Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Содержание
  1. Уравнения прямой в пространстве — это уравнения двух пересекающихся плоскостей
  2. Уравнения двух плоскостей, задающих прямую линию в пространстве
  3. Нахождение координат точки, лежащей на прямой, по которой пересекаются плоскости
  4. Направляющий вектор прямой, по которой пересекаются две плоскости
  5. Переход к параметрическим и каноническим уравнениям прямой в пространстве
  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:Найти точку пересечения прямой и плоскостиСкачать

Найти точку пересечения прямой и плоскости

Уравнения прямой в пространстве — это уравнения двух пересекающихся плоскостей

В данном разделе продолжим изучение темы уравнения прямой в пространстве с позиции стереометрии. Это значит, что мы будем рассматривать прямую линию в трехмерном пространстве как линию пересечения двух плоскостей.

Согласно аксиомам стереометрии, если две плоскости не совпадают и имеют одну общую точку, то они также имею одну общую прямую, на которой лежат все точки, которые являются общими для двух плоскостей. Используя уравнения двух пересекающихся плоскостей, мы можем определить прямую линию в прямоугольной системе координат.

По ходу рассмотрения темы приведем многочисленные примеры, ряд графических иллюстраций и развернутых решений, необходимых для лучшего усвоения материала.

Видео:Видеоурок "Канонические уравнения прямой"Скачать

Видеоурок "Канонические уравнения прямой"

Уравнения двух плоскостей, задающих прямую линию в пространстве

Пусть даны две плоскости, которые не совпадают между собой и пересекаются. Обозначим их как плоскость α и плоскость β . Разместим их в прямоугольной системе координат O х у z трехмерного пространства.

Как мы помним, любую плоскость в прямоугольной системе координат задает общее уравнение плоскости вида A x + B y + C z + D = 0 . Будем считать, что плоскости α соотвествует уравнение A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 , а плоскости β уравнение A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 . В этом случае нормальные вектора плоскостей α и β n 1 → = ( A 1 , B 1 , C 1 ) и n 2 → = ( A 2 , B 2 , C 2 ) не коллинеарны, так как плоскости не совпадают между собой и е размещаются параллельно друг другу. Запишем это условие следующим образом:

n 1 → ≠ λ · n 2 → ⇔ A 1 , B 1 , C 1 ≠ λ · A 2 , λ · B 2 , λ · C 2 , λ ∈ R

Чтобы освежить в памяти материал по теме «Параллельность плоскостей», смотрите соответствующий раздел нашего сайта.

Линию пересечения плоскостей обозначим буквой a . Т.е. a = α ∩ β . Эта прямая представляет собой множество точек, которые являются общими для обеих плоскостей α и β . Это значит, что все точки прямой линии a удовлетворяют обоим уравнениям плоскости A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 и A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 . Фактически, они являются частным решением системы уравнений A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 .

Общее решение системы линейных уравнений A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 определяет координаты всех точек линии, по которой происходит пересечение двух плоскостей α и β . Это значит, что с его помощью мы можем определить положение прямой в прямоугольной системе координат O x y z .

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Рассмотрим описанную теорию еще раз, теперь уже на конкретном примере.

Прямая O x – это прямая, по которой пересекаются координатные плоскости O x y и O x z . Зададим плоскость O x y уравнением z = 0 , а плоскость O x z уравнением у = 0 . Такой подход мы подробно разобрали в разделе «Неполное общее уравнение плоскости», так что, в случае затруднений, можно обратиться к этому материалу повторно. В этом случае координатная прямая O x определяется в трехмерной системе координат системой из двух уравнений вида y = 0 z = 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.

Нахождение координат точки, лежащей на прямой, по которой пересекаются плоскости

Рассмотрим задачу. Пусть в трехмерном пространстве задана прямоугольная система координат O х у z . Линия, по которой пересекаются две плоскости a , задана системой уравнений A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 . Дана точка трехмерного пространства M 0 x 0 , y 0 , z 0 .

Давайте определим, принадлежит ли точка M 0 x 0 , y 0 , z 0 заданной прямой линии a .

Для того, чтобы получить ответ на вопрос задачи, подставим координаты точки М 0 в каждое из двух уравнений плоскости. Если в результате подстановки оба уравнения превратятся в верные равенства A 1 x 0 + B 1 y 0 + C 1 z 0 + D 1 = 0 и A 2 x 0 + B 2 y 0 + C 2 z 0 + D 2 = 0 , то точка М 0 принадлежит каждой из плоскостей и принадлежит заданной линии. Если хотя бы одно из равенств A 1 x 0 + B 1 y 0 + C 1 z 0 + D 1 = 0 и A 2 x 0 + B 2 y 0 + C 2 z 0 + D 2 = 0 окажется неверным, то точка М 0 не принадлежит прямой линии.

Рассмотрим решение примера

Прямая линия задана в пространстве уравнениями двух пересекающихся плоскостей вида 2 x + 3 y + 1 = 0 x — 2 y + z — 3 = 0 . Определите, принадлежат ли точки M 0 ( 1 , — 1 , 0 ) и N 0 ( 0 , — 1 3 , 1 ) прямой линии пересечения плоскостей.

Решение

Начнем с точки М 0 . Подставим ее координаты в оба уравнения системы 2 · 1 + 3 · ( — 1 ) + 1 = 0 1 — 2 · ( — 1 ) + 0 — 3 = 0 ⇔ 0 = 0 0 = 0 .

В результате подстановки мы получили верные равенства. Это значит, что точка М 0 принадлежит обеим плоскостям и расположена на линии их пересечения.

Подставим в оба уравнения плоскости координаты точки N 0 ( 0 , — 1 3 , 1 ) . Получаем 2 · 0 + 3 · — 1 3 + 1 = 0 0 — 2 · — 1 3 + 1 — 3 = 0 ⇔ 0 = 0 — 1 1 3 = 0 .

Как вы видите, второе уравнение системы превратилось в неверное равенство. Это значит, что точка N 0 не принадлежит заданной прямой.

Ответ: точка М 0 принадлежит прямой линии, а точка N 0 не принадлежит.

Теперь предлагаем вам алгоритм нахождения координат некоторой точки, принадлежащей прямой линии, если прямая в пространстве в прямоугольной системе координат O x y z определяется уравнениями пересекающихся плоскостей A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 .

Количество решений системы из двух линейных уравнений с темя неизвестными A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 бесконечно. Любое из этих решений может стать решением задачи.

Пусть в трехмерном пространстве задана прямая линия уравнениями двух пересекающихся плоскостей вида x + 3 z + 7 = 0 2 x + 3 y + 3 z + 2 = 0 . Найдите координаты любой из точек этой прямой.

Решение

Перепишем систему уравнений x + 3 z + 7 = 0 2 x + 3 y + 3 z + 2 = 0 ⇔ x + 0 y + 3 z = — 7 2 x + 3 y + 3 z = — 2 .

Возьмем отличный от нуля минор второго порядка в качестве базисного минора основной матрицы системы 1 0 2 3 = 3 ≠ 0 . Это значит, что z – это свободная неизвестная переменная.

Перенесем слагаемые, содержащие свободную неизвестную переменную z в правые части уравнений:

x + 0 y + 3 z = — 7 2 x + 3 y + 3 z = — 2 ⇔ x + 0 y = — 7 — 3 z 2 x + 3 y = — 2 — 3 z

Введем произвольное действительное число λ и примем, что z = λ .

Тогда x + 0 y = — 7 — 3 z 2 x + 3 y = — 2 — 3 z ⇔ x + 0 y = — 7 — 3 λ 2 x + 3 y = — 2 — 3 λ .

Для решения полученной системы уравнений применим метод Крамера:

∆ = 1 0 2 3 = 1 · 3 — 0 · 1 = 2 ∆ x = — 7 — 3 λ 0 — — 3 λ 3 = — 7 — 3 λ · 3 — 0 · ( — 2 — 3 λ ) = 21 — 9 λ ⇒ x = ∆ x ∆ = — 7 — 3 λ ∆ y = 1 — 7 — 3 λ 2 — 2 — 3 λ = 1 · — 2 — 3 λ — — 7 — 3 λ · = 12 + 3 λ ⇒ y = ∆ y ∆ = 4 + λ

Общее решение системы уравнений x + 3 z + 7 = 0 2 x + 3 y + 3 z + 2 = 0 будет иметь вид x = — 7 — 3 λ y = 4 + λ z = λ , где λ ∈ R .

Для получения частного решения системы уравнений, которое даст нам искомые координаты точки, принадлежащей заданной прямой, нам необходимо взять конкретное значение параметра λ . Если λ = 0 , то x = — 7 — 3 · 0 y = 4 + 0 z = 0 ⇔ x = — 7 y = 4 z = 0 .

Это позволяет нам получить координаты искомой точки — 7 , 4 , 0 .

Проверим верность найденных координат точки методом подстановки их в исходные уравнения двух пересекающихся плоскостей — 7 + 3 · 0 + 7 = 0 2 · ( — 7 ) + 3 · 4 + 3 · 0 + 2 = 0 ⇔ 0 = 0 0 = 0 .

Ответ: — 7 , 4 , 0

Видео:Написать канонические и параметрические уравнения прямой в пространствеСкачать

Написать канонические и параметрические уравнения прямой в пространстве

Направляющий вектор прямой, по которой пересекаются две плоскости

Давайте рассмотрим, как определить координаты направляющего вектора прямой, которая задана уравнениями двух пересекающихся плоскостей A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 и A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 . В прямоугольной системе координат 0хуz направляющий вектор прямой неотделим от прямой линии.

Как мы знаем, прямая перпендикулярна по отношению к плоскости в том случае, когда она перпендикулярна по отношению к любой прямой, лежащей в данной плоскости. Исходя из вышесказанного, нормальный вектор плоскости перпендикулярен любому ненулевому вектору, лежащему в данной плоскости. Эти два факта помогут нам в нахождении направляющего вектора прямой.

Плоскости α и β пересекаются по линии a . Направляющий вектор a → прямой линии a расположен перпендикулярно по отношению к нормальному вектору n 1 → = ( A 1 , B 1 , C 1 ) плоскости A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 и нормальному вектору n 2 → = ( A 2 , B 2 , C 2 ) плоскости A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 .

Направляющий вектор прямой a представляет собой векторное произведение векторов n → 1 = ( A 1 , B 1 , C 1 ) и n 2 → = A 2 , B 2 , C 2 .

a → = n → 1 × n 2 → = i → j → k → A 1 B 1 C 1 A 2 B 2 C 2

Зададим множество всех направляющих векторов прямой как λ · a → = λ · n 1 → × n 2 → , где λ — это параметр, который может принимать любые действительные значения, отличные от нуля.

Пусть прямая в пространстве в прямоугольной системе координат O х у z задана уравнениями двух пересекающихся плоскостей x + 2 y — 3 z — 2 = 0 x — z + 4 = 0 . Найдем координаты любого направляющего вектора этой прямой.

Решение

Плоскости x + 2 y — 3 z — 2 = 0 и x — z + 4 = 0 имеют нормальные векторы n 1 → = 1 , 2 , — 3 и n 2 → = 1 , 0 , — 1 . Примем за направляющий вектор прямой линии, являющейся пересечением двух заданных плоскостей, векторное произведение нормальных векторов:

a → = n → 1 × n 2 → = i → j → k → 1 2 — 3 1 0 — 1 = i → · 2 · ( — 1 ) + j → · ( — 3 ) · 1 + k → · 1 · 0 — — k → · 2 · 1 — j → · 1 · ( — 1 ) — i → · ( — 3 ) · 0 = — 2 · i → — 2 j → — 2 k →

Запишем ответ в координатной форме a → = — 2 , — 2 , — 2 . Тем, кто не помнит, как это делается, рекомендуем обратиться к теме «Координаты вектора в прямоугольной системе координат».

Ответ: a → = — 2 , — 2 , — 2

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

Уравнение прямой в пространстве через 2 точки. 11 класс.

Переход к параметрическим и каноническим уравнениям прямой в пространстве

Для решения ряда задач проще использовать параметрические уравнения прямой в пространстве вида x = x 1 + a x · λ y = y 1 + a y · λ z = z 1 + a z · λ или канонические уравнения прямой в пространстве вида x = x 1 + a x · λ y = y 1 + a y · λ z = z 1 + a z · λ . В этих уравнениях a x , a y , a z — координаты направляющего вектора прямой, x 1 , y 1 , z 1 — координаты некоторой точки прямой, а λ — параметр, принимающий произвольные действительные значения.

От уравнения прямой вида A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 можно перейти к каноническим и параметрическим уравнениям прямой линии в пространстве. Для записи канонических и параметрических уравнений прямой нам понадобятся навыки нахождения координат некоторой точки прямой, а также координат некоторого направляющего вектора прямой, заданной уравнениями двух пересекающихся плоскостей.

Рассмотрим написанное выше на примере.

Зададим прямую линию в трехмерной системе координат уравнениями двух пересекающихся плоскостей 2 x + y — z — 1 = 0 x + 3 y — 2 z = 0 . Напишем канонические и параметрические уравнения этой прямой.

Решение

Найдем координаты направляющего вектора прямой, который является векторным произведением нормальных векторов n 1 → = 2 , 1 , — 1 плоскости 2 x + y — z — 1 = 0 и n 2 → = ( 1 , 3 , — 2 ) плоскости x + 3 y — 2 z = 0 :

a → = n 1 → × n 2 → = i → j → k → 2 1 — 1 1 3 — 2 = i → · 1 · ( — 2 ) + j → · ( — 1 ) · 1 + k → · 2 · 3 — — k → · 1 · 1 — j → · 2 · ( — 2 ) — i → · ( — 1 ) · 3 = i → + 3 · j → + 5 · k →

Координаты направляющего вектора прямой a → = ( 1 , 2 , 5 ) .

Следующим шагом является определение координат некоторой точки заданной прямой линии, которыми является одно из решений системы уравнений: 2 x + y — z — 1 = 0 x + 3 y — 2 z = 0 ⇔ 2 x + y — z = 1 x + 3 y — 2 z = 0 .

Возьмем в качестве минорной матрицы системы определитель 2 1 1 3 = 2 · 3 — 1 · 1 = 5 , который отличен от нуля. В этом случае переменная z является свободной. Перенесем слагаемые с ней в правые части каждого уравнения и придаем переменной произвольное значение λ :

2 x + y — z = 1 x + 3 y — 2 z = 0 ⇔ 2 x + y = 1 + z x + 3 y = 2 z ⇔ 2 x + y = 1 + λ x + 3 y = 2 λ , λ ∈ R

Применяем для решения полученной системы уравнений метод Крамера:

∆ = 2 1 1 3 = 2 · 3 — 1 · 1 = 5 ∆ x = 1 + λ 1 2 λ 3 = ( 1 + λ ) · 3 — 1 · 2 λ = 3 + λ ⇒ x = ∆ x ∆ = 3 + λ 5 = 3 5 + 1 5 · λ ∆ y = 2 1 + λ 1 2 λ = 2 · 2 λ — ( 1 + λ ) · 1 = — 1 + 3 λ ⇒ y = ∆ y ∆ = — 1 + 3 λ 5 = — 1 5 + 3 5 · λ

Получаем: 2 x + y — z — 1 = 0 x + 3 y — 2 z = 0 ⇔ x = 3 5 + 1 5 y = — 1 5 + 3 5 z = λ

Примем λ = 2 для того, чтобы получить координаты точки прямой линии: x 1 = 3 5 + 1 5 · 2 y 1 = — 1 5 + 3 5 · 2 z 1 = 2 ⇔ x 1 = 1 y 1 = 1 z 1 = 2 . Теперь мы имеем достаточно данных для того, чтобы записать канонические и параметрические уравнения данной прямой в пространстве: x — x 1 a x = y — y 1 a y = z — z 1 a z ⇔ x — 1 1 = y — 1 3 = z — 2 5 x = x 1 + a x · λ y = y 1 + a y · λ z = z 1 + a z · λ ⇔ x = 1 + 1 · λ y = 1 + 3 · λ z = 2 + 5 · λ ⇔ x = 1 + λ y = 1 + 3 · λ z = 2 + 5 · λ

Ответ: x — 1 1 = y — 1 3 = z — 2 5 и x = 1 + λ y = 1 + 3 · λ z = 2 + 5 · λ

Данная задача имеет еще один способ решения.

Нахождение координат некоторой точки прямой проводится при решении системы уравнений A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 .

В общем случае ее решения можно записать в виде искомых параметрических уравнений прямой в пространстве x = x 1 + a x · λ y = y 1 + a y · λ z = z 1 + a z · λ .

Получение канонических уравнений проводится следующим образом: решаем каждое из полученных уравнений относительно параметра λ , приравниваем правые части равенства.

x = x 1 + a x · λ y = y 1 + a y · λ z = z 1 + a z · λ ⇔ λ = x — x 1 a x λ = y — y 1 a y λ = z — z 1 a z ⇔ x — x 1 a x = y — y 1 a y = z — z 1 a z

Применим данный способ к решению задачи.

Зададим положение прямой линии уравнениями двух пересекающихся плоскостей 2 x + y — z — 1 = 0 x + 3 y — 2 z = 0 . Напишем параметрическое и каноническое уравнения для этой прямой линии.

Решение

Решение системы из двух уравнений с тремя неизвестными проводится аналогично тому, как мы делали это в предыдущем примере. Получаем: 2 x + y — z — 1 = 0 x + 3 y — 2 z = 0 ⇔ x = 3 5 + 1 5 · λ y = — 1 5 + 3 5 · λ z = λ .

Это параметрические уравнения прямой в пространстве.

Канонические уравнения получаем следующим образом: x = 3 5 + 1 5 · λ y = — 1 5 + 3 5 · λ z = λ ⇔ λ = x — 3 5 1 5 λ = y + 1 5 3 5 λ = z 1 ⇔ x — 3 5 1 5 = y + 1 5 3 5 = z 1

Полученные в обоих примерах уравнения отличаются внешне, однако они эквивалентны, так как определяют одно и то же множество точек трехмерного пространства, а следовательно и одну и ту же прямую линию.

Ответ: x — 3 5 1 5 = y + 1 5 3 5 = z 1 и x = 3 5 + 1 5 · λ y = — 1 5 + 3 5 · λ z = λ

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

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

Уравнение прямой

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Видео:Составляем уравнение прямой по точкамСкачать

Составляем уравнение прямой по точкам

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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 по двум точкамСкачать

Уравнение прямой по двум точкам

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 точку принадлежащую прямой по уравнениюx = 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:Математика без Ху!ни. Взаимное расположение прямой и плоскости.Скачать

Математика без Ху!ни.  Взаимное расположение прямой и плоскости.

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

в) Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению— 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 точку принадлежащую прямой по уравнению

Рассмотрим частные случаи этого уравнения:

а) С = 0; Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению— прямая проходит начало системы координат (Рис. 20):

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Рис. 20. Прямая, проходящая через начало координат.

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Видео:9 класс, 7 урок, Уравнение прямойСкачать

9 класс, 7 урок, Уравнение прямой

Виды уравнений прямой

1. Уравнение прямой с угловым коэффициентом. Пусть дано общее уравнение прямой Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюв котором коэффициент Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюРазрешим общее уравнение прямой относительно переменной Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюОбозначим через Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениютогда уравнение примет вид Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюкоторое называется уравнением прямой с угловым коэффициентом. Выясним геометрический смысл параметров Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюПри х = 0, у = b, т.е. параметр b показывает, какой величины отрезок отсекает прямая на оси ординат, считая от начала отсчета. При Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениют.е. прямая отсекает на оси абсцисс отрезок к Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению(Рис. 23, для определенности принято, что Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению):

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Из рисунка видно, что Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениют.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 точку принадлежащую прямой по уравнениюВыполним следующие преобразования Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Обозначим через Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениютогда последнее равенство перепишется в виде Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. 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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнениюТак как точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюлежат на прямой, то их координаты удовлетворяют общему уравнению прямой, т.е. выполняются равенства Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюВычтем первое из этих равенств из общего уравнения прямой и из второго равенства:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Пусть Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениютогда полученные равенства можно преобразовать к виду Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюОтсюда находим, что Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюили Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюПолученное уравнение называется уравнением прямой, проходящей через две заданные точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

4. Уравнение прямой, проходящей через заданную точку Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельно заданному вектору Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению(каноническое уравнение прямой). Пусть прямая проходит через заданную точку Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельно вектору Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Определение: Вектор Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюназывается направляющим вектором прямой. Возьмем на прямой произвольную точку Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи создадим вектор Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению(Рис. 25):

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

В силу того, что вектора Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюколлинеарны, то воспользуемся первым условием коллинеарности: отношения соответствующих проекций равны между собой Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

Основные задачи о прямой на плоскости

1. Координаты точки пересечения двух прямых. Пусть две прямые заданы общими уравнениями Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюТребуется 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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Рис. 26. Угол между двумя прямыми.

Из рисунка видно, что Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюВычислимКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Наименьший угол между пересекающимися прямыми определим формулой Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюИз полученной формулы видно:

  • а) если прямые Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельны или совпадаютКак найти точку принадлежащую прямой по уравнениюто Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюОтсюда следует условие параллельности прямых: угловые коэффициенты прямых равны между собой Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению
  • б) если прямые Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюперпендикулярныКак найти точку принадлежащую прямой по уравнениюто Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюне существует.

Отсюда следует условие перпендикулярности прямых: угловые коэффициенты прямых связаны между собой соотношением Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Пример:

Определить угол между прямыми Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Решение:

В силу того, что Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениючто прямые параллельны, следовательно, Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Пример:

Выяснить взаимное расположение прямых Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Решение:

Так как угловые коэффициенты Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи связаны между собой соотношением Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюто прямые взаимно перпендикулярны.

3. Расстояние от точки до прямой. Расстояние от точки до прямой определятся вдоль перпендикуляра, опущенного из точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюна прямую Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюЕсли прямая Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюзадана общим уравнением, то расстояние от точки до прямой определяется формулой: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Если прямая Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюзадана уравнением прямой с угловым коэффициентом, то расстояние от точки до прямой определяется формулой: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Видео:Лекция 23. Виды уравнений прямой на плоскости.Скачать

Лекция 23. Виды уравнений прямой на плоскости.

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 точку принадлежащую прямой по уравнению. 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 точку принадлежащую прямой по уравнению.

Координатами точки М в заданной системе называются числа Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, обозначающие величину отрезка Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюоси абсцисс и величину отрезка Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюоси ординат, где х — первая координата, а у- вторая координата точки М (рис.7.1). Символически это записывается в виде М(х, у). Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению0, у>0;
  • третья координатная четверть: хКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению0, уКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению0;
  • четвертая координатная четверть: х>0, уКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению0.

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

Каждая точка М в полярной системе координат задается парой координат Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Декартова прямоугольная система координат связана с полярной системой формулами: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюили Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению(7.1.1)

Это и есть формула для вычисления расстояния между двумя точками. Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Важно иметь в виду, что эта формула остается в силе независимо от того, как расположены точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. Например, если точка Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюрасположена ниже точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи справа от нес, как на рис. 7.5, то отрезок Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюможно считать равныму Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Расстояние между точками, вычисляемое по формуле (7.1.1), от этого не изменится, так как Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. Заметим, что, так как величина Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюв этом случае отрицательна, то разность Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюбольше, чемКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Если обозначить через Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюугол, образованный положительным направлением оси абсцисс и отрезком Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, то формулы

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Пусть на плоскости даны две произвольные точки, из которых одна считается первой, другая — второй. Обозначим их в заданном порядке через Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. 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 точку принадлежащую прямой по уравнению.

Определение 7.1.1. Число Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюопределяемое равенством Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюгде Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению— величины направленных отрезков Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюоси u, называется отношением, в котором точка М делит направленный отрезок Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Число Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюне зависит от направления оси и от масштаба, т.к. при изменении этих параметров будут одновременно меняться величины Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. Кроме того, Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюбудет положительно, если Мнаходится между точками Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюесли же М вне отрезка Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, то Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению-отрицательное.

Задача о делении отрезка в данном отношении формулируется следующим образом:

Считая известными координаты двух точек Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи отношение Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюв котором некоторая неизвестная точка М делит отрезок Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, найти координаты точки М.

Решение задачи определяется следующей теоремой.

Теорема 7.1.1. Если точка М(х, у) делит направленный отрезок Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюв отношении Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюто координаты этой точки выражаются формулами:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Доказательство:

Спроектируем точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюна ось Ох и обозначим их проекции соответственно через Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению(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 точку принадлежащую прямой по уравнению

Подставив в (7.1.4) величины отрезков Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, получимКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Разрешая это уравнение относительно х, находим: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Вторая формула (7.1.3) получается аналогично. Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Если Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению— две произвольные точки и М(х,y) —

середина отрезка Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, то Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. Эти формулы

получаются из (7.1.3) при Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

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 точку принадлежащую прямой по уравнениюодной и той же прямой коллинеарны между собой, т.е.

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, .

Для всех направляющих векторов Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюданной прямой, не параллельной оси ординат, отношение Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюординаты вектора к его абсциссе имеет одно и то же постоянное значение k, называемое угловым коэффициентом данной прямой.

Действительно, если Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению— два направляющих вектора данной прямой /, то векторы коллинеарны, т.е.

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюих координаты пропорциональны: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюа значит Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

Так как треугольники BSQ и BRP подобны, то Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюили после упрощения

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению(не вертикальная прямая) Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, (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 точку принадлежащую прямой по уравнению, мы можем записать уравнение (7.2.4) в виде

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

или Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, 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 точку принадлежащую прямой по уравнению

Уравнение (7.2.4) называется общим уравнением прямой. Так

как Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, то вектор Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюявляется направляющим вектором прямой (7.2.4). Вектор Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюперпендикулярен прямой (7.2.4) и называется нормальным вектором. Возможны частные случаи:

1. Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюили у =b, где Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, -это уравнсние прямой, параллельной оси Ох.

2. Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюили х = а, где Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, — это уравнение прямой, параллельной оси Оу.

3. Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению— 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 точку принадлежащую прямой по уравнению

где Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению-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 точку принадлежащую прямой по уравнению. Тогда вектор Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюявляется направляющим вектором этой прямой l.

Геометрическое место концов всевозможных векторов вида Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюгде Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпробегает 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 точку принадлежащую прямой по уравнениюи воспользовавшись определением равенства векторов, получим параметрические уравнения прямой:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

где Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению— координаты направляющего вектора.

Система (7.3.3) равносильна уравнению

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюкоторое называется уравнением прямой, проходящей через две данные точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Если абсциссы точек Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюодинаковы, т. е. Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюто прямая Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельна оси ординат и ее уравнение имеет вид: х=а.

Если ординаты точек Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюодинаковы, т. е. Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, то прямая Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельна оси абсцисс и ее уравнение имеет вид: у=b. Уравнение (7.3.5) можно преобразовать к виду:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

угловой коэффициент прямой.

Уравнение (7.3.6) называется уравнением прямой, проходящей через точку Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи имеющей угловой коэффициент k.

Пример:

Составить уравнение прямой, проходящей через две точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Решение:

I способ. Воспользуемся уравнением (7.3.5). Подставив известные координаты точек Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, получим искомое уравнение прямой:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

II способ. Зная координаты точек Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпо формуле (7.3.7) можно найти угловой коэффициент искомой прямой:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Тогда, воспользовавшись уравнением (7.3.6), найдём искомое уравнение прямой: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Взаимное расположение двух прямых на плоскости

Пусть на плоскости заданы две прямые общими уравнениями Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. Угол между ними можно вычислить как угол между направляющими векторами

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюэтих прямых:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Если прямые параллельныКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению, то их нормальные векторы Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюколлинеарны, а это значит, что их соответствующих координаты пропорциональны:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельны тогда и только тогда, когда в их уравнениях коэффициенты при соответствующих переменных х и у пропорциональны.

Например, прямые Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельны,

т. к.Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Если прямые перпендикулярны Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, то их нормальные векторы Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениютоже перпендикулярны, а это значит, что скалярное произведение этих векторов равно нулю: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, или в координатной форме

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Теорема 7.4.2. Две прямые Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюперпендикулярны тогда и только тогда, когда коэффициенты при переменных х и у удовлетворяют равенству Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Например, прямые Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюперпендикулярны, так как

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Если прямые заданы уравнениями вида Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, то угол между ними находится по формуле:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению(7.4.5)

а для их перпендикулярности необходимо и достаточно, чтобы

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению(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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению,то из равенства Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюнаходим угловой коэффициент перпендикуляра Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. Подставляя найденное значение углового коэффициента Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи координаты точки Р (2, 3) в уравнение (7.3.6), получаем:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Решая систему уравнений, составленную из уравнений прямой АВ и перпендикуляра

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению(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 точку принадлежащую прямой по уравнению. 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 точку принадлежащую прямой по уравнениюто 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 точку принадлежащую прямой по уравнению

Пусть задано пространствоКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению. 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 точку принадлежащую прямой по уравнениюи вектора Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельного этой прямой.

Вектор Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, параллельный прямой, называется направляющим вектором этой прямой.

Итак, пусть прямая L проходит через точку Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, лежащую на прямой, параллельно вектору Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению(см. рис. 7.9).

Рассмотрим произвольную точку M(x,y,z) на этой прямой. Из рисунка видно, что вектор Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельный (коллинеарный) вектору Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. Поскольку векторы Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюколлинеарны, то найдётся такое число t, что Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, где множитель t может принимать любое числовое значение в зависимости от положения точки М на прямой.

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Уравнение Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению(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 точку принадлежащую прямой по уравнению(см. рис. 7.9). Запишем это уравнение в координатной форме. Подставив координаты векторов Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюв уравнение (7.5.1) и воспользовавшись определением алгебраических операций над векторами и равенством векторов, получим уравнения:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

и приравняв найденные значенияt получим канонические уравнения прямой:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Если прямая L в пространстве задается двумя своими точками Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению,то вектор

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

где Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. (7.5.4)- это уравнение прямой, проходящей через две заданные точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Пример:

Составить параметрические уравнения прямой, проходящей через точкуКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению, перпендикулярно плоскости Oxz.

Решение:

В качестве направляющего вектора Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюискомой прямой можно взять единичный вектор оси Оу: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению• Подставив значения координат точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи значения координат направляющего вектора в уравнения (7.5.2), получаем: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Пример:

Записать уравнения прямой Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюв параметрическом виде.

ОбозначимКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению. Тогда Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению,

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, откуда следует, что Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Замечание. Пусть прямая перпендикулярна одной из координатных осей, например, оси Ох. Тогда направляющий вектор Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

прямой перпендикулярный оси Ох, имеет координаты (о; n; р) и параметрические уравнения прямой примут вид Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Исключая из уравнений параметр t, получим уравнения прямой в виде

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Аналогично, канонические уравнения

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюопределяют 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 точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельно вектору Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Решение:

Подставив координаты точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, и вектора Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюв (7.5.2) и (7.5.3), находим искомые канонические уравнения:

.Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи параметрические уравнения:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Пример:

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

а) прямой Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению;

Решение:

а) Поскольку направляющий вектор заданной прямой

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюявляется направляющим вектором искомой прямой, то

подставив координаты точки М(2; -1; 4) и вектора Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюв (7.5.3) получим уравнение искомой прямой: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

б) Поскольку единичный вектор оси О х: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюбудет направляющим вектором искомой прямой, то подставив в уравнение

(7.5.3) координаты точки М(2; -1; 4 ) и вектора Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, получаем:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

в) В качестве направляющего вектора Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюискомой прямой можно взять единичный вектор оси Оу: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. В соответствии с уравнением (7.5.3), получаем Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюили Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

г) Единичный вектор оси Oz : Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюбудет направляющим вектором искомой прямой. В соответствии с уравнением (7.5.3), получаем

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Пример:

Составить уравнение прямой, проходящей через две заданные точки Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Решение:

Подставив координаты точек Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюв уравнение

(7.5.4), получим:Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению

Очевидно, что за угол Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюмежду прямыми можно принять угол между их направляющими векторами Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, косинус которого находится по формуле:

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Условия параллельности и перпендикулярности двух прямых равносильны условиям параллельности и перпендикулярности их направляющих векторовКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению:

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

т.е. Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллельна Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениютогда и только тогда, когда Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюпараллелен

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

Две прямые перпендикулярны тогда и только тогда, когда сумма произведений соответствующих координат направляющих векторов равна нулю: Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Пример:

Найти угол между прямыми Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Решение:

Воспользуемся формулой (7.6.1), в которую подставим координаты направляющих векторов Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюи

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению. Тогда Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению, откуда Как найти точку принадлежащую прямой по уравнениюилиКак найти точку принадлежащую прямой по уравнению.

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.

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 точку принадлежащую прямой по уравнению, образованный полупрямой M0Q, лежащей выше оси М0х’ или совпадающей с ней, называется углом между данной прямой и осью Ох.

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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 точку принадлежащую прямой по уравнению. 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 точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

Как найти точку принадлежащую прямой по уравнению

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

Видеоурок "Общие уравнения прямой"Скачать

Видеоурок "Общие уравнения прямой"

Уравнение параллельной прямойСкачать

Уравнение параллельной прямой

Записать уравнение прямой параллельной или перпендикулярной данной.Скачать

Записать уравнение прямой параллельной или перпендикулярной данной.

Аналитическая геометрия, 6 урок, Уравнение прямойСкачать

Аналитическая геометрия, 6 урок, Уравнение прямой

№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.

Видеоурок "Нормальное уравнение прямой"Скачать

Видеоурок "Нормальное уравнение прямой"

Видеоурок "Параметрические уравнения прямой"Скачать

Видеоурок "Параметрические уравнения прямой"

12. Уравнения прямой в пространстве Решение задачСкачать

12. Уравнения прямой в пространстве Решение задач
Поделиться или сохранить к себе: