Как найти координаты прямой через ее уравнение

Общее уравнение прямой: описание, примеры, решение задач

Данная статья продолжает тему уравнения прямой на плоскости: рассмотрим такой вид уравнения, как общее уравнение прямой. Зададим теорему и приведем ее доказательство; разберемся, что такое неполное общее уравнение прямой и как осуществлять переходы от общего уравнения к другим типам уравнений прямой. Всю теорию закрепим иллюстрациями и решением практических задач.

Содержание
  1. Общее уравнение прямой: основные сведения
  2. Неполное уравнение общей прямой
  3. Общее уравнение прямой, проходящей через заданную точку плоскости
  4. Переход от общего уравнения прямой к прочим видам уравнений прямой и обратно
  5. Составление общего уравнения прямой
  6. Уравнение прямой
  7. Уравнение прямой на плоскости
  8. Уравнение прямой с угловым коэффициентом
  9. Уравнение прямой в отрезках на осях
  10. Уравнение прямой, проходящей через две различные точки на плоскости
  11. Параметрическое уравнение прямой на плоскости
  12. Каноническое уравнение прямой на плоскости
  13. Уравнение прямой в пространстве
  14. Уравнение прямой, проходящей через две различные точки в пространстве
  15. Параметрическое уравнение прямой в пространстве
  16. Каноническое уравнение прямой в пространстве
  17. Прямая как линия пересечения двух плоскостей
  18. Прямая линия на плоскости и в пространстве с примерами решения
  19. Виды уравнений прямой
  20. Основные задачи о прямой на плоскости
  21. Прямая линия на плоскости и в пространстве. Системы координат на плоскости
  22. Основная теорема о прямой линии на плоскости
  23. Различные виды уравнений прямой на плоскости
  24. Взаимное расположение двух прямых на плоскости
  25. Прямая линия в пространстве
  26. Взаимное расположение двух прямых в пространстве
  27. Вычисление уравнения прямой
  28. 🔥 Видео

Видео:Составляем уравнение прямой по точкамСкачать

Составляем уравнение прямой по точкам

Общее уравнение прямой: основные сведения

Пусть на плоскости задана прямоугольная система координат O x y .

Любое уравнение первой степени, имеющее вид A x + B y + C = 0 , где А , В , С – некоторые действительные числа ( А и В не равны одновременно нулю) определяет прямую линию в прямоугольной системе координат на плоскости. В свою очередь, любая прямая в прямоугольной системе координат на плоскости определяется уравнением, имеющим вид A x + B y + C = 0 при некотором наборе значений А , В , С .

указанная теорема состоит из двух пунктов, докажем каждый из них.

  1. Докажем, что уравнение A x + B y + C = 0 определяет на плоскости прямую.

Пусть существует некоторая точка М 0 ( x 0 , y 0 ) , координаты которой отвечают уравнению A x + B y + C = 0 . Таким образом: A x 0 + B y 0 + C = 0 . Вычтем из левой и правой частей уравнений A x + B y + C = 0 левую и правую части уравнения A x 0 + B y 0 + C = 0 , получим новое уравнение, имеющее вид A ( x — x 0 ) + B ( y — y 0 ) = 0 . Оно эквивалентно A x + B y + C = 0 .

Полученное уравнение A ( x — x 0 ) + B ( y — y 0 ) = 0 является необходимым и достаточным условием перпендикулярности векторов n → = ( A , B ) и M 0 M → = ( x — x 0 , y — y 0 ) . Таким образом, множество точек M ( x , y ) задает в прямоугольной системе координат прямую линию, перпендикулярную направлению вектора n → = ( A , B ) . Можем предположить, что это не так, но тогда бы векторы n → = ( A , B ) и M 0 M → = ( x — x 0 , y — y 0 ) не являлись бы перпендикулярными, и равенство A ( x — x 0 ) + B ( y — y 0 ) = 0 не было бы верным.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Следовательно, уравнение A ( x — x 0 ) + B ( y — y 0 ) = 0 определяет некоторую прямую в прямоугольной системе координат на плоскости, а значит и эквивалентное ему уравнение A x + B y + C = 0 определяет ту же прямую. Так мы доказали первую часть теоремы.

  1. Приведем доказательство, что любую прямую в прямоугольной системе координат на плоскости можно задать уравнением первой степени A x + B y + C = 0 .

Зададим в прямоугольной системе координат на плоскости прямую a ; точку M 0 ( x 0 , y 0 ) , через которую проходит эта прямая, а также нормальный вектор этой прямой n → = ( A , B ) .

Пусть также существует некоторая точка M ( x , y ) – плавающая точка прямой. В таком случае, векторы n → = ( A , B ) и M 0 M → = ( x — x 0 , y — y 0 ) являются перпендикулярными друг другу, и их скалярное произведение есть нуль:

n → , M 0 M → = A ( x — x 0 ) + B ( y — y 0 ) = 0

Перепишем уравнение A x + B y — A x 0 — B y 0 = 0 , определим C : C = — A x 0 — B y 0 и в конечном результате получим уравнение A x + B y + C = 0 .

Так, мы доказали и вторую часть теоремы, и доказали всю теорему в целом.

Уравнение, имеющее вид A x + B y + C = 0 – это общее уравнение прямой на плоскости в прямоугольной системе координат O x y .

Опираясь на доказанную теорему, мы можем сделать вывод, что заданные на плоскости в фиксированной прямоугольной системе координат прямая линия и ее общее уравнение неразрывно связаны. Иначе говоря, исходной прямой соответствует ее общее уравнение; общему уравнению прямой соответствует заданная прямая.

Из доказательства теоремы также следует, что коэффициенты А и В при переменных x и y являются координатами нормального вектора прямой, которая задана общим уравнением прямой A x + B y + C = 0 .

Рассмотрим конкретный пример общего уравнения прямой.

Пусть задано уравнение 2 x + 3 y — 2 = 0 , которому соответствует прямая линия в заданной прямоугольной системе координат. Нормальный вектор этой прямой – это вектор n → = ( 2 , 3 ) . Изобразим заданную прямую линию на чертеже.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Также можно утверждать и следующее: прямая, которую мы видим на чертеже, определяется общим уравнением 2 x + 3 y — 2 = 0 , поскольку координаты всех точек заданной прямой отвечают этому уравнению.

Мы можем получить уравнение λ · A x + λ · B y + λ · C = 0 , умножив обе части общего уравнения прямой на число λ , не равное нулю. Полученное уравнение является эквивалентом исходного общего уравнения, следовательно, будет описывать ту же прямую на плоскости.

Видео:Как составить уравнение прямой, проходящей через две точки на плоскости | МатематикаСкачать

Как составить уравнение прямой, проходящей через две точки на плоскости | Математика

Неполное уравнение общей прямой

Полное общее уравнение прямой – такое общее уравнение прямой A x + B y + C = 0 , в котором числа А , В , С отличны от нуля. В ином случае уравнение является неполным.

Разберем все вариации неполного общего уравнения прямой.

  1. Когда А = 0 , В ≠ 0 , С ≠ 0 , общее уравнение принимает вид B y + C = 0 . Такое неполное общее уравнение задает в прямоугольной системе координат O x y прямую, которая параллельна оси O x , поскольку при любом действительном значении x переменная y примет значение — C B . Иначе говоря, общее уравнение прямой A x + B y + C = 0 , когда А = 0 , В ≠ 0 , задает геометрическое место точек ( x , y ) , координаты которых равны одному и тому же числу — C B .
  2. Если А = 0 , В ≠ 0 , С = 0 , общее уравнение принимает вид y = 0 . Такое неполное уравнение определяет ось абсцисс O x .
  3. Когда А ≠ 0 , В = 0 , С ≠ 0 , получаем неполное общее уравнение A x + С = 0 , задающее прямую, параллельную оси ординат.
  4. Пусть А ≠ 0 , В = 0 , С = 0 , тогда неполное общее уравнение примет вид x = 0 , и это есть уравнение координатной прямой O y .
  5. Наконец, при А ≠ 0 , В ≠ 0 , С = 0 , неполное общее уравнение принимает вид A x + B y = 0 . И это уравнение описывает прямую, которая проходит через начало координат. В самом деле, пара чисел ( 0 , 0 ) отвечает равенству A x + B y = 0 , поскольку А · 0 + В · 0 = 0 .

