 7)
- (\overrightarrow{DA} \cdot \overrightarrow{AB} = (1) \cdot (-4) + (3) \cdot (-1) = -4 - 3 = -7)
Чередование знаков скалярного произведения (положительное-отрицательное) подтверждает, что четырёхугольник выпуклый.
Шаг 4: Вычисление площади четырёхугольника
Площадь выпуклого четырёхугольника можно вычислить, разбив его на два треугольника.
Площадь треугольника ABD:
[
S_{ABD} = \frac{1}{2} \left| 2(2 - 0) + (-2)(0 - 3) + 1(3 - 2) \right| = \frac{1}{2} \left| 4 + 6 + 1 \right| = \frac{1}{2} \times 11 = 5.5
]
Площадь треугольника BCD:
[
S_{BCD} = \frac{1}{2} \left| -2(-1 - 0) + (-3)(0 - 2) + 1(2 - (-1)) \right| = \frac{1}{2} \left| 2 + 6 + 3 \right| = \frac{1}{2} \times 11 = 5.5
]
Итак, общая площадь четырёхугольника ABCD:
[
S{ABCD} = S{ABD} + S_{BCD} = 5.5 + 5.5 = 11
]
Таким образом, четырёхугольник ABCD построен и его площадь равна 11 квадратных единиц.