Для начала найдем координаты векторов ( \vec{AB} ), ( \vec{BC} ) и ( \vec{CA} ):
- ( \vec{AB} = B - A = (2 - 0, 2 - 0) = (2, 2) )
- ( \vec{BC} = C - B = (5 - 2, 1 - 2) = (3, -1) )
- ( \vec{CA} = A - C = (0 - 5, 0 - 1) = (-5, -1) )
Теперь найдем скалярное произведение векторов ( \vec{AB} ) и ( \vec{BC} - \vec{CA} ):
[ \vec{BC} - \vec{CA} = (3 + 5, -1 + 1) = (8, 0) ]
Скалярное произведение ( \vec{AB} \cdot (\vec{BC} - \vec{CA}) ) будет равно:
[ \vec{AB} \cdot (8, 0) = 2 \cdot 8 + 2 \cdot 0 = 16 ]
Теперь докажем, что треугольник ABC тупоугольный. Для этого достаточно показать, что один из углов треугольника тупой. Скалярные произведения векторов, соответствующих сторонам треугольника, помогут нам в этом:
Скалярное произведение ( \vec{AB} \cdot \vec{BC} ):
[ \vec{AB} \cdot \vec{BC} = (2, 2) \cdot (3, -1) = 2 \cdot 3 + 2 \cdot (-1) = 6 - 2 = 4 ]
Скалярное произведение ( \vec{BC} \cdot \vec{CA} ):
[ \vec{BC} \cdot \vec{CA} = (3, -1) \cdot (-5, -1) = 3 \cdot (-5) - 1 \cdot 1 = -15 - 1 = -16 ]
Скалярное произведение ( \vec{CA} \cdot \vec{AB} ):
[ \vec{CA} \cdot \vec{AB} = (-5, -1) \cdot (2, 2) = -5 \cdot 2 - 1 \cdot 2 = -10 - 2 = -12 ]
Обратите внимание на скалярное произведение ( \vec{BC} \cdot \vec{CA} ), оно отрицательно. Это значит, что угол между векторами ( \vec{BC} ) и ( \vec{CA} ), который соответствует углу ( B ) треугольника ( ABC ), тупой (поскольку косинус тупого угла отрицателен). Таким образом, треугольник ( ABC ) является тупоугольным.