Властивості прямої в евклідовій геометрії.

Через будь-яку точку можна провести безліч прямих.

Через будь-які дві точки, що не збігаються, можна провести єдину пряму.

Дві несхожі прямі на площині або перетинаються в єдиній точці, або є

паралельними (випливає з попереднього).

У тривимірному просторі існують три варіанти взаємного розташування двох прямих:

• прямі перетинаються;

• прямі паралельні;

• прямі схрещуються.

Пряма лінія— крива алгебри першого порядку: в декартовій системі координат пряма лінія

задається на площині рівнянням першого ступеня (лінійне рівняння).

Загальне рівняння прямої.

Визначення. Будь-яка пряма на площині може бути задана рівнянням першого порядку

Ах + Ву + С = 0,

причому постійні А, Вне дорівнюють нулю одночасно. Це рівняння першого порядку називають загальним

рівнянням прямої.Залежно від значень постійних А, Ві Зможливі такі окремі випадки:

. C = 0, А ≠0, В ≠ 0- Пряма проходить через початок координат

. А = 0, В ≠0, С ≠0 ( By + C = 0)- Пряма паралельна осі Ох

. В = 0, А ≠ 0, С ≠ 0 (Ax + C = 0)- Пряма паралельна осі Оу

. В = С = 0, А ≠0- Пряма збігається з віссю Оу

. А = С = 0, В ≠0- Пряма збігається з віссю Ох

Рівняння прямої може бути представлене в різному вигляді залежно від будь-яких заданих

початкових умов.

Рівняння прямої за точкою та вектором нормалі.

Визначення. У декартовій системі прямокутної координат вектор з компонентами (А, В)

перпендикулярний до прямої, заданої рівнянням

Ах + Ву + З = 0.

приклад. Знайти рівняння прямої, що проходить через точку А(1, 2)перпендикулярно вектору (3, -1).

Рішення. Складемо при А = 3 і В = -1 рівняння прямої: 3х - у + С = 0. Для знаходження коефіцієнта С

підставимо в отриманий вираз координати заданої точки А. Отримуємо: 3 - 2 + C = 0, отже

З = -1. Разом: шукане рівняння: 3х - у - 1 = 0.

Рівняння пряме, що проходить через дві точки.

Нехай у просторі задані дві точки M 1 (x 1 , y 1 , z 1)і M2 (x 2, y 2 , z 2),тоді рівняння прямої,

проходить через ці точки:

Якщо один із знаменників дорівнює нулю, слід прирівняти нулю відповідний чисельник. на

площині записане вище рівняння прямої спрощується:

якщо х 1 ≠ х 2і х = х 1, якщо х 1 = х 2 .

Дріб = kназивається кутовим коефіцієнтом прямий.

приклад. Знайти рівняння прямої, що проходить через точки А(1, 2) та В(3, 4).

Рішення. Застосовуючи записану вище формулу, отримуємо:

Рівняння прямої за точкою та кутовим коефіцієнтом.

Якщо загальне рівняння прямої Ах + Ву + С = 0привести до вигляду:

та позначити , то отримане рівняння називається

рівнянням прямої з кутовим коефіцієнтом k.

Рівняння прямої по точці та напрямному вектору.

За аналогією з пунктом, що розглядає рівняння прямої через вектор нормалі, можна ввести завдання

прямий через точку та напрямний вектор прямий.

Визначення. Кожен ненульовий вектор (α 1 , α 2), компоненти якого задовольняють умові

Аα 1 + Вα 2 = 0називається напрямний вектор прямий.

Ах + Ву + З = 0.

приклад. Знайти рівняння прямої з напрямним вектором (1, -1) і проходить через точку А(1, 2).

Рішення. Рівняння шуканої прямої шукатимемо у вигляді: Ax+By+C=0.Відповідно до визначення,

коефіцієнти повинні відповідати умовам:

1 * A + (-1) * B = 0, тобто. А = В.

Тоді рівняння прямої має вигляд: Ax + Ay + C = 0,або x + y + C/A = 0.

при х = 1, у = 2отримуємо С/A = -3, тобто. шукане рівняння:

х + у - 3 = 0

Рівняння прямої у відрізках.

Якщо в загальному рівнянні прямий Ах + Ву + С = 0 С 0, то, розділивши на -С, отримаємо:

або , де

Геометричний зміст коефіцієнтів у тому, що коефіцієнт а є координатою точки перетину

прямий з віссю Ох,а b- координатою точки перетину прямої з віссю Оу.

приклад. Задано загальне рівняння прямої х – у + 1 = 0.Знайти рівняння цієї прямої у відрізках.

С = 1, а = -1, b = 1.

Нормальне рівняння прямої.

Якщо обидві частини рівняння Ах + Ву + С = 0розділити на число , Яке називається

нормуючим множником, то отримаємо

xcosφ + ysinφ - p = 0 -нормальне рівняння прямої.

Знак ± нормуючого множника треба вибирати так, щоб μ * С< 0.

р- Довжина перпендикуляра, опущеного з початку координат на пряму,

а φ - Кут, утворений цим перпендикуляром з позитивним напрямом осі Ох.

приклад. Дано загальне рівняння прямої 12х - 5у - 65 = 0. Потрібно написати різні типи рівнянь

цієї прямої.

Рівняння цієї прямої у відрізках:

Рівняння цієї прямої з кутовим коефіцієнтом: (ділимо на 5)

Рівняння прямої:

cos φ = 12/13; sin φ= -5/13; p = 5.

Слід зазначити, що не кожну пряму можна уявити рівнянням у відрізках, наприклад, прямі,

паралельні осям або проходять через початок координат.

Кут між прямими на площині.

Визначення. Якщо задані дві прямі y = k 1 x + b 1 , y = k 2 x + b 2, то гострий кут між цими прямими

визначатиметься як

Дві прямі паралельні, якщо k 1 = k 2. Дві прямі перпендикулярні,

якщо k 1 = -1/ k 2 .

Теорема.

Прямі Ах + Ву + С = 0і А 1 х + В 1 у + С 1 = 0паралельні, коли пропорційні коефіцієнти

А 1 = λА, 1 = λВ. Якщо ще й З 1 = λС, То прямі збігаються. Координати точки перетину двох прямих

перебувають як розв'язання системи рівнянь цих прямих.

Рівняння прямої, що проходить через дану точку перпендикулярно даної прямої.

Визначення. Пряма, що проходить через точку М 1 (х 1, у 1)і перпендикулярна до прямої у = kx + b

є рівнянням:

Відстань від точки до прямої.

Теорема. Якщо задана точка М(х 0 у 0),та відстань до прямої Ах + Ву + С = 0визначається як:

Доведення. Нехай крапка М 1 (х 1, у 1)- основа перпендикуляра, опущеного з точки Мна задану

пряму. Тоді відстань між точками Мі М 1:

(1)

Координати x 1і у 1можуть бути знайдені як розв'язання системи рівнянь:

Друге рівняння системи - це рівняння прямої, що проходить через задану точку М0 перпендикулярно

заданої прямої. Якщо перетворити перше рівняння системи на вигляд:

A(x - x 0) + B(y - y 0) + Ax 0 + By 0 + C = 0,

то, вирішуючи, отримаємо:

Підставляючи ці вирази рівняння (1), знаходимо:

Теорему доведено.

Урок із серії «Геометричні алгоритми»

Здрастуйте, дорогий читачу!

Сьогодні ми почнемо вивчати алгоритми, пов'язані із геометрією. Справа в тому, що олімпіадних завдань з інформатики, пов'язаних з обчислювальною геометрією, досить багато і вирішення таких завдань часто викликають труднощі.

За кілька уроків ми розглянемо ряд елементарних підзавдань, куди спирається вирішення більшості завдань обчислювальної геометрії.

На цьому уроці ми складемо програму для знаходження рівняння прямої, що проходить через задані дві точки. Для вирішення геометричних завдань нам знадобляться деякі знання з обчислювальної геометрії. Частину уроку ми присвятимо знайомству з ними.

Відомості з обчислювальної геометрії

Обчислювальна геометрія – це розділ інформатики, що вивчає алгоритми розв'язання геометричних завдань.

Вихідними даними для таких завдань можуть бути безліч точок на площині, набір відрізків, багатокутник (заданий, наприклад, списком своїх вершин у порядку руху за годинниковою стрілкою) і т.п.

Результатом може бути або відповідь на якесь питання (типу належить чи точка відрізка, чи перетинаються два відрізки, …), або якийсь геометричний об'єкт (наприклад, найменший опуклий багатокутник, що з'єднує задані точки, площа багатокутника, тощо) .

Ми розглядатимемо завдання обчислювальної геометрії тільки на площині і тільки в декартовій системі координат.

Вектори та координати

Щоб застосовувати методи обчислювальної геометрії, необхідно геометричні образи перекласти мовою чисел. Вважатимемо, що у площині задана декартова система координат, у якій напрямок повороту проти годинникової стрілки називається позитивним.

Тепер геометричні об'єкти набувають аналітичного виразу. Так, щоб задати точку, досить зазначити її координати: пару чисел (x; y). Відрізок можна задати, вказавши координати його кінців, можна задати пряму, вказавши координати пари її точок.

Але основним інструментом у вирішенні завдань у нас будуть вектори. Нагадаю тому деякі відомості про них.

Відрізок АВ, у якого точку Авважають початком (точкою програми), а точку У– кінцем, називають вектором АВі позначають або , або жирною малою літерою, наприклад а .

Для позначення довжини вектора (тобто довжини відповідного відрізка) користуватимемося символом модуля (наприклад, ).

Довільний вектор матиме координати, рівні різниці відповідних координат його кінця та початку:

,

тут крапки Aі B мають координати відповідно.

Для обчислень ми будемо використовувати поняття орієнтованого кута, тобто кута, що враховує взаємне розташування векторів.

Орієнтований кут між векторами a і b позитивний, якщо поворот від вектора a до вектору b відбувається в позитивному напрямку (проти годинникової стрілки) і негативний - в іншому випадку. Див рис.1а, рис.1б. Говорять також, що пара векторів a і b позитивно (негативно) орієнтована.

Таким чином, величина орієнтованого кута залежить від порядку перерахування векторів і може набувати значення в інтервалі .

Багато завдань обчислювальної геометрії використовують поняття векторного (косого чи псевдоскалярного) творів векторів.

Векторним твором векторів a і b називатимемо добуток довжин цих векторів на синус кута між ними:

.

Векторний добуток векторів у координатах:

Вираз праворуч – визначник другого порядку:

На відміну від визначення, яке дається в аналітичній геометрії, це скаляр.

Знак векторного твору визначає положення векторів один щодо одного:

a і b позитивно орієнтована.

Якщо величина, то пара векторів a і b негативно орієнтована.

Векторний добуток ненульових векторів дорівнює нулю тоді і тільки тоді, коли вони колінеарні ( ). Це означає, що вони лежать на одній прямій або паралельних прямих.

Розглянемо кілька найпростіших завдань, необхідні під час вирішення складніших.

Визначимо рівняння прямої за координатами двох точок.

Рівняння прямої, що проходить через дві різні точки, задані своїми координатами.

Нехай на прямій задані дві точки, що не збігаються: з координатами (x1; y1) і з координатами (x2; y2). Відповідно вектор з початком у точці та кінцем у точці має координати (x2-x1, y2-y1). Якщо P(x, y) – довільна точка нашої прямої, то координати вектора рівні (x-x1, y – y1).

За допомогою векторного твору умову колінеарності векторів можна записати так:

Тобто. (x-x1)(y2-y1)-(y-y1)(x2-x1)=0

(y2-y1)x + (x1-x2)y + x1(y1-y2) + y1(x2-x1) = 0

Останнє рівняння перепишемо так:

ax + by + c = 0, (1)

c = x1(y1-y2) + y1(x2-x1)

Отже, пряму можна встановити рівнянням виду (1).

Завдання 1. Задано координати двох точок. Знайти її уявлення як ax + by + c = 0.

На цьому уроці ми познайомилися із деякими відомостями з обчислювальної геометрії. Вирішили завдання щодо знаходження рівняння лінії за координатами двох точок.

На наступному уроці складемо програму знаходження точки перетину двох ліній, заданих своїми рівняннями.

Загальне рівняння прямої:

Часткові випадки загального рівняння прямої:

а якщо C= 0, рівняння (2) матиме вигляд

Ax + By = 0,

і пряма, яка визначається цим рівнянням, проходить через початок координат, оскільки координати початку координат x = 0, y= 0 задовольняють цього рівняння.

б) Якщо у загальному рівнянні прямий (2) B= 0, то рівняння набуде вигляду

Ax + З= 0, або .

Рівняння не містить змінної y, а пряма паралельна осі, що визначається цим рівнянням Ой.

в) Якщо у загальному рівнянні прямий (2) A= 0, то це рівняння набуде вигляду

By + З= 0, або ;

рівняння не містить змінної x, а пряма паралельна осі, що визначається їм Ox.

Слід запам'ятати: якщо пряма паралельна до будь-якої координатної осі, то в її рівнянні відсутній член, що містить координату, однойменну з цією віссю.

г) При C= 0 і A= 0 рівняння (2) набуває вигляду By= 0, або y = 0.

Це рівняння осі Ox.

д) При C= 0 і B= 0 рівняння (2) запишеться у вигляді Ax= 0 або x = 0.

Це рівняння осі Ой.

Взаємне розташування прямої на площині. Кут між прямими на площині. Умови паралельності прямих. Умови перпендикулярності прямих.

l 1 l 2 l 1: A 1 x + B 1 y + C 1 = 0
l 2: A 2 x + B 2 y + C 2 = 0

S 2 S 1 Вектори S 1 та S 2 називаються напрямними для своїх прямих.

Кут між прямими l 1 і l 2 визначається кутом між напрямними векторами.
Теорема 1: cos кута між l 1 і l 2 = cos(l 1 ; l 2) =

Теорема 2:Для того, щоб 2 прямі дорівнювали необхідно і достатньо:

Теорема 3:щоб 2 прямі були перпендикулярні необхідно і достатньо:

L 1 l 2 ó A 1 A 2 + B 1 B 2 = 0

Загальне рівняння площини та її окремі випадки. Рівняння площини у відрізках.

Загальне рівняння площини:

Ax + By + Cz + D = 0

Приватні випадки:

1. D=0 Ax+By+Cz = 0 – площина проходить через початок координат

2. З=0 Ax+By+D = 0 – площина || OZ

3. У=0 Ax+Cz+d = 0 – площина || OY

4. A=0 By+Cz+D = 0 – площина || OX

5. A=0 та D=0 By+Cz = 0 – площина проходить через OX

6. В=0 та D=0 Ax+Cz = 0 – площина проходить через OY

7. C=0 та D=0 Ax+By = 0 – площина проходить через OZ

Взаємне розташування площин та прямих ліній у просторі:

1. Кутом між прямими в просторі називається кут між їх напрямними векторами.

Cos (l 1 ; l 2) = cos(S 1 ; S 2) = =

2. Кутом між площинами визначається через кут між їхніми нормальними векторами.

Cos (l 1 ; l 2) = cos(N 1 ; N 2) = =

3. Косинус кута між прямою та площиною можна знайти через sin кута між напрямним вектором прямої та нормальним вектором площини.

4. 2 Прямі || у просторі, коли їх || напрямні вектора

5. 2 поверхні || коли || нормальний вектор

6. Аналогічно вводяться поняття перпендикулярності прямих та площин.

Запитання №14

Різні види рівняння прямої лінії на площині (рівняння прямої у відрізках, з кутовим коефіцієнтом та ін.)

Рівняння прямої у відрізках:
Припустимо, що у загальному рівнянні прямий:

1. С = 0 Ах + Ву = 0 - Пряма проходить через початок координат.

2. а = 0 Ву + С = 0 у =

3. в = 0 Ах + С = 0 х =

4. в = С = 0 Ах = 0 х = 0

5. а = С = 0 Ву = 0 у = 0

Рівняння прямої з кутовим коефіцієнтом:

Будь-яка пряма, не рівна осі ОУ (Не =0), може бути записана в слід. вигляді:

k = tgα α – кут між прямою та позитивно спрямованою лінією ОХ

b – точка перетину прямої з віссю ОУ

Док-во:

Ах + Ву + С = 0

Ву = -Ах-С |:

Рівняння прямої по двох точках:

Запитання №16

Кінцева межа функції у точці та при x→∞

Кінцева межа в точці х 0:

Число А називається межею функції y = f(x) при x→х 0 якщо для будь-якого Е > 0 існує б > 0 таке, що при х ≠x 0 , що задовольняє нерівності | х - х 0 |< б, выполняется условие |f(x) - A| < Е

Межа позначається: = A

Кінцева межа в точці +∞:

Число А називається межею функції y = f(x) при x → + ∞ , якщо будь-якого Е > 0 існує З > 0, таке що з x > C виконується нерівність |f(x) - A|< Е

Межа позначається: = A

Кінцева межа в точці -∞:

Число А називається межею функції y = f(x) при x→-∞,якщо для будь-якого Е< 0 существует С < 0 такое, что при х < -С выполняется неравенство |f(x) - A| < Е

Рівняння прямої, що проходить через дві точки. у статті" " я обіцяв вам розібрати другий спосіб вирішення представлених завдань на знаходження похідної, при даному графіку функції та дотичної до цього графіка. Цей спосіб ми розберемо в , НЕ пропустіть! Чомуу наступній?

Справа в тому, що там використовуватиметься формула рівняння прямої. Звичайно, можна було б просто показати цю формулу та порадити вам її вивчити. Але краще пояснити – від куди вона походить (як виводиться). Це необхідно! Якщо ви забудете її, то швидко відновити їїне уявить труднощів. Нижче докладно все викладено. Отже, у нас на координатній площині є дві точки А(х 1 ;у 1) і (х 2 ;у 2), через зазначені точки проведена пряма:

Ось сама формула пряма:

* Тобто при підстановці конкретних координат точок ми отримаємо рівняння виду y=kx+b.

**Якщо цю формулу просто «зазубрити», то є велика можливість заплутатися з індексами при х. Крім того, індекси можуть позначатися по-різному, наприклад:

Тому й важливо розуміти сенс.

Тепер виведення цієї формули. Все дуже просто!

Трикутники АВЕ і ACF подібні до гострого кута (перша ознака подібності прямокутних трикутників). З цього випливає, що відносини відповідних елементів рівні, тобто:

Тепер просто виражаємо дані відрізки через різницю координат точок:

Звичайно, не буде ніякої помилки якщо ви запишите відносини елементів в іншому порядку (головне дотримуватися відповідності):

В результаті вийде одне й теж рівняння прямої. Це все!

Тобто, як би не були позначені самі точки (та їх координати), розуміючи цю формулу, ви завжди знайдете рівняння прямої.

Формулу можна вивести використовуючи властивості векторів, але принцип виведення буде той самий, оскільки йтиметься про пропорційність їх координат. У цьому випадку працює все подібність прямокутних трикутників. На мій погляд описаний вище висновок більш зрозумілий)).

Подивитися висновок через координати векторів >>>

Нехай на координатній площині побудована пряма, що проходить через дві задані точки А(х 1 ;у 1) і В(х 2 ;у 2). Зазначимо на прямій довільну точку З координатами ( x; y). Також позначимо два вектори:

Відомо, що у векторів, що лежать на паралельних прямих (або на одній прямій), їх відповідні координати пропорційні, тобто:

- Записуємо рівність відносин відповідних координат:

Розглянемо приклад:

Знайти рівняння прямої, що проходить через дві точки з координатами (2; 5) та (7: 3).

Можна навіть не будувати саму пряму. Застосовуємо формулу:

Важливо, щоб ви вловили відповідність при складанні співвідношення. Ви не помилитеся, якщо запишіть:

Відповідь: у=-2/5x+29/5 йди у=-0,4x+5,8

Щоб переконатися, що отримане рівняння знайдено правильно, обов'язково робіть перевірку — підставте у нього координати даних за умови точок. Повинні вийде вірні рівність.

На цьому все. Сподіваюся, матеріал вам був корисний.

З повагою, Олександр.

PS: Буду вдячний Вам, якщо розповісте про сайт у соціальних мережах.

Рівняння прямої на площині.
Напрямний вектор прямий. Вектор нормалі

Пряма лінія на площині - це одна з найпростіших геометричних фігур, знайома вам ще з молодших класів, і сьогодні ми дізнаємося, як з нею справлятися методами аналітичної геометрії. Для освоєння матеріалу потрібно вміти будувати пряму; знати, яким рівнянням задається пряма, зокрема пряма, яка проходить через початок координат і прямі, паралельні координатним осям. Цю інформацію можна знайти у методичці Графіки та властивості елементарних функцій, Я її створював для матана, але розділ про лінійну функцію вийшов дуже вдалим і докладним. Тому, шановні чайники, спершу розігрійтеся там. Крім того, потрібно мати базові знання про векторах, інакше розуміння матеріалу буде неповним.

На цьому уроці ми розглянемо способи, за допомогою яких можна скласти рівняння прямої на площині. Рекомендую не нехтувати практичними прикладами (навіть якщо здається дуже просто), так як я буду постачати їх елементарними і важливими фактами, технічними прийомами, які будуть потрібні надалі, в тому числі і в інших розділах вищої математики.

• Як скласти рівняння прямої з кутовим коефіцієнтом?
• Як?
• Як знайти напрямний вектор за загальним рівнянням прямої?
• Як скласти рівняння прямої за точкою та вектором нормалі?

і ми починаємо:

Рівняння прямої з кутовим коефіцієнтом

Всім відомий «шкільний» вид рівняння прямої називається рівнянням прямої з кутовим коефіцієнтом. Наприклад, якщо пряма задана рівнянням , її кутовий коефіцієнт: . Розглянемо геометричний зміст даного коефіцієнта і те, як його значення впливає на розташування прямої:

У курсі геометрії доводиться, що кутовий коефіцієнт прямий дорівнює тангенсу кутаміж позитивним напрямом осіта даної прямої: , причому кут відкручується проти годинникової стрілки.

Щоб не захаращувати креслення, я намалював кути лише для двох прямих. Розглянемо «червону» пряму та її кутовий коефіцієнт. Згідно з вищесказаним: (кут «альфа» позначений зеленою дугою). Для "синьої" прямої з кутовим коефіцієнтом справедлива рівність (кут "бета" позначений коричневою дугою). А якщо відомий тангенс кута, то за необхідності легко знайти і сам кутза допомогою зворотної функції – Арктангенс. Як кажуть, тригонометрична таблиця або мікрокалькулятор до рук. Таким чином, кутовий коефіцієнт характеризує ступінь нахилу прямої до осі абсцис.

При цьому можливі такі випадки:

1) Якщо кутовий коефіцієнт негативний: то лінія, грубо кажучи, йде зверху вниз. Приклади – «синя» та «малинова» прямі на кресленні.

2) Якщо кутовий коефіцієнт позитивний: то лінія йде знизу вгору. Приклади - "чорна" і "червона" прямі на кресленні.

3) Якщо кутовий коефіцієнт дорівнює нулю: , то рівняння набуває вигляду , і відповідна пряма паралельна осі . Приклад - "жовта" пряма.

4) Для сімейства прямих, паралельних осі (на кресленні немає прикладу, крім самої осі), кутового коефіцієнта не існує (тангенс 90 градусів не визначено).

Чим більший кутовий коефіцієнт по модулю, тим крутіше йде графік прямий.

Наприклад, розглянемо дві прямі . Тут , тому пряма має більш крутий нахил. Нагадую, що модуль дозволяє не враховувати знак, нас цікавлять лише абсолютні значеннякутових коефіцієнтів

У свою чергу, пряма більш крута, ніж прямі .

Назад: що менше кутовий коефіцієнт по модулю, то пряміша є більш пологою.

Для прямих справедлива нерівність, таким чином, пряма більш полога. Дитяча гірка, щоб не насадити собі синців та шишок.

Навіщо це потрібно?

Продовжити ваші муки Знання перелічених вище фактів дозволяє негайно побачити свої помилки, зокрема, помилки при побудові графіків – якщо на кресленні вийшло «явно щось не те». Бажано, щоб вам відразубуло зрозуміло, що, наприклад, пряма дуже крута і йде знизу вгору, а пряма дуже полога, близько притиснута до осі і йде зверху вниз.

У геометричних завданнях часто фігурують кілька прямих, тому їх зручно якось позначати.

Позначення: Прямі позначаються маленькими латинськими літерами: . Популярний варіант - позначення однією і тією ж літерою з натуральними підрядковими індексами. Наприклад, ті п'ять прямих, які ми щойно розглянули, можна позначити через .

Оскільки будь-яка пряма однозначно визначається двома точками, її можна позначати даними точками: і т.д. Позначення цілком очевидно має на увазі, що точки належать прямий .

Час трохи розім'ятися:

Як скласти рівняння прямої з кутовим коефіцієнтом?

Якщо відома точка , що належить деякої прямої, і кутовий коефіцієнт цієї прямої, то рівняння даної прямої виражається формулою :

Приклад 1

Скласти рівняння прямої з кутовим коефіцієнтом , якщо відомо, що точка належить даної прямої.

Рішення: Рівняння прямої складемо за формулою . В даному випадку:

Відповідь:

Перевіркавиконується просто. По-перше, дивимося на отримане рівняння і переконуємось, що наш кутовий коефіцієнт на своєму місці. По-друге, координати точки повинні задовольняти це рівняння. Підставимо їх у рівняння:

Отримано правильну рівність, отже, точка задовольняє отримане рівняння.

Висновок: рівняння знайдено правильно

Хитріший приклад для самостійного вирішення:

Приклад 2

Скласти рівняння прямий, якщо відомо, що її кут нахилу до позитивного напрямку осі становить , і точка належить цій прямій.

Якщо виникли труднощі, перечитайте теоретичний матеріал. Точніше практичніший, багато доказів я пропускаю.

Продзвенів останній дзвінок, відгримів випускний бал, і за воротами рідної школи нас чекає, власне, аналітична геометрія. Жарти закінчилися. А може тільки починаються =)

Ностальгічно махаємо звичною ручкою і знайомимося із загальним рівнянням прямою. Оскільки в аналітичній геометрії в ході саме воно:

Загальне рівняння прямої має вигляд: , де - Деякі числа. При цьому коефіцієнти одночасноне рівні нулю, оскільки рівняння втрачає сенс.

Одягнемо в костюм і краватку рівняння з кутовим коефіцієнтом. Спочатку перенесемо всі складові в ліву частину:

Доданок з «ікс» потрібно поставити на перше місце:

У принципі, рівняння вже має вигляд, але за правилами математичного етикету коефіцієнт першого доданка (в даному випадку) має бути позитивним. Змінюємо знаки:

Запам'ятайте цю технічну особливість!Перший коефіцієнт (найчастіше) робимо позитивним!

В аналітичній геометрії рівняння прямої майже завжди буде задано у загальній формі. Ну, а при необхідності його легко привести до «шкільного» вигляду з кутовим коефіцієнтом (за винятком прямих, паралельних до осі ординат).

Задамося питанням, що достатньознати, щоб збудувати пряму? Дві точки. Але про цей дитячий випадок пізніше зараз панують палички зі стрілочками. Кожна пряма має цілком певний нахил, до якого легко «пристосувати» вектор.

Вектор, який паралельний прямої, називається напрямним вектором даної прямої. Очевидно, що у будь-якій прямій нескінченно багато напрямних векторів, причому всі вони будуть колінеарні (соннаправлені чи ні – не важливо).

Напрямний вектор я позначатиму так: .

Але одного вектора недостатньо для побудови прямої, вектор є вільним і не прив'язаний до будь-якої точки площини. Тому додатково необхідно знати деяку точку, яка належить прямою.

Як скласти рівняння прямої по точці та напрямному вектору?

Якщо відома деяка точка , що належить прямої, і напрямний вектор цієї прямої, то рівняння даної прямої можна скласти за формулою:

Іноді його називають канонічним рівнянням прямої .

Що робити, коли одна з координатдорівнює нулю, ми розберемося на практичних прикладах нижче. До речі, зауважте – відразу обидвікоординати що неспроможні дорівнювати нулю, оскільки нульовий вектор не задає конкретного напрями.

Приклад 3

Скласти рівняння прямої по точці та напрямному вектору

Рішення: Рівняння прямої складемо за формулою. В даному випадку:

За допомогою властивостей пропорції позбавляємося дробів:

І наводимо рівняння до загального вигляду:

Відповідь:

Креслення в таких прикладах, як правило, робити не потрібно, але заради розуміння:

На кресленні бачимо вихідну точку , вихідний напрямний вектор (його можна відкласти будь-якої точки площині) і побудовану пряму . До речі, у багатьох випадках побудову прямий найзручніше здійснювати саме за допомогою рівняння з кутовим коефіцієнтом. Наше рівняння легко перетворити на вигляд і без проблем підібрати ще одну точку для побудови прямої.

Як зазначалося на початку параграфа, у прямої нескінченно багато напрямних векторів, і всі вони колінеарні. Для прикладу я намалював три такі вектори: . Який би напрямний вектор ми не вибрали, в результаті завжди вийде одне й те саме рівняння прямої.

Складемо рівняння прямої по точці і напрямному вектору:

Розрулюємо пропорцію:

Ділимо обидві частини на -2 і отримуємо знайоме рівняння:

Бажаючі можуть аналогічним чином протестувати вектори або будь-який інший вектор колінеарний.

Тепер вирішимо зворотне завдання:

Як знайти напрямний вектор за загальним рівнянням прямої?

Дуже просто:

Якщо пряма задана загальним рівнянням прямокутної системі координат, то вектор є напрямним вектором даної прямої.

Приклади знаходження напрямних векторів прямих:

Твердження дозволяє знайти лише один напрямний вектор із незліченної множини, але нам більше і не потрібно. Хоча в ряді випадків координати напрямних векторів доцільно скоротити:

Так, рівняння задає пряму, яка паралельна осі та координати отриманого напрямного вектора зручно розділити на –2, отримуючи в точності базисний вектор як напрямний вектор. Логічно.

Аналогічно, рівняння задає пряму, паралельну осі і, розділивши координати вектора на 5, отримуємо в якості напрямного вектора орт .

Тепер виконаємо перевірку Прикладу 3. Приклад поїхав вгору, тому нагадую, що в ньому ми склали рівняння прямої по точці та напрямному вектору

По перше, за рівнянням прямої відновлюємо її напрямний вектор: - все нормально, отримали вихідний вектор (у ряді випадків може вийти колінеарний вихідний вектор, і це зазвичай нескладно помітити за пропорційністю відповідних координат).

По-другекоординати точки повинні задовольняти рівняння. Підставляємо їх у рівняння:

Отримано правильну рівність, чому ми дуже раді.

Висновок: завдання виконане правильно.

Приклад 4

Скласти рівняння прямої по точці та напрямному вектору

Це приклад самостійного рішення. Рішення та відповідь наприкінці уроку. Вкрай бажано зробити перевірку за розглянутим алгоритмом. Намагайтеся завжди (якщо це можливо) виконувати перевірку на чернетці. Безглуздо допускати помилки там, де їх 100% можна уникнути.

У тому випадку, якщо одна з координат напрямного вектора нульова, надходять дуже просто:

Приклад 5

Рішення: Формула не годиться, тому що знаменник правої частини дорівнює нулю Вихід є! Використовуючи властивості пропорції, перепишемо формулу у вигляді і подальше покотилося по глибокій колії:

Відповідь:

Перевірка:

1) Відновимо напрямний вектор прямий:
– отриманий вектор колінеарен вихідному напрямному вектору.

2) Підставимо координати точки в рівняння:

Отримано правильну рівність

Висновок: завдання виконане правильно

Виникає питання, навіщо маятися з формулою, якщо існує універсальна версія, яка спрацює у будь-якому випадку? Причин дві. По-перше, формула у вигляді дробу набагато краще запам'ятовується. А по-друге, недолік універсальної формули полягає в тому, що помітно підвищується ризик заплутатисяпри підстановці координат.

Приклад 6

Скласти рівняння прямої по точці та напрямному вектору.

Це приклад самостійного рішення.

Повернімося до всюдисущих двох точок:

Як скласти рівняння прямої по двох точках?

Якщо відомі дві точки , то рівняння прямої, що проходить через ці точки, можна скласти за формулою:

Насправді це різновид формули і чому: якщо відомі дві точки , то вектор буде напрямним вектором даної прямої. На уроці Вектори для чайниківми розглядали найпростіше завдання – як знайти координати вектора по двох точках. Згідно з цим завданням, координати напрямного вектора:

Примітка : точки можна «поміняти ролями» та використовувати формулу . Таке рішення буде рівноцінним.

Приклад 7

Скласти рівняння прямої по двох точках .

Рішення: Використовуємо формулу:

Зачісуємо знаменники:

І перетасовуємо колоду:

Саме зараз зручно позбутися дробових чисел. В даному випадку потрібно помножити обидві частини на 6:

Розкриваємо дужки і доводимо рівняння до пуття:

Відповідь:

Перевіркаочевидна – координати вихідних точок повинні задовольняти отримане рівняння:

1) Підставимо координати точки:

Вірна рівність.

2) Підставимо координати точки:

Вірна рівність.

Висновок: рівняння прямої складено правильно.

Якщо хоча б одназ точок не задовольняє рівняння, шукайте помилку.

Варто зазначити, що графічна перевірка в даному випадку є скрутною, оскільки побудувати пряму і подивитися, чи належать їй точки. , не так просто.

Зазначу ще кілька технічних моментів рішення. Можливо, у цій задачі вигідніше скористатися дзеркальною формулою і, за тими ж точками скласти рівняння:

Такі менших дробів. Якщо хочете, можете довести рішення до кінця, в результаті має вийти те саме рівняння.

Другий момент полягає в тому, щоб подивитися на підсумкову відповідь і прикинути, чи не можна її спростити? Наприклад, якщо вийшло рівняння , то тут доцільно скоротити на двійку: – рівняння задаватиме ту саму пряму. Втім, це вже тема розмови про взаємне розташування прямих.

Отримавши відповідь у Прикладі 7, я про всяк випадок, перевірив, чи не діляться ВСІ коефіцієнти рівняння на 2, 3 або 7. Хоча, найчастіше подібні скорочення здійснюються ще в процесі рішення.

Приклад 8

Скласти рівняння прямої, що проходить через точки .

Це приклад для самостійного рішення, який якраз дозволить краще зрозуміти та відпрацювати техніку обчислень.

Аналогічно попередньому параграфу: якщо у формулі один із знаменників (координата напрямного вектора) звертається в нуль, то переписуємо її у вигляді . І знову зауважте, як незграбно і заплутано вона стала виглядати. Не бачу особливого сенсу наводити практичні приклади, оскільки таке завдання ми фактично вже вирішували (див. № 5, 6).

Вектор нормалі прямий (нормальний вектор)

Що таке нормаль? Простими словами, нормаль – це перпендикуляр. Тобто вектор нормалі прямий перпендикулярний даній прямий. Очевидно, що в будь-якій прямій їх нескінченно багато (так само, як і напрямних векторів), причому всі вектори нормалі прямої будуть колінеарними (сонаправлені чи ні – без різниці).

Розбирання з ними буде навіть простіше, ніж з напрямними векторами:

Якщо пряма задана загальним рівнянням прямокутної системі координат, то вектор є вектором нормалі даної прямої.

Якщо координати напрямного вектора доводиться акуратно «витягувати» з рівняння, координати вектора нормалі досить просто «зняти».

Вектор нормалі завжди ортогональний напрямному вектору прямий. Переконаємося у ортогональності даних векторів за допомогою скалярного твору:

Наведу приклади з тими ж рівняннями, що й для напрямного вектора:

Чи можна скласти рівняння прямої, знаючи одну точку та вектор нормалі? Внутрішньою відчувається, можна. Якщо відомий вектор нормалі, то однозначно визначено напрям самої прямої – це «жорстка конструкція» з кутом в 90 градусів.

Як скласти рівняння прямої за точкою та вектором нормалі?

Якщо відома деяка точка , що належить прямої, і вектор нормалі цієї прямої, то рівняння цієї прямої виражається формулою :

Тут все обійшлося без дробів та інших несподіванок. Такий у нас нормальний вектор. Любіть його. І поважайте =)

Приклад 9

Скласти рівняння прямої за точкою та вектором нормалі. Знайти напрямний вектор прямий.

Рішення: Використовуємо формулу:

Загальне рівняння прямої отримано, виконаємо перевірку:

1) «Знімаємо» координати вектора нормалі з рівняння: - Так, дійсно, отриманий вихідний вектор з умови (або повинен вийти колінеарний вихідний вектор).

2) Перевіримо, чи задовольняє точка рівняння :

Вірна рівність.

Після того, як ми переконалися, що рівняння складено правильно, виконаємо другу, легшу частину завдання. Витягуємо напрямний вектор прямий:

Відповідь:

На кресленні ситуація виглядає так:

З метою тренування аналогічне завдання для самостійного вирішення:

Приклад 10

Скласти рівняння прямої по точці та нормальному вектору. Знайти напрямний вектор прямий.

Заключний розділ уроку буде присвячений менш поширеним, але також важливим видам рівнянь прямої на площині

Рівняння прямої у відрізках.
Рівняння прямої у параметричній формі

Рівняння прямої у відрізках має вигляд , де – ненульові константи. Деякі типи рівнянь не можна уявити в такому вигляді, наприклад, пряму пропорційність (оскільки вільний член дорівнює нулю і одиницю в правій частині ніяк не отримати).

Це, образно кажучи, "технічний" тип рівняння. Повсякденне завдання полягає в тому, щоб загальне рівняння прямої подати у вигляді рівняння прямої у відрізках . Чим воно зручне? Рівняння прямої у відрізках дозволяє швидко знайти точки перетину прямої з координатними осями, що дуже важливим у деяких завданнях вищої математики.

Знайдемо точку перетину прямої з віссю. Обнуляємо «гравець», і рівняння набуває вигляду. Потрібна точка виходить автоматично: .

Аналогічно з віссю - Точка, в якій пряма перетинає вісь ординат.