Графически проиллюстрируем все вышеуказанные виды неполного общего уравнения прямой.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Известно, что заданная прямая параллельна оси ординат и проходит через точку 2 7 , — 11 . Необходимо записать общее уравнение заданной прямой.

Решение

Прямая, параллельная оси ординат, задается уравнением вида A x + C = 0 , в котором А ≠ 0 . Также условием заданы координаты точки, через которую проходит прямая, и координаты этой точки отвечают условиям неполного общего уравнения A x + C = 0 , т.е. верно равенство:

Из него возможно определить C , если придать A какое-то ненулевое значение, к примеру, A = 7 . В таком случае получим: 7 · 2 7 + C = 0 ⇔ C = — 2 . Нам известны оба коэффициента A и C , подставим их в уравнение A x + C = 0 и получим требуемое уравнение прямой: 7 x — 2 = 0

Ответ: 7 x — 2 = 0

На чертеже изображена прямая, необходимо записать ее уравнение.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Решение

Приведенный чертеж позволяет нам легко взять исходные данные для решения задачи. Мы видим на чертеже, что заданная прямая параллельна оси O x и проходит через точку ( 0 , 3 ) .

Прямую, которая параллельна очи абсцисс, определяет неполное общее уравнение B y + С = 0 . Найдем значения B и C . Координаты точки ( 0 , 3 ) , поскольку через нее проходит заданная прямая, будут удовлетворять уравнению прямой B y + С = 0 , тогда справедливым является равенство: В · 3 + С = 0 . Зададим для В какое-то значение, отличное от нуля. Допустим, В = 1 , в таком случае из равенства В · 3 + С = 0 можем найти С : С = — 3 . Используем известные значения В и С , получаем требуемое уравнение прямой: y — 3 = 0 .

Ответ: y — 3 = 0 .

Видео:Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 2. Каноническое, общее и в отрезках.Скачать

Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 2. Каноническое, общее и в отрезках.

Общее уравнение прямой, проходящей через заданную точку плоскости

Пусть заданная прямая проходит через точку М 0 ( x 0 , y 0 ) , тогда ее координаты отвечают общему уравнению прямой, т.е. верно равенство: A x 0 + B y 0 + C = 0 . Отнимем левую и правую части этого уравнения от левой и правой части общего полного уравнения прямой. Получим: A ( x — x 0 ) + B ( y — y 0 ) + C = 0 , это уравнение эквивалентно исходному общему, проходит через точку М 0 ( x 0 , y 0 ) и имеет нормальный вектор n → = ( A , B ) .

Результат, который мы получили, дает возможность записывать общее уравнение прямой при известных координатах нормального вектора прямой и координатах некой точки этой прямой.

Даны точка М 0 ( — 3 , 4 ) , через которую проходит прямая, и нормальный вектор этой прямой n → = ( 1 , — 2 ) . Необходимо записать уравнение заданной прямой.

Решение

Исходные условия позволяют нам получить необходимые данные для составления уравнения: А = 1 , В = — 2 , x 0 = — 3 , y 0 = 4 . Тогда:

A ( x — x 0 ) + B ( y — y 0 ) = 0 ⇔ 1 · ( x — ( — 3 ) ) — 2 · y ( y — 4 ) = 0 ⇔ ⇔ x — 2 y + 22 = 0

Задачу можно было решить иначе. Общее уравнение прямой имеет вид A x + B y + C = 0 . Заданный нормальный вектор позволяет получить значения коэффициентов A и B , тогда:

A x + B y + C = 0 ⇔ 1 · x — 2 · y + C = 0 ⇔ x — 2 · y + C = 0

Теперь найдем значение С, используя заданную условием задачи точку М 0 ( — 3 , 4 ) , через которую проходит прямая. Координаты этой точки отвечают уравнению x — 2 · y + C = 0 , т.е. — 3 — 2 · 4 + С = 0 . Отсюда С = 11 . Требуемое уравнение прямой принимает вид: x — 2 · y + 11 = 0 .

Ответ: x — 2 · y + 11 = 0 .

Задана прямая 2 3 x — y — 1 2 = 0 и точка М 0 , лежащая на этой прямой. Известна лишь абсцисса этой точки, и она равна — 3 . Необходимо определить ординату заданной точки.

Решение

Зададим обозначение координат точки М 0 как x 0 и y 0 . В исходных данных указано, что x 0 = — 3 . Поскольку точка принадлежит заданной прямой, значит ее координаты отвечают общему уравнению этой прямой. Тогда верным будет равенство:

2 3 x 0 — y 0 — 1 2 = 0

Определяем y 0 : 2 3 · ( — 3 ) — y 0 — 1 2 = 0 ⇔ — 5 2 — y 0 = 0 ⇔ y 0 = — 5 2

Ответ: — 5 2

Видео:9 класс, 7 урок, Уравнение прямойСкачать

9 класс, 7 урок, Уравнение прямой

Переход от общего уравнения прямой к прочим видам уравнений прямой и обратно

Как мы знаем, существует несколько видов уравнения одной и той же прямой на плоскости. Выбор вида уравнения зависит от условий задачи; возможно выбирать тот, который более удобен для ее решения. Здесь очень пригодится навык преобразования уравнения одного вида в уравнение другого вида.

Для начала рассмотрим переход от общего уравнения вида A x + B y + C = 0 к каноническому уравнению x — x 1 a x = y — y 1 a y .

Если А ≠ 0 , тогда переносим слагаемое B y в правую часть общего уравнения. В левой части выносим A за скобки. В итоге получаем: A x + C A = — B y .

Это равенство возможно записать как пропорцию: x + C A — B = y A .

В случае, если В ≠ 0 , оставляем в левой части общегь уравнения только слагаемое A x , прочие переносим в правую часть, получаем: A x = — B y — C . Выносим – В за скобки, тогда: A x = — B y + C B .

Перепишем равенство в виде пропорции: x — B = y + C B A .

Конечно, заучивать полученные формулы нет необходимости. Достаточно знать алгоритм действий при переходе от общего уравнения к каноническому.

Задано общее уравнение прямой 3 y — 4 = 0 . Необходимо преобразовать его в каноническое уравнение.

Решение

Запишем исходное уравнение как 3 y — 4 = 0 . Далее действуем по алгоритму: в левой части остаётся слагаемое 0 x ; а в правой части выносим — 3 за скобки; получаем: 0 x = — 3 y — 4 3 .

Запишем полученное равенство как пропорцию: x — 3 = y — 4 3 0 . Так, мы получили уравнение канонического вида.

Ответ: x — 3 = y — 4 3 0 .

Чтобы преобразовать общее уравнение прямой в параметрические, сначала осуществляют переход к каноническому виду, а затем переход от канонического уравнения прямой к параметрическим уравнениям.

Прямая задана уравнением 2 x — 5 y — 1 = 0 . Запишите параметрические уравнения этой прямой.

Решение

Осуществим переход от общего уравнения к каноническому:

2 x — 5 y — 1 = 0 ⇔ 2 x = 5 y + 1 ⇔ 2 x = 5 y + 1 5 ⇔ x 5 = y + 1 5 2

Теперь примем обе части полученного канонического уравнения равными λ , тогда:

x 5 = λ y + 1 5 2 = λ ⇔ x = 5 · λ y = — 1 5 + 2 · λ , λ ∈ R

Ответ: x = 5 · λ y = — 1 5 + 2 · λ , λ ∈ R

Общее уравнение можно преобразовать в уравнение прямой с угловым коэффициентом y = k · x + b , но только тогда, когда В ≠ 0 . Для перехода в левой части оставляем слагаемое B y , остальные переносятся в правую. Получим: B y = — A x — C . Разделим обе части полученного равенство на B , отличное от нуля: y = — A B x — C B .

Задано общее уравнение прямой: 2 x + 7 y = 0 . Необходимо преобразовать то уравнение в уравнение с угловым коэффициентом.

Решение

Произведем нужные действия по алгоритму:

2 x + 7 y = 0 ⇔ 7 y — 2 x ⇔ y = — 2 7 x

Ответ: y = — 2 7 x .

Из общего уравнения прямой достаточно просто получить уравнение в отрезках вида x a + y b = 1 . Чтобы осуществить такой переход, перенесем число C в правую часть равенства, разделим обе части полученного равенства на – С и, наконец, перенесем в знаменатели коэффициенты при переменных x и y :

A x + B y + C = 0 ⇔ A x + B y = — C ⇔ ⇔ A — C x + B — C y = 1 ⇔ x — C A + y — C B = 1

Необходимо преобразовать общее уравнение прямой x — 7 y + 1 2 = 0 в уравнение прямой в отрезках.

Решение

Перенесем 1 2 в правую часть: x — 7 y + 1 2 = 0 ⇔ x — 7 y = — 1 2 .

Разделим на -1/2 обе части равенства: x — 7 y = — 1 2 ⇔ 1 — 1 2 x — 7 — 1 2 y = 1 .

Преобразуем далее в необходимый вид: 1 — 1 2 x — 7 — 1 2 y = 1 ⇔ x — 1 2 + y 1 14 = 1 .

Ответ: x — 1 2 + y 1 14 = 1 .

В общем, несложно производится и обратный переход: от прочих видов уравнения к общему.

Уравнение прямой в отрезках и уравнение с угловым коэффициентом легко преобразовать в общее, просто собрав все слагаемые в левой части равенства:

x a + y b ⇔ 1 a x + 1 b y — 1 = 0 ⇔ A x + B y + C = 0 y = k x + b ⇔ y — k x — b = 0 ⇔ A x + B y + C = 0

Каноническое уравнение преобразуется к общему по следующей схеме:

x — x 1 a x = y — y 1 a y ⇔ a y · ( x — x 1 ) = a x ( y — y 1 ) ⇔ ⇔ a y x — a x y — a y x 1 + a x y 1 = 0 ⇔ A x + B y + C = 0

Для перехода от параметрических сначала осуществляется переход к каноническому, а затем – к общему:

x = x 1 + a x · λ y = y 1 + a y · λ ⇔ x — x 1 a x = y — y 1 a y ⇔ A x + B y + C = 0

Заданы параметрические уравнения прямой x = — 1 + 2 · λ y = 4 . Необходимо записать общее уравнение этой прямой.

Решение

Осуществим переход от параметрических уравнений к каноническому:

x = — 1 + 2 · λ y = 4 ⇔ x = — 1 + 2 · λ y = 4 + 0 · λ ⇔ λ = x + 1 2 λ = y — 4 0 ⇔ x + 1 2 = y — 4 0

Перейдем от канонического к общему:

x + 1 2 = y — 4 0 ⇔ 0 · ( x + 1 ) = 2 ( y — 4 ) ⇔ y — 4 = 0

Ответ: y — 4 = 0

Задано уравнение прямой в отрезках x 3 + y 1 2 = 1 . Необходимо осуществить переход к общему виду уравнения.

Решение:

Просто перепишем уравнение в необходимом виде:

x 3 + y 1 2 = 1 ⇔ 1 3 x + 2 y — 1 = 0

Ответ: 1 3 x + 2 y — 1 = 0 .

Видео:Уравнения стороны треугольника и медианыСкачать

Уравнения стороны треугольника и медианы

Составление общего уравнения прямой

Выше мы говорили о том, что общее уравнение возможно записать при известных координатах нормального вектора и координатах точки, через которую проходит прямая. Такая прямая определяется уравнением A ( x — x 0 ) + B ( y — y 0 ) = 0 . Там же мы разобрали соответствующий пример.

Сейчас рассмотрим более сложные примеры, в которых для начала необходимо определить координаты нормального вектора.

Задана прямая, параллельная прямой 2 x — 3 y + 3 3 = 0 . Также известна точка M 0 ( 4 , 1 ) , через которую проходит заданная прямая. Необходимо записать уравнение заданной прямой.

Решение

Исходные условия говорят нам о том, что прямые параллельны, тогда, как нормальный вектор прямой, уравнение которой требуется записать, возьмем направляющий вектор прямой n → = ( 2 , — 3 ) : 2 x — 3 y + 3 3 = 0 . Теперь нам известны все необходимые данные, чтобы составить общее уравнение прямой:

A ( x — x 0 ) + B ( y — y 0 ) = 0 ⇔ 2 ( x — 4 ) — 3 ( y — 1 ) = 0 ⇔ 2 x — 3 y — 5 = 0

Ответ: 2 x — 3 y — 5 = 0 .

Заданная прямая проходит через начало координат перпендикулярно прямой x — 2 3 = y + 4 5 . Необходимо составить общее уравнение заданной прямой.

Решение

Нормальный вектором заданной прямой будет направляющий вектор прямой x — 2 3 = y + 4 5 .

Тогда n → = ( 3 , 5 ) . Прямая проходит через начало координат, т.е. через точку О ( 0 , 0 ) . Составим общее уравнение заданной прямой:

A ( x — x 0 ) + B ( y — y 0 ) = 0 ⇔ 3 ( x — 0 ) + 5 ( y — 0 ) = 0 ⇔ 3 x + 5 y = 0

Видео:Аналитическая геометрия, 6 урок, Уравнение прямойСкачать

Аналитическая геометрия, 6 урок, Уравнение прямой

Уравнение прямой

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Видео:Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 1. Уравнение с угловым коэффициентом.Скачать

Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 1. Уравнение с угловым коэффициентом.

Уравнение прямой на плоскости

Любую прямую на плоскости можно задать уравнением прямой первой степени вида

где A и B не могут быть одновременно равны нулю.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Уравнение прямой с угловым коэффициентом

Общее уравнение прямой при B≠0 можно привести к виду

где k — угловой коэффициент равный тангенсу угла, образованного данной прямой и положительным направлением оси ОХ.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Уравнение прямой в отрезках на осях

Если прямая пересекает оси OX и OY в точках с координатами ( a , 0) и (0, b ), то она может быть найдена используя формулу уравнения прямой в отрезках

x+y= 1
ab

Уравнение прямой, проходящей через две различные точки на плоскости

Если прямая проходит через две точки M( x 1, y 1) и N( x 2, y 2), такие что x 1 ≠ x 2 и y 1 ≠ y 2, то уравнение прямой можно найти, используя следующую формулу

x — x 1=y — y 1
x 2 — x 1y 2 — y 1

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Параметрическое уравнение прямой на плоскости

Параметрические уравнения прямой могут быть записаны следующим образом

x = l t + x 0 y = m t + y 0

где N( x 0, y 0) — координаты точки лежащей на прямой, a = — координаты направляющего вектора прямой.

Каноническое уравнение прямой на плоскости

Если известны координаты точки N( x 0, y 0) лежащей на прямой и направляющего вектора a = ( l и m не равны нулю), то уравнение прямой можно записать в каноническом виде, используя следующую формулу

x — x 0=y — y 0
lm

Решение. Воспользуемся формулой для уравнения прямой проходящей через две точки

x — 1 2 — 1 = y — 7 3 — 7

Упростив это уравнение получим каноническое уравнение прямой

Выразим y через x и получим уравнение прямой с угловым коэффициентом

Найдем параметрическое уравнение прямой. В качестве направляющего вектора можно взять вектор MN .

Взяв в качестве координат точки лежащей на прямой, координаты точки М, запишем параметрическое уравнение прямой

x = t + 1 y = -4 t + 7

Решение. Так как M y — N y = 0, то невозможно записать уравнение прямой проходящей через две точки.

Найдем параметрическое уравнение прямой. В качестве направляющего вектора можно взять вектор MN .

Взяв в качестве координат точки лежащей на прямой, координаты точки М, запишем параметрическое уравнение прямой

Видео:Уравнение прямой на плоскостиСкачать

Уравнение прямой на плоскости

Уравнение прямой в пространстве

Уравнение прямой, проходящей через две различные точки в пространстве

Если прямая проходит через две точки M( x 1, y 1, z 1) и N( x 2, y 2, z 2), такие что x 1 ≠ x 2, y 1 ≠ y 2 и z 1 ≠ z 2, то уравнение прямой можно найти используя следующую формулу

x — x 1=y — y 1=z — z 1
x 2 — x 1y 2 — y 1z 2 — z 1

Параметрическое уравнение прямой в пространстве

Параметрические уравнения прямой могут быть записаны следующим образом

Как найти координаты прямой через ее уравнениеx = l t + x 0
y = m t + y 0
z = n t + z 0

где ( x 0, y 0, z 0) — координаты точки лежащей на прямой, — координаты направляющего вектора прямой.

Каноническое уравнение прямой в пространстве

Если известны координаты точки M( x 0, y 0, z 0) лежащей на прямой и направляющего вектора n = , то уравнение прямой можно записать в каноническом виде, используя следующую формулу

x — x 0=y — y 0=z — z 0
lmn

Прямая как линия пересечения двух плоскостей

Если прямая является пересечением двух плоскостей, то ее уравнение можно задать следующей системой уравнений

Видео:Уравнение прямой, проходящей через начало координатСкачать

Уравнение прямой, проходящей через начало координат

Прямая линия на плоскости и в пространстве с примерами решения

Содержание:

Общее уравнение прямой:

Пусть на плоскости дана декартова система координат. Движение точки с произвольными координатами х и у по этой плоскости порождает линию.

Определение: Любое соотношение Как найти координаты прямой через ее уравнение

Определение: Порядок линии определяется по высшему показателю степени переменных х и у или по сумме показателей степени в произведении этих величин.

Пример:

а) 2х + Зу-5 = 0 — линия первого порядка; точка A(l; 1) удовлетворяет этому соотношению, а точка, например, В(1; 0) — ему не удовлетворяет;

б) Как найти координаты прямой через ее уравнение

в) Как найти координаты прямой через ее уравнение— линии второго порядка.

Рассмотрим другое определение линии:

Определение: Геометрическое место точек, координаты которых удовлетворяют уравнению F(x; у)=0, называется линией, а само уравнение F(x; у) = 0 — уравнением линии.

Определение: Общим уравнением прямой называется уравнение первого порядка вида Как найти координаты прямой через ее уравнение

Рассмотрим частные случаи этого уравнения:

а) С = 0; Как найти координаты прямой через ее уравнение— прямая проходит начало системы координат (Рис. 20):

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Рис. 20. Прямая, проходящая через начало координат.

б) 5 = 0; Ах+С=0 — прямая проходит параллельно оси ординат Оу (Рис. 21):

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Рис. 21. Прямая, проходящая параллельно оси ординат Оу.

в) А = 0; Ву+С=0 — прямая проходит параллельно оси абсцисс Ох (Рис. 22):

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Рис. 22. Прямая, проходящая параллельно оси абсцисс Ох.

Видео:11. Прямая в пространстве и ее уравненияСкачать

11. Прямая в пространстве и ее уравнения

Виды уравнений прямой

1. Уравнение прямой с угловым коэффициентом. Пусть дано общее уравнение прямой Как найти координаты прямой через ее уравнениев котором коэффициент Как найти координаты прямой через ее уравнениеРазрешим общее уравнение прямой относительно переменной Как найти координаты прямой через ее уравнениеОбозначим через Как найти координаты прямой через ее уравнениетогда уравнение примет вид Как найти координаты прямой через ее уравнениекоторое называется уравнением прямой с угловым коэффициентом. Выясним геометрический смысл параметров Как найти координаты прямой через ее уравнениеПри х = 0, у = b, т.е. параметр b показывает, какой величины отрезок отсекает прямая на оси ординат, считая от начала отсчета. При Как найти координаты прямой через ее уравнениет.е. прямая отсекает на оси абсцисс отрезок к Как найти координаты прямой через ее уравнение(Рис. 23, для определенности принято, что Как найти координаты прямой через ее уравнение):

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Рис. 23. Отрезки, отсекаемые прямой на координатных осях.

Из рисунка видно, что Как найти координаты прямой через ее уравнениет.е. угловой коэффициент k определяет тангенс угла наклона прямой к положительному направлению оси абсцисс Ох.

2. Уравнение прямой в отрезках.

Пусть в общем уравнении прямой параметр Как найти координаты прямой через ее уравнениеВыполним следующие преобразования Как найти координаты прямой через ее уравнение

Обозначим через Как найти координаты прямой через ее уравнениетогда последнее равенство перепишется в виде Как найти координаты прямой через ее уравнение. которое называется уравнением прямой в отрезках. Выясним геометрический смысл величин m и n (Рис. 24). При х=0, у=n, т.е. параметр n показывает, какой величины отрезок отсекает прямая на оси ординат, считая от начала отсчета.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Рис. 24. Отрезки, отсекаемые прямой на координатных осях.

При у=о, х=m, т.е. прямая отсекает на оси абсцисс отрезок m. Следовательно, прямая проходит через 2 точки: Как найти координаты прямой через ее уравнение

3. Уравнение прямой, проходящей через две заданные точки. Пусть дано общее уравнение прямой Ах + Ву + С = 0, которая проходит через две известные точки Как найти координаты прямой через ее уравнениеТак как точки Как найти координаты прямой через ее уравнениележат на прямой, то их координаты удовлетворяют общему уравнению прямой, т.е. выполняются равенства Как найти координаты прямой через ее уравнениеВычтем первое из этих равенств из общего уравнения прямой и из второго равенства:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Пусть Как найти координаты прямой через ее уравнениетогда полученные равенства можно преобразовать к виду Как найти координаты прямой через ее уравнениеОтсюда находим, что Как найти координаты прямой через ее уравнениеили Как найти координаты прямой через ее уравнениеПолученное уравнение называется уравнением прямой, проходящей через две заданные точки Как найти координаты прямой через ее уравнениеи Как найти координаты прямой через ее уравнение

4. Уравнение прямой, проходящей через заданную точку Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельно заданному вектору Как найти координаты прямой через ее уравнение(каноническое уравнение прямой). Пусть прямая проходит через заданную точку Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельно вектору Как найти координаты прямой через ее уравнение

Определение: Вектор Как найти координаты прямой через ее уравнениеназывается направляющим вектором прямой. Возьмем на прямой произвольную точку Как найти координаты прямой через ее уравнениеи создадим вектор Как найти координаты прямой через ее уравнение Как найти координаты прямой через ее уравнение(Рис. 25):

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Рис. 25. Прямая, проходящая через данную точку параллельно направляющему вектору.

В силу того, что вектора Как найти координаты прямой через ее уравнениеколлинеарны, то воспользуемся первым условием коллинеарности: отношения соответствующих проекций равны между собой Как найти координаты прямой через ее уравнение

Определение: Полученное уравнение называется либо уравнением, проходящим через заданную точку параллельно направляющему вектору, либо каноническим уравнением прямой.

5. Параметрическое уравнение прямой. Если каждую дробь в каноническом уравнении прямой приравнять некоторому параметру t, то получим параметрическое уравнение прямой Как найти координаты прямой через ее уравнение

Основные задачи о прямой на плоскости

1. Координаты точки пересечения двух прямых. Пусть две прямые заданы общими уравнениями Как найти координаты прямой через ее уравнениеТребуется найти координаты точки пересечения этих прямых. Для того чтобы вычислить координаты точки пересечения М(х; у), необходимо решить вышеприведенную систему линейных алгебраических уравнений, так как координаты точки М(х; у) должны одновременно удовлетворять уравнениям прямых Как найти координаты прямой через ее уравнение

2. Угол между двумя пересекающимися прямыми. Пусть даны две пересекающиеся прямые, заданные уравнениями с угловыми коэффициентами

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Требуется найти угол между этими прямыми (Рис. 26):

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Рис. 26. Угол между двумя прямыми.

Из рисунка видно, что Как найти координаты прямой через ее уравнениеВычислимКак найти координаты прямой через ее уравнение

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Наименьший угол между пересекающимися прямыми определим формулой Как найти координаты прямой через ее уравнениеИз полученной формулы видно:

  • а) если прямые Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельны или совпадаютКак найти координаты прямой через ее уравнението Как найти координаты прямой через ее уравнениеОтсюда следует условие параллельности прямых: угловые коэффициенты прямых равны между собой Как найти координаты прямой через ее уравнение
  • б) если прямые Как найти координаты прямой через ее уравнениеперпендикулярныКак найти координаты прямой через ее уравнението Как найти координаты прямой через ее уравнениене существует.

Отсюда следует условие перпендикулярности прямых: угловые коэффициенты прямых связаны между собой соотношением Как найти координаты прямой через ее уравнение

Пример:

Определить угол между прямыми Как найти координаты прямой через ее уравнение

Решение:

В силу того, что Как найти координаты прямой через ее уравнениечто прямые параллельны, следовательно, Как найти координаты прямой через ее уравнение

Пример:

Выяснить взаимное расположение прямых Как найти координаты прямой через ее уравнение

Решение:

Так как угловые коэффициенты Как найти координаты прямой через ее уравнениеи связаны между собой соотношением Как найти координаты прямой через ее уравнението прямые взаимно перпендикулярны.

3. Расстояние от точки до прямой. Расстояние от точки до прямой определятся вдоль перпендикуляра, опущенного из точки Как найти координаты прямой через ее уравнениена прямую Как найти координаты прямой через ее уравнениеЕсли прямая Как найти координаты прямой через ее уравнениезадана общим уравнением, то расстояние от точки до прямой определяется формулой: Как найти координаты прямой через ее уравнение

Если прямая Как найти координаты прямой через ее уравнениезадана уравнением прямой с угловым коэффициентом, то расстояние от точки до прямой определяется формулой: Как найти координаты прямой через ее уравнение

Видео:Уравнение прямой и треугольник. Задача про высотуСкачать

Уравнение прямой и треугольник. Задача про высоту

Прямая линия на плоскости и в пространстве. Системы координат на плоскости

Рассмотрим произвольную прямую. Выберем на этой прямой начальную точку, обозначаемую буквой О, определим положительное направление, выберем некоторый отрезок в качестве линейной единицы, благодаря чему прямая станет осью. После этого условимся называть координатой любой точки М на этой оси величину отрезка Как найти координаты прямой через ее уравнение. Точку О будем называть началом координат; ее собственная координата равна нулю. Так вводятся координаты на прямой.

Декартова прямоугольная система координат определяется заданием линейной единицы для измерения длин и двух взаимно перпендикулярных осей, занумерованных в каком-нибудь порядке, т.е. указано, какая из них считается первой, а какая — второй. Точка пересечения осей называется началом координат и обозначается через О, а сами оси — координатными осями, причем первую из них называют также осью абсцисс и обозначают через Ох, а вторую — осью ординат, обозначаемую Оу.

Пусть М- произвольная точка плоскости. Спроектируем точку M на координатные оси, т.е., проведем через М перпендикуляры к осям Ох и Оу; основания этих перпендикуляров обозначим соответственно Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Координатами точки М в заданной системе называются числа Как найти координаты прямой через ее уравнение, обозначающие величину отрезка Как найти координаты прямой через ее уравнениеоси абсцисс и величину отрезка Как найти координаты прямой через ее уравнениеоси ординат, где х — первая координата, а у- вторая координата точки М (рис.7.1). Символически это записывается в виде М(х, у). Как найти координаты прямой через ее уравнение

Если задана декартова прямоугольная система координат, то каждая точка М плоскости в этой системе имеет одну вполне определенную пару координат х, у — М(х, у). И обратно, для любых х и у на плоскости найдется одна вполне определенная точка с абсциссой х и ординатой у.

На рис. 7.2 положение точки Р полностью определяется ее координатами (2;3). Как найти координаты прямой через ее уравнение

Две координатные оси разделяют всю плоскость на четыре части, называемыми координатными плоскостями, определяемыми соответственно:

  • первая координатная четверть: х>0, у>0;
  • вторая координатная четверть: хКак найти координаты прямой через ее уравнение0, у>0;
  • третья координатная четверть: хКак найти координаты прямой через ее уравнение0, уКак найти координаты прямой через ее уравнение0;
  • четвертая координатная четверть: х>0, уКак найти координаты прямой через ее уравнение0.

Декартова прямоугольная система координат является наиболее употребительной. Однако, в отдельных случаях могут оказаться более удобными или косоугольная декартова или полярная системы координат.

Косоугольная система координат от прямоугольной декартовой системы координат отличается только произвольным углом между осями координат.

Полярная система координат определяется заданием некоторой точки О, называемой полюсом, исходящего из этой точки луча OA, называемого полярной осью, масштаба для измерения длин и направления- вращения в плоскости, считаемого положительным (рис. 7.3). Как найти координаты прямой через ее уравнение

Каждая точка М в полярной системе координат задается парой координат Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Декартова прямоугольная система координат связана с полярной системой формулами: Как найти координаты прямой через ее уравнение

Основным инструментом аналитической геометрии служит формула для вычисления расстояния между двумя точкамиКак найти координаты прямой через ее уравнениеи Как найти координаты прямой через ее уравнение. Числа Как найти координаты прямой через ее уравнениемогут быть любыми действительными числами, положительными, отрицательными или 0. На рис. 7.4 все числа выбраны положительными. Проведем через точку Как найти координаты прямой через ее уравнениегоризонтальную прямую, а через точку Как найти координаты прямой через ее уравнение— вертикальную. Пусть R -точка их пересечения. Тогда по теореме Пифагора

Как найти координаты прямой через ее уравнениеили Как найти координаты прямой через ее уравнение(7.1.1)

Это и есть формула для вычисления расстояния между двумя точками. Как найти координаты прямой через ее уравнение

Важно иметь в виду, что эта формула остается в силе независимо от того, как расположены точки Как найти координаты прямой через ее уравнение. Например, если точка Как найти координаты прямой через ее уравнениерасположена ниже точки Как найти координаты прямой через ее уравнениеи справа от нес, как на рис. 7.5, то отрезок Как найти координаты прямой через ее уравнениеможно считать равныму Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Расстояние между точками, вычисляемое по формуле (7.1.1), от этого не изменится, так как Как найти координаты прямой через ее уравнение. Заметим, что, так как величина Как найти координаты прямой через ее уравнениев этом случае отрицательна, то разность Как найти координаты прямой через ее уравнениебольше, чемКак найти координаты прямой через ее уравнение

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Если обозначить через Как найти координаты прямой через ее уравнениеугол, образованный положительным направлением оси абсцисс и отрезком Как найти координаты прямой через ее уравнение, то формулы

Как найти координаты прямой через ее уравнение

выражают проекции произвольного отрезка на координатные оси через его длину и полярный угол. Из формул (7.1.2) получаем формулы:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

позволяющие определить полярный угол отрезка по координатам его конца и начала. Кроме того, если u — произвольная ось, а Как найти координаты прямой через ее уравнение— угол наклона отрезка Как найти координаты прямой через ее уравнениек этой оси, то проекция отрезка на ось равна его длине, умноженной на косинус угла наклона к этой оси:

Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Пусть на плоскости даны две произвольные точки, из которых одна считается первой, другая — второй. Обозначим их в заданном порядке через Как найти координаты прямой через ее уравнение. Проведем через данные точки ось u. Пусть М- еще одна точка оси и, расположенная на ней как угодно, но не совпадает с точкой Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Определение 7.1.1. Число Как найти координаты прямой через ее уравнениеопределяемое равенством Как найти координаты прямой через ее уравнениегде Как найти координаты прямой через ее уравнение— величины направленных отрезков Как найти координаты прямой через ее уравнениеоси u, называется отношением, в котором точка М делит направленный отрезок Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Число Как найти координаты прямой через ее уравнениене зависит от направления оси и от масштаба, т.к. при изменении этих параметров будут одновременно меняться величины Как найти координаты прямой через ее уравнение. Кроме того, Как найти координаты прямой через ее уравнениебудет положительно, если Мнаходится между точками Как найти координаты прямой через ее уравнениеесли же М вне отрезка Как найти координаты прямой через ее уравнение, то Как найти координаты прямой через ее уравнение-отрицательное.

Задача о делении отрезка в данном отношении формулируется следующим образом:

Считая известными координаты двух точек Как найти координаты прямой через ее уравнениеи Как найти координаты прямой через ее уравнение Как найти координаты прямой через ее уравнениеи отношение Как найти координаты прямой через ее уравнениев котором некоторая неизвестная точка М делит отрезок Как найти координаты прямой через ее уравнение, найти координаты точки М.

Решение задачи определяется следующей теоремой.

Теорема 7.1.1. Если точка М(х, у) делит направленный отрезок Как найти координаты прямой через ее уравнениев отношении Как найти координаты прямой через ее уравнението координаты этой точки выражаются формулами:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Доказательство:

Спроектируем точки Как найти координаты прямой через ее уравнениена ось Ох и обозначим их проекции соответственно через Как найти координаты прямой через ее уравнение(рис. 7.6). На основании теоремы о пропорциональности отрезков прямых, заключенных между параллельными прямыми (Если две прямые пересечь тремя параллельными прямыми, то отношение двух отрезков, получившихся на одной прямой, равно отношению двух соответствующих отрезков другой прямой), имеем:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Подставив в (7.1.4) величины отрезков Как найти координаты прямой через ее уравнениеи

Как найти координаты прямой через ее уравнение, получимКак найти координаты прямой через ее уравнение

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Разрешая это уравнение относительно х, находим: Как найти координаты прямой через ее уравнение

Вторая формула (7.1.3) получается аналогично. Как найти координаты прямой через ее уравнение

Если Как найти координаты прямой через ее уравнение— две произвольные точки и М(х,y) —

середина отрезка Как найти координаты прямой через ее уравнение, то Как найти координаты прямой через ее уравнение. Эти формулы

получаются из (7.1.3) при Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Основная теорема о прямой линии на плоскости

Предположим, что в данной плоскости задана прямоугольная система координат и некоторая прямая l.

Всякий ненулевой вектор, коллинеарный данной прямой, называется её направляющим вектором. Всякие два направляющих вектора Как найти координаты прямой через ее уравнениеодной и той же прямой коллинеарны между собой, т.е.

Как найти координаты прямой через ее уравнение, .

Для всех направляющих векторов Как найти координаты прямой через ее уравнениеданной прямой, не параллельной оси ординат, отношение Как найти координаты прямой через ее уравнениеординаты вектора к его абсциссе имеет одно и то же постоянное значение k, называемое угловым коэффициентом данной прямой.

Действительно, если Как найти координаты прямой через ее уравнение— два направляющих вектора данной прямой /, то векторы коллинеарны, т.е.

Как найти координаты прямой через ее уравнениеих координаты пропорциональны: Как найти координаты прямой через ее уравнениеа значит Как найти координаты прямой через ее уравнение

Угловой коэффициент прямой можно определить и по-другому: как тангенс угла, образованного положительным направлением оси абсцисс и заданной прямой.

Справедлива следующая теорема.

Теорема 7.3,1. Всякая прямая на плоскости определяется уравнением первой степени с двумя переменными х и у; и обратно, всякое уравнение первой степени с двумя переменными х и у определяет некоторую прямую на плоскости.

Доказательство: Пусть В = (О,b>- точка пересечения прямой L с осью у, а Р = (х,у) — любая другая точка на этой прямой. Проведем через точку В прямую, параллельную оси х, а через точку Р — прямую, параллельную оси у; проведем также прямую х = 1. Пусть k -угловой коэффициент прямой L (см. рис. 7.7). Случай к =0 не исключается.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Так как треугольники BSQ и BRP подобны, то Как найти координаты прямой через ее уравнениеили после упрощения

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Следовательно, если точка Р принадлежит прямой L, то ее координаты удовлетворяют уравнению (7.2.1). Обратно, нетрудно показать, что если х и у связаны уравнением (7.2.1), то точка Р принадлежит прямой L, проходящей через точку (0;b) и имеющей угловой коэффициент k.

Таким образом, уравнение любой прямой можно записать в виде:

Как найти координаты прямой через ее уравнение(не вертикальная прямая) Как найти координаты прямой через ее уравнение, (7.2.2), х = а (вертикальная прямая) (7.2.3).

В обоих случаях мы получаем уравнение первой степени. Кроме того, каждое уравнение первой степени ио х и у можно привести к виду (7.2.2) либо (7.2.3).

Докажем обратное утверждение. Предположим, что задано произвольное уравнение первой степени:

Если Как найти координаты прямой через ее уравнение, мы можем записать уравнение (7.2.4) в виде

Как найти координаты прямой через ее уравнение

т.е. в виде (7.2.2). При В = 0 уравнение (7.2.3) сводится к уравнению

или Как найти координаты прямой через ее уравнение, т.е. к уравнению вида (7.2.3).

Таким образом, любая прямая описывается уравнением первой степени с неизвестными х и у, и обратно, каждое уравнение первой степени с неизвестными х и v определяет некоторую прямую. Как найти координаты прямой через ее уравнение

Уравнение (7.2.4) называется общим уравнением прямой. Так

как Как найти координаты прямой через ее уравнение, то вектор Как найти координаты прямой через ее уравнениеявляется направляющим вектором прямой (7.2.4). Вектор Как найти координаты прямой через ее уравнениеперпендикулярен прямой (7.2.4) и называется нормальным вектором. Возможны частные случаи:

1. Как найти координаты прямой через ее уравнениеили у =b, где Как найти координаты прямой через ее уравнение, -это уравнсние прямой, параллельной оси Ох.

2. Как найти координаты прямой через ее уравнениеили х = а, где Как найти координаты прямой через ее уравнение, — это уравнение прямой, параллельной оси Оу.

3. Как найти координаты прямой через ее уравнение— это уравнение прямой, проходящей через начало координат.

4. А=0; С=0; Ву-0 или у = 0 — это уравнение оси абсцисс Ох.

5. В=0;С=0; Ах=0 или х = 0 — это уравнение оси ординат Оу.

Различные виды уравнений прямой на плоскости

Положение прямой на плоскости относительно системы координат можно задать различными способами. Например, прямая однозначно определяется: двумя различными точками; точкой и направляющим вектором; отрезками, отсекаемыми прямой на осях координат и др. Однако, обязательно, должна быть точка, лежащая на этой прямой.

Пусть в уравнении (7.2.4) ни один из коэффициентов А, В, С не равен нулю. Перенесем свободные члены вправо и разделим на (-С). Получим уравнение прямой в отрезках:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

где Как найти координаты прямой через ее уравнение-длины отрезков, отсекаемых прямой l на осях координат, взятые с соответствующими знаками (в зависимости от того, положительные или отрицательные полуоси координат пересекает прямая l).

Рассмотрим прямую l на плоскости и выберем на этой прямой какие-нибудь точки Как найти координаты прямой через ее уравнение. Тогда вектор Как найти координаты прямой через ее уравнениеявляется направляющим вектором этой прямой l.

Геометрическое место концов всевозможных векторов вида Как найти координаты прямой через ее уравнениегде Как найти координаты прямой через ее уравнениепробегает все вещественные числовые значения, определяет прямую l. Уравнение (7.3.2) называется уравнением прямой в векторной форме (векторным уравнением прямой). Записав векторное уравнение (7.3.2) в координатной форме Как найти координаты прямой через ее уравнениеи воспользовавшись определением равенства векторов, получим параметрические уравнения прямой:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

где Как найти координаты прямой через ее уравнение— координаты направляющего вектора.

Система (7.3.3) равносильна уравнению

Как найти координаты прямой через ее уравнение

называемым каноническим уравнением прямой на плоскости. Из системы (7.3.3) можно получить уравнение

Как найти координаты прямой через ее уравнениекоторое называется уравнением прямой, проходящей через две данные точки Как найти координаты прямой через ее уравнение

Если абсциссы точек Как найти координаты прямой через ее уравнениеодинаковы, т. е. Как найти координаты прямой через ее уравнението прямая Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельна оси ординат и ее уравнение имеет вид: х=а.

Если ординаты точек Как найти координаты прямой через ее уравнениеодинаковы, т. е. Как найти координаты прямой через ее уравнение, то прямая Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельна оси абсцисс и ее уравнение имеет вид: у=b. Уравнение (7.3.5) можно преобразовать к виду:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Как найти координаты прямой через ее уравнение

угловой коэффициент прямой.

Уравнение (7.3.6) называется уравнением прямой, проходящей через точку Как найти координаты прямой через ее уравнениеи имеющей угловой коэффициент k.

Пример:

Составить уравнение прямой, проходящей через две точки Как найти координаты прямой через ее уравнение

Решение:

I способ. Воспользуемся уравнением (7.3.5). Подставив известные координаты точек Как найти координаты прямой через ее уравнение, получим искомое уравнение прямой:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

II способ. Зная координаты точек Как найти координаты прямой через ее уравнениепо формуле (7.3.7) можно найти угловой коэффициент искомой прямой:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Тогда, воспользовавшись уравнением (7.3.6), найдём искомое уравнение прямой: Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Заметим, что составленное уравнение можно записать как уравнение прямой в отрезках, разделив все члены уравнения

Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Взаимное расположение двух прямых на плоскости

Пусть на плоскости заданы две прямые общими уравнениями Как найти координаты прямой через ее уравнение. Угол между ними можно вычислить как угол между направляющими векторами

Как найти координаты прямой через ее уравнениеэтих прямых:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Если прямые параллельныКак найти координаты прямой через ее уравнение, то их нормальные векторы Как найти координаты прямой через ее уравнениеколлинеарны, а это значит, что их соответствующих координаты пропорциональны:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

И обратно, если координаты при неизвестных х и у пропорциональны, то прямые параллельны. Следовательно, можно сформулировать следующую теорему:

Теорема 7.4.1. Две прямые Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельны тогда и только тогда, когда в их уравнениях коэффициенты при соответствующих переменных х и у пропорциональны.

Например, прямые Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельны,

т. к.Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Если прямые перпендикулярны Как найти координаты прямой через ее уравнение, то их нормальные векторы Как найти координаты прямой через ее уравнениетоже перпендикулярны, а это значит, что скалярное произведение этих векторов равно нулю: Как найти координаты прямой через ее уравнение, или в координатной форме

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Справедливо и обратное утверждение: если скалярное произведение нормальных векторов равно нулю, то прямые /, и /2 перпендикулярны.

Теорема 7.4.2. Две прямые Как найти координаты прямой через ее уравнениеперпендикулярны тогда и только тогда, когда коэффициенты при переменных х и у удовлетворяют равенству Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Например, прямые Как найти координаты прямой через ее уравнениеперпендикулярны, так как

Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Если прямые заданы уравнениями вида Как найти координаты прямой через ее уравнениеи Как найти координаты прямой через ее уравнение, то угол между ними находится по формуле:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Для того чтобы прямые были параллельны, необходимо и достаточно, чтобы выполнялось равенство

Как найти координаты прямой через ее уравнение(7.4.5)

а для их перпендикулярности необходимо и достаточно, чтобы

Как найти координаты прямой через ее уравнение(7.4.6)

Пример:

Найти проекцию точки Р (2, 3) на прямую, проходящую через точки А (4, 3) и В (6, 5).

Решение:

Проекция точки Р на прямую АВ — это точка пересечения перпендикуляра, проведенного к этой прямой из точки Р.

Вначале составим уравнение прямой АВ. Воспользовавшись уравнением (7.3.5), последовательно получаем:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Для того, чтобы составить уравнение перпендикуляра, проведенного из точки Р на прямую АВ, воспользуемся уравнением (7.3.6). Угловой коэффициент k определим из условия перпендикулярности двух прямых, т. е. из формулы (7.4.6). Поскольку Как найти координаты прямой через ее уравнение,то из равенства Как найти координаты прямой через ее уравнениенаходим угловой коэффициент перпендикуляра Как найти координаты прямой через ее уравнение. Подставляя найденное значение углового коэффициента Как найти координаты прямой через ее уравнениеи координаты точки Р (2, 3) в уравнение (7.3.6), получаем:

Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Решая систему уравнений, составленную из уравнений прямой АВ и перпендикуляра

Как найти координаты прямой через ее уравнение

найдём координаты проекции точки Р на прямую АВ: х=3 у=2, т.е.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Пример:

Издержки на производство шести автомобилей составляют 1000 млн. ден. ед., а на производство двадцати автомобилей- 15000 млн. ден. ед. Определить издержки на производство 22 автомобилей при условии, что функция К(х) издержек производства линейна, т.е. имеет вид у = ах + b .

Решение:

Обозначим через х количество автомобилей, а через y- издержки производства. Тогда из условия задачи следует, что заданы координаты двух точек- А(6; 1000) и В(20; 15000), принадлежащих линейной функции у = ах +b. Воспользовавшись уравнением (7.3.6 ), найдём искомое уравнение:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Подставив в найденную функцию х = 22, определим издержки на производство 22 автомобилей:

Как найти координаты прямой через ее уравнение(млн. дсн. ед)

Пример:

Фирма продаёт свои изделия по 10 ден. ед. за единицу. Затраты на изготовление одного изделия составляют 6 ден. ед. Непроизводственные расходы фирмы равны 300 ден. ед. в год. Определить годовой выпуск продукции, необходимой для того, чтобы фирма работала с прибылью.

Решение:

Обозначим через х объём произведенной продукции. Тогда доход фирмы равен D = 10x. Затраты на производство определяются уравнением: Как найти координаты прямой через ее уравнение. Найдём точку безубыточности. т.е. значение x, при котором доход фирмы равен затратам: D=K, т.е. 10x = 6x + 300. Решив это уравнение, получим значение объёма производства, при котором фирма работает без убытка: х=75. Следовательно, если объём производства Как найти координаты прямой через ее уравнението фирма будет работать с прибылью.

Прямая линия в пространстве

Системы координат в пространстве

В трехмерном пространстве система координат определяется тремя взаимно перпендикулярными осями, проходящими через начало координат О. Снабдив каждую ось единицей измерения длин, можно задать тремя упорядоченными числами (называемыми координатами) положение точки в пространстве. Например, точка Р задается упорядоченной тройкой чисел Р( 1,2,3).

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Пусть задано пространствоКак найти координаты прямой через ее уравнение. Важнейшим понятием пространственной аналитической геометрии является понятие уравнения поверхности. Всякая же линия рассматривается как пересечение двух поверхностей. Мы остановимся на изучении поверхности первого порядка — плоскости и прямой линии.

Положение прямой в пространстве вполне определяется заданием какой-либо сё фиксированной точки Как найти координаты прямой через ее уравнениеи вектора Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельного этой прямой.

Вектор Как найти координаты прямой через ее уравнение, параллельный прямой, называется направляющим вектором этой прямой.

Итак, пусть прямая L проходит через точку Как найти координаты прямой через ее уравнение, лежащую на прямой, параллельно вектору Как найти координаты прямой через ее уравнениеКак найти координаты прямой через ее уравнение(см. рис. 7.9).

Рассмотрим произвольную точку M(x,y,z) на этой прямой. Из рисунка видно, что вектор Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельный (коллинеарный) вектору Как найти координаты прямой через ее уравнение. Поскольку векторы Как найти координаты прямой через ее уравнениеколлинеарны, то найдётся такое число t, что Как найти координаты прямой через ее уравнение, где множитель t может принимать любое числовое значение в зависимости от положения точки М на прямой.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Уравнение Как найти координаты прямой через ее уравнение(7.5.1) называется векторным уравнением прямой. Оно показывает, что каждому значению параметра t соответствует радиус-вектор некоторой точки M, лежащей на прямой. Это уравнение можно записать в виде: Как найти координаты прямой через ее уравнение(см. рис. 7.9). Запишем это уравнение в координатной форме. Подставив координаты векторов Как найти координаты прямой через ее уравнениев уравнение (7.5.1) и воспользовавшись определением алгебраических операций над векторами и равенством векторов, получим уравнения:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Полученные уравнения называются параметрическими уравнениями прямой.

При изменении параметра t изменяются координаты х, у и z и точка М перемещается по прямой.

Разрешив уравнения (7.5.2) относительно t

Как найти координаты прямой через ее уравнение

и приравняв найденные значенияt получим канонические уравнения прямой:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Если прямая L в пространстве задается двумя своими точками Как найти координаты прямой через ее уравнение,то вектор

Как найти координаты прямой через ее уравнение

можно взять в качестве направляющего вектора и тогда уравнения (7.5.3) преобразуются в уравнения

Как найти координаты прямой через ее уравнение

где Как найти координаты прямой через ее уравнение. (7.5.4)- это уравнение прямой, проходящей через две заданные точки Как найти координаты прямой через ее уравнение

Пример:

Составить параметрические уравнения прямой, проходящей через точкуКак найти координаты прямой через ее уравнение, перпендикулярно плоскости Oxz.

Решение:

В качестве направляющего вектора Как найти координаты прямой через ее уравнениеискомой прямой можно взять единичный вектор оси Оу: Как найти координаты прямой через ее уравнение• Подставив значения координат точки Как найти координаты прямой через ее уравнениеи значения координат направляющего вектора в уравнения (7.5.2), получаем: Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Пример:

Записать уравнения прямой Как найти координаты прямой через ее уравнениев параметрическом виде.

ОбозначимКак найти координаты прямой через ее уравнение. Тогда Как найти координаты прямой через ее уравнение,

Как найти координаты прямой через ее уравнение, откуда следует, что Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Замечание. Пусть прямая перпендикулярна одной из координатных осей, например, оси Ох. Тогда направляющий вектор Как найти координаты прямой через ее уравнение

прямой перпендикулярный оси Ох, имеет координаты (о; n; р) и параметрические уравнения прямой примут вид Как найти координаты прямой через ее уравнение

Исключая из уравнений параметр t, получим уравнения прямой в виде

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Однако и в этом случае формально можно записывать канонические уравнения прямой в виде Как найти координаты прямой через ее уравнение. Таким образом, если в знаменателе одной из дробей стоит нуль, то это означает, что прямая перпендикулярна соответствующей координатной оси.

Аналогично, канонические уравнения

Как найти координаты прямой через ее уравнениеопределяют прямую перпендикулярную осям О х и О у или параллельную оси О z.

Пример:

Составить канонические и параметрические уравнения прямой, проходящей через точку Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельно вектору Как найти координаты прямой через ее уравнение

Решение:

Подставив координаты точки Как найти координаты прямой через ее уравнение, и вектора Как найти координаты прямой через ее уравнениев (7.5.2) и (7.5.3), находим искомые канонические уравнения:

.Как найти координаты прямой через ее уравнениеи параметрические уравнения:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Пример:

Составить канонические уравнения прямой, проходящей через точку М(2, -1,4) параллельно

а) прямой Как найти координаты прямой через ее уравнение;

Решение:

а) Поскольку направляющий вектор заданной прямой

Как найти координаты прямой через ее уравнениеявляется направляющим вектором искомой прямой, то

подставив координаты точки М(2; -1; 4) и вектора Как найти координаты прямой через ее уравнениев (7.5.3) получим уравнение искомой прямой: Как найти координаты прямой через ее уравнение

б) Поскольку единичный вектор оси О х: Как найти координаты прямой через ее уравнениебудет направляющим вектором искомой прямой, то подставив в уравнение

(7.5.3) координаты точки М(2; -1; 4 ) и вектора Как найти координаты прямой через ее уравнение, получаем:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

в) В качестве направляющего вектора Как найти координаты прямой через ее уравнениеискомой прямой можно взять единичный вектор оси Оу: Как найти координаты прямой через ее уравнение. В соответствии с уравнением (7.5.3), получаем Как найти координаты прямой через ее уравнениеили Как найти координаты прямой через ее уравнение.

г) Единичный вектор оси Oz : Как найти координаты прямой через ее уравнениебудет направляющим вектором искомой прямой. В соответствии с уравнением (7.5.3), получаем

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Пример:

Составить уравнение прямой, проходящей через две заданные точки Как найти координаты прямой через ее уравнение

Решение:

Подставив координаты точек Как найти координаты прямой через ее уравнениев уравнение

(7.5.4), получим:Как найти координаты прямой через ее уравнение

Взаимное расположение двух прямых в пространстве

Углом между прямыми в пространстве будем называть любой из смежных углов, образованных двумя прямыми, проведенными через произвольную точку параллельно данным. Пусть в пространстве заданы две прямые:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Очевидно, что за угол Как найти координаты прямой через ее уравнениемежду прямыми можно принять угол между их направляющими векторами Как найти координаты прямой через ее уравнениеи

Как найти координаты прямой через ее уравнение, косинус которого находится по формуле:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Условия параллельности и перпендикулярности двух прямых равносильны условиям параллельности и перпендикулярности их направляющих векторовКак найти координаты прямой через ее уравнение:

Две прямые параллельны тогда и только тогда, когда пропорциональны соответствующие координаты направляющих векторов:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

т.е. Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллельна Как найти координаты прямой через ее уравнениетогда и только тогда, когда Как найти координаты прямой через ее уравнениепараллелен

Как найти координаты прямой через ее уравнение.

Две прямые перпендикулярны тогда и только тогда, когда сумма произведений соответствующих координат направляющих векторов равна нулю: Как найти координаты прямой через ее уравнение

Пример:

Найти угол между прямыми Как найти координаты прямой через ее уравнениеи

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Решение:

Воспользуемся формулой (7.6.1), в которую подставим координаты направляющих векторов Как найти координаты прямой через ее уравнениеи

Как найти координаты прямой через ее уравнение. Тогда Как найти координаты прямой через ее уравнение, откуда Как найти координаты прямой через ее уравнениеилиКак найти координаты прямой через ее уравнение.

Видео:Написать канонические и параметрические уравнения прямой в пространствеСкачать

Написать канонические и параметрические уравнения прямой в пространстве

Вычисление уравнения прямой

Пусть PQ — некоторая прямая на плоскости Оху (рис. 22). Через произвольную точку М0 (х0, у0) этой прямой (условно называемую «начальной точкой») проведем прямую М0х параллельную оси Ох и имеющую с ней одинаковое направление. Тогда наименьший неотрицательный угол Как найти координаты прямой через ее уравнение, образованный полупрямой M0Q, лежащей выше оси М0х’ или совпадающей с ней, называется углом между данной прямой и осью Ох.

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Очевидно, этот угол не зависит от выбора точки М0. Если прямая PQ пересекает ось Ох в некоторой точке А (а, 0), то ф есть обычный угол между направленными прямыми. Если PQ || Ох, то, очевидно, Ф = 0. Начальная точка М0 прямой и угол ф («направление прямой») однозначно определяют положение этой прямой на плоскости.

1) Пусть сначала Как найти координаты прямой через ее уравнение. Тогда прямая PQ пересекает ось Оу в некоторой точке В (0, b), которую можно принять за начальную.

Ордината у = NM текущей точки М (х, у) прямой (рис. 23) состоит из двух частей:

Как найти координаты прямой через ее уравнение

из них первая постоянна, а вторая переменна. Введя угловой коэффициент tg ф = k9 из рис. 23 будем иметь

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Как найти координаты прямой через ее уравнение

Нетрудно проверить, что формула (3) остается справедливой также и при х

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

🔥 Видео

№976. Найдите координаты точки пересечения прямых 4x + 3y-6 = 0 и 2х+у-4 = 0.Скачать

№976. Найдите координаты точки пересечения прямых 4x + 3y-6 = 0 и 2х+у-4 = 0.

Уравнение окружности (1)Скачать

Уравнение окружности (1)

Уравнения прямой на плоскости | Векторная алгебраСкачать

Уравнения прямой на плоскости | Векторная алгебра

Видеоурок "Уравнение прямой с угловым коэффициентом"Скачать

Видеоурок "Уравнение прямой с угловым коэффициентом"

Видеоурок "Общее уравнение прямой"Скачать

Видеоурок "Общее уравнение прямой"

Записать уравнение прямой параллельной или перпендикулярной данной.Скачать

Записать уравнение прямой параллельной или перпендикулярной данной.

Уравнение прямой в пространстве через 2 точки. 11 класс.Скачать

Уравнение прямой в пространстве через 2 точки. 11 класс.

Видеоурок "Общие уравнения прямой"Скачать

Видеоурок "Общие уравнения прямой"
Поделиться или сохранить к себе: