Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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.

Содержание
  1. Уравнения двух плоскостей, задающих прямую линию в пространстве
  2. Нахождение координат точки, лежащей на прямой, по которой пересекаются плоскости
  3. Направляющий вектор прямой, по которой пересекаются две плоскости
  4. Переход к параметрическим и каноническим уравнениям прямой в пространстве
  5. Прямая линия на плоскости и в пространстве с примерами решения
  6. Виды уравнений прямой
  7. Основные задачи о прямой на плоскости
  8. Прямая линия на плоскости и в пространстве. Системы координат на плоскости
  9. Основная теорема о прямой линии на плоскости
  10. Различные виды уравнений прямой на плоскости
  11. Взаимное расположение двух прямых на плоскости
  12. Прямая линия в пространстве
  13. Взаимное расположение двух прямых в пространстве
  14. Вычисление уравнения прямой
  15. Уравнение прямой
  16. Уравнение прямой на плоскости
  17. Уравнение прямой с угловым коэффициентом
  18. Уравнение прямой в отрезках на осях
  19. Уравнение прямой, проходящей через две различные точки на плоскости
  20. Параметрическое уравнение прямой на плоскости
  21. Каноническое уравнение прямой на плоскости
  22. Уравнение прямой в пространстве
  23. Уравнение прямой, проходящей через две различные точки в пространстве
  24. Параметрическое уравнение прямой в пространстве
  25. Каноническое уравнение прямой в пространстве
  26. Прямая как линия пересечения двух плоскостей
  27. 📽️ Видео

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.

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 .

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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:Написать канонические и параметрические уравнения прямой в пространствеСкачать

Написать канонические и параметрические уравнения прямой в пространстве

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

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

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:13. Общие уравнения прямой в пространстве / приведение к каноническому видуСкачать

13. Общие уравнения прямой в пространстве / приведение к каноническому виду

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:Составляем уравнение прямой по точкамСкачать

Составляем уравнение прямой по точкам

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 задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений

в) Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений— 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 задано системой из 2 уравнений

Рассмотрим частные случаи этого уравнения:

а) С = 0; Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений— прямая проходит начало системы координат (Рис. 20):

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Рис. 20. Прямая, проходящая через начало координат.

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

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.

Виды уравнений прямой

1. Уравнение прямой с угловым коэффициентом. Пусть дано общее уравнение прямой Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийв котором коэффициент Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийРазрешим общее уравнение прямой относительно переменной Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийОбозначим через Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийтогда уравнение примет вид Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийкоторое называется уравнением прямой с угловым коэффициентом. Выясним геометрический смысл параметров Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийПри х = 0, у = b, т.е. параметр b показывает, какой величины отрезок отсекает прямая на оси ординат, считая от начала отсчета. При Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийт.е. прямая отсекает на оси абсцисс отрезок к Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений(Рис. 23, для определенности принято, что Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений):

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

Из рисунка видно, что Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийт.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 задано системой из 2 уравненийВыполним следующие преобразования Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Обозначим через Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийтогда последнее равенство перепишется в виде Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. 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 задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравненийТак как точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийлежат на прямой, то их координаты удовлетворяют общему уравнению прямой, т.е. выполняются равенства Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийВычтем первое из этих равенств из общего уравнения прямой и из второго равенства:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Пусть Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийтогда полученные равенства можно преобразовать к виду Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийОтсюда находим, что Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийили Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийПолученное уравнение называется уравнением прямой, проходящей через две заданные точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

4. Уравнение прямой, проходящей через заданную точку Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпараллельно заданному вектору Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений(каноническое уравнение прямой). Пусть прямая проходит через заданную точку Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпараллельно вектору Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Определение: Вектор Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийназывается направляющим вектором прямой. Возьмем на прямой произвольную точку Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи создадим вектор Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений(Рис. 25):

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

В силу того, что вектора Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийколлинеарны, то воспользуемся первым условием коллинеарности: отношения соответствующих проекций равны между собой Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений

Основные задачи о прямой на плоскости

1. Координаты точки пересечения двух прямых. Пусть две прямые заданы общими уравнениями Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийТребуется 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 задано системой из 2 уравнений

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Рис. 26. Угол между двумя прямыми.

Из рисунка видно, что Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийВычислимУравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Наименьший угол между пересекающимися прямыми определим формулой Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийИз полученной формулы видно:

  • а) если прямые Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпараллельны или совпадаютУравнение прямой задано системой из 2 уравненийто Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийОтсюда следует условие параллельности прямых: угловые коэффициенты прямых равны между собой Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений
  • б) если прямые Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийперпендикулярныУравнение прямой задано системой из 2 уравненийто Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийне существует.

Отсюда следует условие перпендикулярности прямых: угловые коэффициенты прямых связаны между собой соотношением Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Пример:

Определить угол между прямыми Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Решение:

В силу того, что Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийчто прямые параллельны, следовательно, Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Пример:

Выяснить взаимное расположение прямых Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Решение:

Так как угловые коэффициенты Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи связаны между собой соотношением Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийто прямые взаимно перпендикулярны.

3. Расстояние от точки до прямой. Расстояние от точки до прямой определятся вдоль перпендикуляра, опущенного из точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийна прямую Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийЕсли прямая Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийзадана общим уравнением, то расстояние от точки до прямой определяется формулой: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Если прямая Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийзадана уравнением прямой с угловым коэффициентом, то расстояние от точки до прямой определяется формулой: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Видео:Видеоурок "Канонические уравнения прямой"Скачать

Видеоурок "Канонические уравнения прямой"

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 задано системой из 2 уравнений. 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 задано системой из 2 уравнений.

Координатами точки М в заданной системе называются числа Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, обозначающие величину отрезка Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийоси абсцисс и величину отрезка Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийоси ординат, где х — первая координата, а у- вторая координата точки М (рис.7.1). Символически это записывается в виде М(х, у). Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений0, у>0;
  • третья координатная четверть: хУравнение прямой задано системой из 2 уравнений0, уУравнение прямой задано системой из 2 уравнений0;
  • четвертая координатная четверть: х>0, уУравнение прямой задано системой из 2 уравнений0.

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 задано системой из 2 уравнений

Каждая точка М в полярной системе координат задается парой координат Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Декартова прямоугольная система координат связана с полярной системой формулами: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Основным инструментом аналитической геометрии служит формула для вычисления расстояния между двумя точкамиУравнение прямой задано системой из 2 уравненийи Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Числа Уравнение прямой задано системой из 2 уравнениймогут быть любыми действительными числами, положительными, отрицательными или 0. На рис. 7.4 все числа выбраны положительными. Проведем через точку Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийгоризонтальную прямую, а через точку Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений— вертикальную. Пусть R -точка их пересечения. Тогда по теореме Пифагора

Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийили Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений(7.1.1)

Это и есть формула для вычисления расстояния между двумя точками. Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Важно иметь в виду, что эта формула остается в силе независимо от того, как расположены точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Например, если точка Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийрасположена ниже точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи справа от нес, как на рис. 7.5, то отрезок Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийможно считать равныму Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Расстояние между точками, вычисляемое по формуле (7.1.1), от этого не изменится, так как Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Заметим, что, так как величина Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийв этом случае отрицательна, то разность Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийбольше, чемУравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Если обозначить через Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийугол, образованный положительным направлением оси абсцисс и отрезком Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, то формулы

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

позволяющие определить полярный угол отрезка по координатам его конца и начала. Кроме того, если u — произвольная ось, а Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений— угол наклона отрезка Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийк этой оси, то проекция отрезка на ось равна его длине, умноженной на косинус угла наклона к этой оси:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Пусть на плоскости даны две произвольные точки, из которых одна считается первой, другая — второй. Обозначим их в заданном порядке через Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. 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 задано системой из 2 уравнений.

Определение 7.1.1. Число Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийопределяемое равенством Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийгде Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений— величины направленных отрезков Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийоси u, называется отношением, в котором точка М делит направленный отрезок Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Число Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийне зависит от направления оси и от масштаба, т.к. при изменении этих параметров будут одновременно меняться величины Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Кроме того, Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийбудет положительно, если Мнаходится между точками Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийесли же М вне отрезка Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, то Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений-отрицательное.

Задача о делении отрезка в данном отношении формулируется следующим образом:

Считая известными координаты двух точек Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи отношение Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийв котором некоторая неизвестная точка М делит отрезок Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, найти координаты точки М.

Решение задачи определяется следующей теоремой.

Теорема 7.1.1. Если точка М(х, у) делит направленный отрезок Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийв отношении Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийто координаты этой точки выражаются формулами:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Доказательство:

Спроектируем точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийна ось Ох и обозначим их проекции соответственно через Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений(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 задано системой из 2 уравнений

Подставив в (7.1.4) величины отрезков Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, получимУравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Разрешая это уравнение относительно х, находим: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Вторая формула (7.1.3) получается аналогично. Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Если Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений— две произвольные точки и М(х,y) —

середина отрезка Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, то Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Эти формулы

получаются из (7.1.3) при Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

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 задано системой из 2 уравненийодной и той же прямой коллинеарны между собой, т.е.

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, .

Для всех направляющих векторов Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийданной прямой, не параллельной оси ординат, отношение Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийординаты вектора к его абсциссе имеет одно и то же постоянное значение k, называемое угловым коэффициентом данной прямой.

Действительно, если Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений— два направляющих вектора данной прямой /, то векторы коллинеарны, т.е.

Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийих координаты пропорциональны: Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийа значит Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений

Так как треугольники BSQ и BRP подобны, то Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийили после упрощения

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений(не вертикальная прямая) Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, (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 задано системой из 2 уравнений, мы можем записать уравнение (7.2.4) в виде

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

или Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, 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 задано системой из 2 уравнений

Уравнение (7.2.4) называется общим уравнением прямой. Так

как Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, то вектор Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийявляется направляющим вектором прямой (7.2.4). Вектор Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийперпендикулярен прямой (7.2.4) и называется нормальным вектором. Возможны частные случаи:

1. Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийили у =b, где Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, -это уравнсние прямой, параллельной оси Ох.

2. Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийили х = а, где Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, — это уравнение прямой, параллельной оси Оу.

3. Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений— 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 задано системой из 2 уравнений

где Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений-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 задано системой из 2 уравнений. Тогда вектор Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийявляется направляющим вектором этой прямой l.

Геометрическое место концов всевозможных векторов вида Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийгде Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпробегает 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 задано системой из 2 уравненийи воспользовавшись определением равенства векторов, получим параметрические уравнения прямой:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

где Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений— координаты направляющего вектора.

Система (7.3.3) равносильна уравнению

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийкоторое называется уравнением прямой, проходящей через две данные точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Если абсциссы точек Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийодинаковы, т. е. Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийто прямая Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпараллельна оси ординат и ее уравнение имеет вид: х=а.

Если ординаты точек Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийодинаковы, т. е. Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, то прямая Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпараллельна оси абсцисс и ее уравнение имеет вид: у=b. Уравнение (7.3.5) можно преобразовать к виду:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

угловой коэффициент прямой.

Уравнение (7.3.6) называется уравнением прямой, проходящей через точку Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи имеющей угловой коэффициент k.

Пример:

Составить уравнение прямой, проходящей через две точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Решение:

I способ. Воспользуемся уравнением (7.3.5). Подставив известные координаты точек Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, получим искомое уравнение прямой:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

II способ. Зная координаты точек Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпо формуле (7.3.7) можно найти угловой коэффициент искомой прямой:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Тогда, воспользовавшись уравнением (7.3.6), найдём искомое уравнение прямой: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Взаимное расположение двух прямых на плоскости

Пусть на плоскости заданы две прямые общими уравнениями Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Угол между ними можно вычислить как угол между направляющими векторами

Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийэтих прямых:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Если прямые параллельныУравнение прямой задано системой из 2 уравнений, то их нормальные векторы Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийколлинеарны, а это значит, что их соответствующих координаты пропорциональны:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравненийпараллельны тогда и только тогда, когда в их уравнениях коэффициенты при соответствующих переменных х и у пропорциональны.

Например, прямые Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпараллельны,

т. к.Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Если прямые перпендикулярны Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, то их нормальные векторы Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийтоже перпендикулярны, а это значит, что скалярное произведение этих векторов равно нулю: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, или в координатной форме

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

Теорема 7.4.2. Две прямые Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийперпендикулярны тогда и только тогда, когда коэффициенты при переменных х и у удовлетворяют равенству Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Например, прямые Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийперпендикулярны, так как

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Если прямые заданы уравнениями вида Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, то угол между ними находится по формуле:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений(7.4.5)

а для их перпендикулярности необходимо и достаточно, чтобы

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений(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 задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений,то из равенства Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийнаходим угловой коэффициент перпендикуляра Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Подставляя найденное значение углового коэффициента Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи координаты точки Р (2, 3) в уравнение (7.3.6), получаем:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Решая систему уравнений, составленную из уравнений прямой АВ и перпендикуляра

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений(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 задано системой из 2 уравнений. 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 задано системой из 2 уравненийто 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 задано системой из 2 уравнений

Пусть задано пространствоУравнение прямой задано системой из 2 уравнений. 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 задано системой из 2 уравненийи вектора Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпараллельного этой прямой.

Вектор Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, параллельный прямой, называется направляющим вектором этой прямой.

Итак, пусть прямая L проходит через точку Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, лежащую на прямой, параллельно вектору Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийУравнение прямой задано системой из 2 уравнений(см. рис. 7.9).

Рассмотрим произвольную точку M(x,y,z) на этой прямой. Из рисунка видно, что вектор Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпараллельный (коллинеарный) вектору Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Поскольку векторы Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийколлинеарны, то найдётся такое число t, что Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, где множитель t может принимать любое числовое значение в зависимости от положения точки М на прямой.

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Уравнение Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений(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 задано системой из 2 уравнений(см. рис. 7.9). Запишем это уравнение в координатной форме. Подставив координаты векторов Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийв уравнение (7.5.1) и воспользовавшись определением алгебраических операций над векторами и равенством векторов, получим уравнения:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений

и приравняв найденные значенияt получим канонические уравнения прямой:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Если прямая L в пространстве задается двумя своими точками Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений,то вектор

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

где Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. (7.5.4)- это уравнение прямой, проходящей через две заданные точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Пример:

Составить параметрические уравнения прямой, проходящей через точкуУравнение прямой задано системой из 2 уравнений, перпендикулярно плоскости Oxz.

Решение:

В качестве направляющего вектора Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийискомой прямой можно взять единичный вектор оси Оу: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений• Подставив значения координат точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи значения координат направляющего вектора в уравнения (7.5.2), получаем: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Пример:

Записать уравнения прямой Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийв параметрическом виде.

ОбозначимУравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Тогда Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений,

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, откуда следует, что Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Замечание. Пусть прямая перпендикулярна одной из координатных осей, например, оси Ох. Тогда направляющий вектор Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

прямой перпендикулярный оси Ох, имеет координаты (о; n; р) и параметрические уравнения прямой примут вид Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Исключая из уравнений параметр t, получим уравнения прямой в виде

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Однако и в этом случае формально можно записывать канонические уравнения прямой в виде Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Таким образом, если в знаменателе одной из дробей стоит нуль, то это означает, что прямая перпендикулярна соответствующей координатной оси.

Аналогично, канонические уравнения

Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийопределяют 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 задано системой из 2 уравненийпараллельно вектору Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Решение:

Подставив координаты точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, и вектора Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийв (7.5.2) и (7.5.3), находим искомые канонические уравнения:

.Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи параметрические уравнения:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Пример:

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

а) прямой Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений;

Решение:

а) Поскольку направляющий вектор заданной прямой

Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийявляется направляющим вектором искомой прямой, то

подставив координаты точки М(2; -1; 4) и вектора Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийв (7.5.3) получим уравнение искомой прямой: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

б) Поскольку единичный вектор оси О х: Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийбудет направляющим вектором искомой прямой, то подставив в уравнение

(7.5.3) координаты точки М(2; -1; 4 ) и вектора Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, получаем:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

в) В качестве направляющего вектора Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийискомой прямой можно взять единичный вектор оси Оу: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. В соответствии с уравнением (7.5.3), получаем Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийили Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

г) Единичный вектор оси Oz : Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийбудет направляющим вектором искомой прямой. В соответствии с уравнением (7.5.3), получаем

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Пример:

Составить уравнение прямой, проходящей через две заданные точки Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Решение:

Подставив координаты точек Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийв уравнение

(7.5.4), получим:Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений

Очевидно, что за угол Уравнение прямой задано системой из 2 уравнениймежду прямыми можно принять угол между их направляющими векторами Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, косинус которого находится по формуле:

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Условия параллельности и перпендикулярности двух прямых равносильны условиям параллельности и перпендикулярности их направляющих векторовУравнение прямой задано системой из 2 уравнений:

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

т.е. Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпараллельна Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийтогда и только тогда, когда Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийпараллелен

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Две прямые перпендикулярны тогда и только тогда, когда сумма произведений соответствующих координат направляющих векторов равна нулю: Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Пример:

Найти угол между прямыми Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Решение:

Воспользуемся формулой (7.6.1), в которую подставим координаты направляющих векторов Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийи

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений. Тогда Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений, откуда Уравнение прямой задано системой из 2 уравненийилиУравнение прямой задано системой из 2 уравнений.

Видео:Видеоурок "Общие уравнения прямой"Скачать

Видеоурок "Общие уравнения 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 задано системой из 2 уравнений, образованный полупрямой M0Q, лежащей выше оси М0х’ или совпадающей с ней, называется углом между данной прямой и осью Ох.

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений. 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 задано системой из 2 уравнений

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

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

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:Аналитическая геометрия, 6 урок, Уравнение прямойСкачать

Аналитическая геометрия, 6 урок, Уравнение прямой

Уравнение прямой

Уравнение прямой задано системой из 2 уравнений

Видео:9 класс, 7 урок, Уравнение прямойСкачать

9 класс, 7 урок, Уравнение прямой

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 задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений

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 задано системой из 2 уравнений

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:Уравнения стороны треугольника и медианыСкачать

Уравнения стороны треугольника и медианы

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 задано системой из 2 уравненийx = 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

Видеоурок "Параметрические уравнения прямой"Скачать

Видеоурок "Параметрические уравнения прямой"

Каноническое уравнение прямой в пространстве Преход от общего уравненияСкачать

Каноническое уравнение прямой в пространстве  Преход от общего уравнения

Лекция 23. Виды уравнений прямой на плоскости.Скачать

Лекция 23. Виды уравнений прямой на плоскости.

Математика без Ху!ни. Уравнение плоскости.Скачать

Математика без Ху!ни. Уравнение плоскости.

Параметрические уравнения прямойСкачать

Параметрические уравнения прямой

12. Уравнения прямой в пространстве Решение задачСкачать

12. Уравнения прямой в пространстве Решение задач

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

Уравнение прямой в пространстве через 2 точки. 11 класс.

Видеоурок "Уравнение прямой с угловым коэффициентом"Скачать

Видеоурок "Уравнение прямой с угловым коэффициентом"

Уравнение прямой на плоскости. Решение задачСкачать

Уравнение прямой на плоскости. Решение задач
Поделиться или сохранить к себе: