Уравнение прямой через центр координат

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

Видео:Уравнение прямой проходящей через начало координат 7 - 8 клСкачать

Уравнение прямой проходящей через начало координат 7 - 8 кл

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.

Видео:Уравнение прямой, проходящей через начало координатСкачать

Уравнение прямой, проходящей через начало координат

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.

Уравнение прямой через центр координат

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.

Уравнение прямой через центр координат

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:9 класс, 7 урок, Уравнение прямойСкачать

9 класс, 7 урок, Уравнение прямой

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.

Уравнение прямой через центр координат

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.

Уравнение прямой через центр координат

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:№967. Напишите уравнение окружности с центром в начале координат, проходящей через точку В (-1; 3).Скачать

№967. Напишите уравнение окружности с центром в начале координат, проходящей через точку В (-1; 3).

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

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

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:Аналитическая геометрия, 6 урок, Уравнение прямойСкачать

Аналитическая геометрия, 6 урок, Уравнение прямой

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:Уравнение прямой, проходящей через точку параллельно OX, OY или через начало координат. Урок 5. 8 клСкачать

Уравнение прямой, проходящей через точку параллельно OX, OY или через начало координат. Урок 5. 8 кл

Уравнение прямой

Уравнение прямой через центр координат

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.

Уравнение прямой через центр координат

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.

Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат

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: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 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

Уравнение прямой через центр координатx = 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:№972. Напишите уравнение прямой, проходящей через две данные точки: а) А (1; -1) и В (-3; 2)Скачать

№972. Напишите уравнение прямой, проходящей через две данные точки: а) А (1; -1) и В (-3; 2)

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 Уравнение прямой через центр координат

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) Уравнение прямой через центр координат

в) Уравнение прямой через центр координат— 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 Уравнение прямой через центр координат

Рассмотрим частные случаи этого уравнения:

а) С = 0; Уравнение прямой через центр координат— прямая проходит начало системы координат (Рис. 20):

Уравнение прямой через центр координат

Рис. 20. Прямая, проходящая через начало координат.

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

Уравнение прямой через центр координат

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

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

Уравнение прямой через центр координат

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

Видео:Геометрия 9 класс (Урок№9 - Уравнение линии на плоскости. Уравнение окружности. Уравнение прямой.)Скачать

Геометрия 9 класс (Урок№9 - Уравнение линии на плоскости. Уравнение окружности. Уравнение прямой.)

Виды уравнений прямой

1. Уравнение прямой с угловым коэффициентом. Пусть дано общее уравнение прямой Уравнение прямой через центр координатв котором коэффициент Уравнение прямой через центр координатРазрешим общее уравнение прямой относительно переменной Уравнение прямой через центр координатОбозначим через Уравнение прямой через центр координаттогда уравнение примет вид Уравнение прямой через центр координаткоторое называется уравнением прямой с угловым коэффициентом. Выясним геометрический смысл параметров Уравнение прямой через центр координатПри х = 0, у = b, т.е. параметр b показывает, какой величины отрезок отсекает прямая на оси ординат, считая от начала отсчета. При Уравнение прямой через центр координатт.е. прямая отсекает на оси абсцисс отрезок к Уравнение прямой через центр координат(Рис. 23, для определенности принято, что Уравнение прямой через центр координат):

Уравнение прямой через центр координат

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

Из рисунка видно, что Уравнение прямой через центр координатт.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 Уравнение прямой через центр координатВыполним следующие преобразования Уравнение прямой через центр координат

Обозначим через Уравнение прямой через центр координаттогда последнее равенство перепишется в виде Уравнение прямой через центр координат. 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.

Уравнение прямой через центр координат

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: Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат

Пусть Уравнение прямой через центр координаттогда полученные равенства можно преобразовать к виду Уравнение прямой через центр координатОтсюда находим, что Уравнение прямой через центр координатили Уравнение прямой через центр координатПолученное уравнение называется уравнением прямой, проходящей через две заданные точки Уравнение прямой через центр координати Уравнение прямой через центр координат

4. Уравнение прямой, проходящей через заданную точку Уравнение прямой через центр координатпараллельно заданному вектору Уравнение прямой через центр координат(каноническое уравнение прямой). Пусть прямая проходит через заданную точку Уравнение прямой через центр координатпараллельно вектору Уравнение прямой через центр координат

Определение: Вектор Уравнение прямой через центр координатназывается направляющим вектором прямой. Возьмем на прямой произвольную точку Уравнение прямой через центр координати создадим вектор Уравнение прямой через центр координат Уравнение прямой через центр координат(Рис. 25):

Уравнение прямой через центр координат

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

В силу того, что вектора Уравнение прямой через центр координатколлинеарны, то воспользуемся первым условием коллинеарности: отношения соответствующих проекций равны между собой Уравнение прямой через центр координат

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 Уравнение прямой через центр координат

Основные задачи о прямой на плоскости

1. Координаты точки пересечения двух прямых. Пусть две прямые заданы общими уравнениями Уравнение прямой через центр координатТребуется 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 Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат

Рис. 26. Угол между двумя прямыми.

Из рисунка видно, что Уравнение прямой через центр координатВычислимУравнение прямой через центр координат

Уравнение прямой через центр координат

Наименьший угол между пересекающимися прямыми определим формулой Уравнение прямой через центр координатИз полученной формулы видно:

  • а) если прямые Уравнение прямой через центр координатпараллельны или совпадаютУравнение прямой через центр координатто Уравнение прямой через центр координатОтсюда следует условие параллельности прямых: угловые коэффициенты прямых равны между собой Уравнение прямой через центр координат
  • б) если прямые Уравнение прямой через центр координатперпендикулярныУравнение прямой через центр координатто Уравнение прямой через центр координатне существует.

Отсюда следует условие перпендикулярности прямых: угловые коэффициенты прямых связаны между собой соотношением Уравнение прямой через центр координат

Пример:

Определить угол между прямыми Уравнение прямой через центр координат

Решение:

В силу того, что Уравнение прямой через центр координатчто прямые параллельны, следовательно, Уравнение прямой через центр координат

Пример:

Выяснить взаимное расположение прямых Уравнение прямой через центр координат

Решение:

Так как угловые коэффициенты Уравнение прямой через центр координати связаны между собой соотношением Уравнение прямой через центр координатто прямые взаимно перпендикулярны.

3. Расстояние от точки до прямой. Расстояние от точки до прямой определятся вдоль перпендикуляра, опущенного из точки Уравнение прямой через центр координатна прямую Уравнение прямой через центр координатЕсли прямая Уравнение прямой через центр координатзадана общим уравнением, то расстояние от точки до прямой определяется формулой: Уравнение прямой через центр координат

Если прямая Уравнение прямой через центр координатзадана уравнением прямой с угловым коэффициентом, то расстояние от точки до прямой определяется формулой: Уравнение прямой через центр координат

Видео:9 класс. Геометрия. Декартовы координаты. Уравнение окружности. Уравнение прямой. Урок #6Скачать

9 класс. Геометрия. Декартовы координаты. Уравнение окружности. Уравнение прямой. Урок #6

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 Уравнение прямой через центр координат. 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 Уравнение прямой через центр координат.

Координатами точки М в заданной системе называются числа Уравнение прямой через центр координат, обозначающие величину отрезка Уравнение прямой через центр координатоси абсцисс и величину отрезка Уравнение прямой через центр координатоси ординат, где х — первая координата, а у- вторая координата точки М (рис.7.1). Символически это записывается в виде М(х, у). Уравнение прямой через центр координат

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). Уравнение прямой через центр координат

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

  • первая координатная четверть: х>0, у>0;
  • вторая координатная четверть: хУравнение прямой через центр координат0, у>0;
  • третья координатная четверть: хУравнение прямой через центр координат0, уУравнение прямой через центр координат0;
  • четвертая координатная четверть: х>0, уУравнение прямой через центр координат0.

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). Уравнение прямой через центр координат

Каждая точка М в полярной системе координат задается парой координат Уравнение прямой через центр координат.

Декартова прямоугольная система координат связана с полярной системой формулами: Уравнение прямой через центр координат

Основным инструментом аналитической геометрии служит формула для вычисления расстояния между двумя точкамиУравнение прямой через центр координати Уравнение прямой через центр координат. Числа Уравнение прямой через центр координатмогут быть любыми действительными числами, положительными, отрицательными или 0. На рис. 7.4 все числа выбраны положительными. Проведем через точку Уравнение прямой через центр координатгоризонтальную прямую, а через точку Уравнение прямой через центр координат— вертикальную. Пусть R -точка их пересечения. Тогда по теореме Пифагора

Уравнение прямой через центр координатили Уравнение прямой через центр координат(7.1.1)

Это и есть формула для вычисления расстояния между двумя точками. Уравнение прямой через центр координат

Важно иметь в виду, что эта формула остается в силе независимо от того, как расположены точки Уравнение прямой через центр координат. Например, если точка Уравнение прямой через центр координатрасположена ниже точки Уравнение прямой через центр координати справа от нес, как на рис. 7.5, то отрезок Уравнение прямой через центр координатможно считать равныму Уравнение прямой через центр координат.

Расстояние между точками, вычисляемое по формуле (7.1.1), от этого не изменится, так как Уравнение прямой через центр координат. Заметим, что, так как величина Уравнение прямой через центр координатв этом случае отрицательна, то разность Уравнение прямой через центр координатбольше, чемУравнение прямой через центр координат

Уравнение прямой через центр координат

Если обозначить через Уравнение прямой через центр координатугол, образованный положительным направлением оси абсцисс и отрезком Уравнение прямой через центр координат, то формулы

Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат

позволяющие определить полярный угол отрезка по координатам его конца и начала. Кроме того, если u — произвольная ось, а Уравнение прямой через центр координат— угол наклона отрезка Уравнение прямой через центр координатк этой оси, то проекция отрезка на ось равна его длине, умноженной на косинус угла наклона к этой оси:

Уравнение прямой через центр координат.

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

Определение 7.1.1. Число Уравнение прямой через центр координатопределяемое равенством Уравнение прямой через центр координатгде Уравнение прямой через центр координат— величины направленных отрезков Уравнение прямой через центр координатоси u, называется отношением, в котором точка М делит направленный отрезок Уравнение прямой через центр координат.

Число Уравнение прямой через центр координатне зависит от направления оси и от масштаба, т.к. при изменении этих параметров будут одновременно меняться величины Уравнение прямой через центр координат. Кроме того, Уравнение прямой через центр координатбудет положительно, если Мнаходится между точками Уравнение прямой через центр координатесли же М вне отрезка Уравнение прямой через центр координат, то Уравнение прямой через центр координат-отрицательное.

Задача о делении отрезка в данном отношении формулируется следующим образом:

Считая известными координаты двух точек Уравнение прямой через центр координати Уравнение прямой через центр координат Уравнение прямой через центр координати отношение Уравнение прямой через центр координатв котором некоторая неизвестная точка М делит отрезок Уравнение прямой через центр координат, найти координаты точки М.

Решение задачи определяется следующей теоремой.

Теорема 7.1.1. Если точка М(х, у) делит направленный отрезок Уравнение прямой через центр координатв отношении Уравнение прямой через центр координатто координаты этой точки выражаются формулами:

Уравнение прямой через центр координат

Доказательство:

Спроектируем точки Уравнение прямой через центр координатна ось Ох и обозначим их проекции соответственно через Уравнение прямой через центр координат(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:

Уравнение прямой через центр координат

Подставив в (7.1.4) величины отрезков Уравнение прямой через центр координати

Уравнение прямой через центр координат, получимУравнение прямой через центр координат

Уравнение прямой через центр координат

Разрешая это уравнение относительно х, находим: Уравнение прямой через центр координат

Вторая формула (7.1.3) получается аналогично. Уравнение прямой через центр координат

Если Уравнение прямой через центр координат— две произвольные точки и М(х,y) —

середина отрезка Уравнение прямой через центр координат, то Уравнение прямой через центр координат. Эти формулы

получаются из (7.1.3) при Уравнение прямой через центр координат.

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 Уравнение прямой через центр координатодной и той же прямой коллинеарны между собой, т.е.

Уравнение прямой через центр координат, .

Для всех направляющих векторов Уравнение прямой через центр координатданной прямой, не параллельной оси ординат, отношение Уравнение прямой через центр координатординаты вектора к его абсциссе имеет одно и то же постоянное значение k, называемое угловым коэффициентом данной прямой.

Действительно, если Уравнение прямой через центр координат— два направляющих вектора данной прямой /, то векторы коллинеарны, т.е.

Уравнение прямой через центр координатих координаты пропорциональны: Уравнение прямой через центр координата значит Уравнение прямой через центр координат

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.

Уравнение прямой через центр координат

Так как треугольники BSQ и BRP подобны, то Уравнение прямой через центр координатили после упрощения

Уравнение прямой через центр координат

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:

Уравнение прямой через центр координат(не вертикальная прямая) Уравнение прямой через центр координат, (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 Уравнение прямой через центр координат, мы можем записать уравнение (7.2.4) в виде

Уравнение прямой через центр координат

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

или Уравнение прямой через центр координат, 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. Уравнение прямой через центр координат

Уравнение (7.2.4) называется общим уравнением прямой. Так

как Уравнение прямой через центр координат, то вектор Уравнение прямой через центр координатявляется направляющим вектором прямой (7.2.4). Вектор Уравнение прямой через центр координатперпендикулярен прямой (7.2.4) и называется нормальным вектором. Возможны частные случаи:

1. Уравнение прямой через центр координатили у =b, где Уравнение прямой через центр координат, -это уравнсние прямой, параллельной оси Ох.

2. Уравнение прямой через центр координатили х = а, где Уравнение прямой через центр координат, — это уравнение прямой, параллельной оси Оу.

3. Уравнение прямой через центр координат— 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:

Уравнение прямой через центр координат

где Уравнение прямой через центр координат-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 Уравнение прямой через центр координат. Тогда вектор Уравнение прямой через центр координатявляется направляющим вектором этой прямой l.

Геометрическое место концов всевозможных векторов вида Уравнение прямой через центр координатгде Уравнение прямой через центр координатпробегает 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 Уравнение прямой через центр координати воспользовавшись определением равенства векторов, получим параметрические уравнения прямой:

Уравнение прямой через центр координат

где Уравнение прямой через центр координат— координаты направляющего вектора.

Система (7.3.3) равносильна уравнению

Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координаткоторое называется уравнением прямой, проходящей через две данные точки Уравнение прямой через центр координат

Если абсциссы точек Уравнение прямой через центр координатодинаковы, т. е. Уравнение прямой через центр координатто прямая Уравнение прямой через центр координатпараллельна оси ординат и ее уравнение имеет вид: х=а.

Если ординаты точек Уравнение прямой через центр координатодинаковы, т. е. Уравнение прямой через центр координат, то прямая Уравнение прямой через центр координатпараллельна оси абсцисс и ее уравнение имеет вид: у=b. Уравнение (7.3.5) можно преобразовать к виду:

Уравнение прямой через центр координат

Уравнение прямой через центр координат

Уравнение прямой через центр координат

угловой коэффициент прямой.

Уравнение (7.3.6) называется уравнением прямой, проходящей через точку Уравнение прямой через центр координати имеющей угловой коэффициент k.

Пример:

Составить уравнение прямой, проходящей через две точки Уравнение прямой через центр координат

Решение:

I способ. Воспользуемся уравнением (7.3.5). Подставив известные координаты точек Уравнение прямой через центр координат, получим искомое уравнение прямой:

Уравнение прямой через центр координат

II способ. Зная координаты точек Уравнение прямой через центр координатпо формуле (7.3.7) можно найти угловой коэффициент искомой прямой:

Уравнение прямой через центр координат

Тогда, воспользовавшись уравнением (7.3.6), найдём искомое уравнение прямой: Уравнение прямой через центр координат.

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

Уравнение прямой через центр координат.

Взаимное расположение двух прямых на плоскости

Пусть на плоскости заданы две прямые общими уравнениями Уравнение прямой через центр координат. Угол между ними можно вычислить как угол между направляющими векторами

Уравнение прямой через центр координатэтих прямых:

Уравнение прямой через центр координат

Если прямые параллельныУравнение прямой через центр координат, то их нормальные векторы Уравнение прямой через центр координатколлинеарны, а это значит, что их соответствующих координаты пропорциональны:

Уравнение прямой через центр координат

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

Теорема 7.4.1. Две прямые Уравнение прямой через центр координатпараллельны тогда и только тогда, когда в их уравнениях коэффициенты при соответствующих переменных х и у пропорциональны.

Например, прямые Уравнение прямой через центр координатпараллельны,

т. к.Уравнение прямой через центр координат.

Если прямые перпендикулярны Уравнение прямой через центр координат, то их нормальные векторы Уравнение прямой через центр координаттоже перпендикулярны, а это значит, что скалярное произведение этих векторов равно нулю: Уравнение прямой через центр координат, или в координатной форме

Уравнение прямой через центр координат

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

Теорема 7.4.2. Две прямые Уравнение прямой через центр координатперпендикулярны тогда и только тогда, когда коэффициенты при переменных х и у удовлетворяют равенству Уравнение прямой через центр координат.

Например, прямые Уравнение прямой через центр координатперпендикулярны, так как

Уравнение прямой через центр координат.

Если прямые заданы уравнениями вида Уравнение прямой через центр координати Уравнение прямой через центр координат, то угол между ними находится по формуле:

Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат(7.4.5)

а для их перпендикулярности необходимо и достаточно, чтобы

Уравнение прямой через центр координат(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:

Уравнение прямой через центр координат

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 Уравнение прямой через центр координат,то из равенства Уравнение прямой через центр координатнаходим угловой коэффициент перпендикуляра Уравнение прямой через центр координат. Подставляя найденное значение углового коэффициента Уравнение прямой через центр координати координаты точки Р (2, 3) в уравнение (7.3.6), получаем:

Уравнение прямой через центр координат.

Решая систему уравнений, составленную из уравнений прямой АВ и перпендикуляра

Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат

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:

Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат(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: Уравнение прямой через центр координат. 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 Уравнение прямой через центр координатто 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).

Уравнение прямой через центр координат

Пусть задано пространствоУравнение прямой через центр координат. 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 Уравнение прямой через центр координати вектора Уравнение прямой через центр координатпараллельного этой прямой.

Вектор Уравнение прямой через центр координат, параллельный прямой, называется направляющим вектором этой прямой.

Итак, пусть прямая L проходит через точку Уравнение прямой через центр координат, лежащую на прямой, параллельно вектору Уравнение прямой через центр координатУравнение прямой через центр координат(см. рис. 7.9).

Рассмотрим произвольную точку M(x,y,z) на этой прямой. Из рисунка видно, что вектор Уравнение прямой через центр координатпараллельный (коллинеарный) вектору Уравнение прямой через центр координат. Поскольку векторы Уравнение прямой через центр координатколлинеарны, то найдётся такое число t, что Уравнение прямой через центр координат, где множитель t может принимать любое числовое значение в зависимости от положения точки М на прямой.

Уравнение прямой через центр координат

Уравнение Уравнение прямой через центр координат(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: Уравнение прямой через центр координат(см. рис. 7.9). Запишем это уравнение в координатной форме. Подставив координаты векторов Уравнение прямой через центр координатв уравнение (7.5.1) и воспользовавшись определением алгебраических операций над векторами и равенством векторов, получим уравнения:

Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат

и приравняв найденные значенияt получим канонические уравнения прямой:

Уравнение прямой через центр координат

Если прямая L в пространстве задается двумя своими точками Уравнение прямой через центр координат,то вектор

Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат

где Уравнение прямой через центр координат. (7.5.4)- это уравнение прямой, проходящей через две заданные точки Уравнение прямой через центр координат

Пример:

Составить параметрические уравнения прямой, проходящей через точкуУравнение прямой через центр координат, перпендикулярно плоскости Oxz.

Решение:

В качестве направляющего вектора Уравнение прямой через центр координатискомой прямой можно взять единичный вектор оси Оу: Уравнение прямой через центр координат• Подставив значения координат точки Уравнение прямой через центр координати значения координат направляющего вектора в уравнения (7.5.2), получаем: Уравнение прямой через центр координат.

Пример:

Записать уравнения прямой Уравнение прямой через центр координатв параметрическом виде.

ОбозначимУравнение прямой через центр координат. Тогда Уравнение прямой через центр координат,

Уравнение прямой через центр координат, откуда следует, что Уравнение прямой через центр координат.

Замечание. Пусть прямая перпендикулярна одной из координатных осей, например, оси Ох. Тогда направляющий вектор Уравнение прямой через центр координат

прямой перпендикулярный оси Ох, имеет координаты (о; n; р) и параметрические уравнения прямой примут вид Уравнение прямой через центр координат

Исключая из уравнений параметр t, получим уравнения прямой в виде

Уравнение прямой через центр координат

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

Аналогично, канонические уравнения

Уравнение прямой через центр координатопределяют прямую перпендикулярную осям О х и О у или параллельную оси О z.

Пример:

Составить канонические и параметрические уравнения прямой, проходящей через точку Уравнение прямой через центр координатпараллельно вектору Уравнение прямой через центр координат

Решение:

Подставив координаты точки Уравнение прямой через центр координат, и вектора Уравнение прямой через центр координатв (7.5.2) и (7.5.3), находим искомые канонические уравнения:

.Уравнение прямой через центр координати параметрические уравнения:

Уравнение прямой через центр координат

Пример:

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

а) прямой Уравнение прямой через центр координат;

Решение:

а) Поскольку направляющий вектор заданной прямой

Уравнение прямой через центр координатявляется направляющим вектором искомой прямой, то

подставив координаты точки М(2; -1; 4) и вектора Уравнение прямой через центр координатв (7.5.3) получим уравнение искомой прямой: Уравнение прямой через центр координат

б) Поскольку единичный вектор оси О х: Уравнение прямой через центр координатбудет направляющим вектором искомой прямой, то подставив в уравнение

(7.5.3) координаты точки М(2; -1; 4 ) и вектора Уравнение прямой через центр координат, получаем:

Уравнение прямой через центр координат

в) В качестве направляющего вектора Уравнение прямой через центр координатискомой прямой можно взять единичный вектор оси Оу: Уравнение прямой через центр координат. В соответствии с уравнением (7.5.3), получаем Уравнение прямой через центр координатили Уравнение прямой через центр координат.

г) Единичный вектор оси Oz : Уравнение прямой через центр координатбудет направляющим вектором искомой прямой. В соответствии с уравнением (7.5.3), получаем

Уравнение прямой через центр координат

Пример:

Составить уравнение прямой, проходящей через две заданные точки Уравнение прямой через центр координат

Решение:

Подставив координаты точек Уравнение прямой через центр координатв уравнение

(7.5.4), получим:Уравнение прямой через центр координат

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:

Уравнение прямой через центр координат

Очевидно, что за угол Уравнение прямой через центр координатмежду прямыми можно принять угол между их направляющими векторами Уравнение прямой через центр координати

Уравнение прямой через центр координат, косинус которого находится по формуле:

Уравнение прямой через центр координат

Условия параллельности и перпендикулярности двух прямых равносильны условиям параллельности и перпендикулярности их направляющих векторовУравнение прямой через центр координат:

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

Уравнение прямой через центр координат

т.е. Уравнение прямой через центр координатпараллельна Уравнение прямой через центр координаттогда и только тогда, когда Уравнение прямой через центр координатпараллелен

Уравнение прямой через центр координат.

Две прямые перпендикулярны тогда и только тогда, когда сумма произведений соответствующих координат направляющих векторов равна нулю: Уравнение прямой через центр координат

Пример:

Найти угол между прямыми Уравнение прямой через центр координати

Уравнение прямой через центр координат

Решение:

Воспользуемся формулой (7.6.1), в которую подставим координаты направляющих векторов Уравнение прямой через центр координати

Уравнение прямой через центр координат. Тогда Уравнение прямой через центр координат, откуда Уравнение прямой через центр координатилиУравнение прямой через центр координат.

Видео:ГЕОМЕТРИЯ 9 класс: Уравнение окружности и прямойСкачать

ГЕОМЕТРИЯ 9 класс: Уравнение окружности и прямой

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 Уравнение прямой через центр координат, образованный полупрямой M0Q, лежащей выше оси М0х’ или совпадающей с ней, называется углом между данной прямой и осью Ох.

Уравнение прямой через центр координат

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 Уравнение прямой через центр координат. 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:

Уравнение прямой через центр координат

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

Уравнение прямой через центр координат

Уравнение прямой через центр координат

Уравнение прямой через центр координат

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

Составить уравнение прямой, проходящей через две данные точки. Метод координат. Геометрия 9 классСкачать

Составить уравнение прямой, проходящей через две данные точки. Метод координат. Геометрия 9 класс

Уравнение окружности (1)Скачать

Уравнение окружности (1)

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.

Уравнение прямой.Скачать

Уравнение прямой.

Уравнение прямой на плоскостиСкачать

Уравнение прямой на плоскости

§12 Полярное уравнение прямойСкачать

§12 Полярное уравнение прямой

9 класс, 6 урок, Уравнение окружностиСкачать

9 класс, 6 урок, Уравнение окружности
Поделиться или сохранить к себе: