Egy síkon lévő vonalat úgy fogunk tekinteni, mint locus M(x, y) pontok, amelyek valamilyen feltételt teljesítenek.
Ha be Descartes-rendszer koordináták, írjuk fel azt a tulajdonságot, amivel az egyenes minden pontja rendelkezik, a koordinátákat és néhány állandót összekapcsolva egy F(x, y) = 0 vagy formájú egyenletet kaphatunk.
Példa. Írja fel a C(x 0 , y 0) pontban lévő középpontú és R sugarú kör egyenletét!
A kör a C ponttól egyenlő távolságra lévő pontok geometriai helye. Vegyük az M pontot aktuális koordinátákkal. Ezután |CM| = R vagy vagy .
Ha a kör középpontja az origóban van, akkor x 2 + y 2 = R 2 .
Nem minden F(x, y) = 0 alakú egyenlet határoz meg egyenest a jelzett értelemben: x 2 + y 2 = 0 egy pont.
Egyenesen egy repülőn.
Az adott síkon lévő egyenesek a térbeli vonalak speciális esetei. Ezért egyenleteik a térbeli vonalak megfelelő egyenleteiből nyerhetők.
Egy síkon lévő egyenes általános egyenlete. Egy egyenes egyenlete szögegyütthatóval.
Bármilyen közvetlen XOY repülőgép az Ax + By + Cz + D = 0 sík és az XOY sík metszésvonalaként adható meg: z = 0.
- egyenes az XOY síkban: Ax + By + D = 0.
A kapott egyenletet ún általános egyenlet egyenes. A jövőben a következő formában írjuk:
Ax + By + C = 0 (1)
1) Legyen , akkor vagy y = kx + b (2) – szögegyütthatós egyenes egyenlete. találjuk ki geometriai jelentése k és b.
Tegyük fel x = 0-t. Ekkor y = b az egyenes kezdő ordinátája.
Tegyük fel y = 0-t. Ekkor ; - egy egyenes meredekségi együtthatója.
Speciális esetek: a) b = 0, y=kx – az egyenes átmegy az origón; b) k = 0, y = b – az OX tengellyel párhuzamos egyenes; b) ha B = 0, akkor Ax + C = 0, ,
Ez azoknak a pontoknak a lokusza, amelyeknek állandó abszcisszája egyenlő a-val, i.e. az egyenes merőleges az OX tengelyre.
Egyenes egyenlete szakaszokban.
Legyen adott az egyenes általános egyenlete: Ax + By + C = 0, és . Osszuk el mindkét oldalt –C-vel:
vagy (3),
Ahol ; . Ez egy vonal egyenlete szakaszokban. Az a és b számok a koordinátatengelyeken levágott szakaszok értékei.
Egy átmenő egyenes egyenlete ez a pont adott lejtéssel.
Legyen adott egy L egyenesen fekvő M 0 (x 0, y 0) pont és egy k szögegyüttható. Írjuk fel az egyenletet:
Itt b ismeretlen. Keressük meg, figyelembe véve, hogy M 0 L:
y 0 = kx 0 + b (**).
Vonja ki kifejezésenként az (1) (2) pontból:
y – y 0 = k(x – x 0) (4).
Egy adott ponton adott irányban átmenő egyenes egyenlete.
Két adott ponton átmenő egyenes egyenlete.
Legyen adott két M 1 (x 1 , y 1) és M 2 (x 2 , y 2) L pont. Írjuk fel a (4) egyenletet a következő alakban: y – y 1 = k(x – x 1). Mert M 2 L, akkor y 2 – y 1 = k(x 2 – x 1). Osszuk el kifejezésekkel:
(5),
Ennek az egyenletnek akkor van értelme, ha , . Ha x 1 = x 2, akkor M 1 (x 1, y 1) és M 2 (x 1, y 2). Ha y 2 = y 1, akkor M 1 (x 1, y 1); M 2 (x 2, y 1).
Így, ha az (5) egyik nevezője nullává válik, akkor a megfelelő számlálót nullára kell állítani.
Példa. M 1 (3, 1) és M 2 (-1, 4). Írja fel az ezeken a pontokon átmenő egyenes egyenletét! Keresse meg k.
Egy síkon lévő egyenes egyenlete.
Mint ismeretes, a sík bármely pontját két koordináta határozza meg valamilyen koordinátarendszerben. A koordinátarendszerek a bázis és az eredet megválasztásától függően eltérőek lehetnek.
Meghatározás. Vonalegyenlet aránynak nevezzük y = f(x ) az ezt az egyenest alkotó pontok koordinátái között.
Megjegyzendő, hogy egy egyenes egyenlete kifejezhető paraméteresen, azaz minden pont minden koordinátája valamilyen független paraméteren keresztül van kifejezve.t.
Tipikus példa egy mozgó pont pályája. Ebben az esetben a paraméter szerepét az idő játssza.
Egy síkon lévő egyenes egyenlete.
Meghatározás. A síkon lévő bármely egyenes megadható egy elsőrendű egyenlettel
Ax + Wu + C = 0,
Ráadásul az A és B állandók nem egyenlők egyszerre nullával, azaz. A 2 + B 2¹ 0. Ezt az elsőrendű egyenletet nevezzük egy egyenes általános egyenlete.
Az értékektől függően A, B állandóés C a következő speciális esetek lehetségesek:
C = 0, A¹0, B¹ 0 – egyenes halad át az origón
A = 0, B 1 0, C 1 0 ( + C-vel = 0) - az Ox tengellyel párhuzamos egyenes
B = 0, A ¹ 0, C 1 0 ( Ax + C = 0) – az Oy tengellyel párhuzamos egyenes
B = C = 0, A1 0 – egyenes egybeesik az Oy tengellyel
A = C = 0, B1 0 – az egyenes egybeesik az Ox tengellyel
Az egyenes egyenlete ábrázolható különféle formákban az adott kezdeti feltételektől függően.
Távolság egy ponttól egy vonalig.
Tétel. Ha adott egy M(x 0, y 0) pont, akkor az Ax + Bу + C = 0 egyenes távolságát a következőképpen határozzuk meg:
.
Bizonyíték. Legyen M 1 (x 1, y 1) pont az M pontból adott egyenesre ejtett merőleges alapja. Ekkor az M és M 1 pontok közötti távolság:
(1)
Koordináták x 1 és y 1 az egyenletrendszer megoldásaként:
A rendszer második egyenlete egy adott egyenesre merőleges M 0 ponton átmenő egyenes egyenlete.
Ha a rendszer első egyenletét alakra alakítjuk:
A(x – x 0) + B(y – y 0) + Ax 0 + 0 szerint + C = 0,
majd megoldva kapjuk:
Ezeket a kifejezéseket az (1) egyenletbe behelyettesítve azt kapjuk, hogy:
.
A tétel bizonyítást nyert.
Példa. Határozza meg az egyenesek közötti szöget: y = -3 x + 7; y = 2 x + 1.
K1 = -3; k 2 = 2 tg j = ; j = p /4.
Példa. Mutassuk meg, hogy a 3x – 5y + 7 = 0 és a 10x + 6y – 3 = 0 egyenesek merőlegesek.
Találjuk: k 1 = 3/5, k 2 = -5/3, k 1 k 2 = -1, ezért az egyenesek merőlegesek.
Példa. Adott az A(0; 1) háromszög csúcsai, B (6; 5), C (12; -1). Határozzuk meg a C csúcsból húzott magasság egyenletét!
10.1. Alapfogalmak
Egy síkon lévő egyenest olyan pontok halmazának tekintjük (meghatározva), amelyeknek valamilyen geometriai tulajdonsága van, amely csak rájuk jellemző. Például egy R sugarú kör a sík összes pontjának halmaza, amelyek - R - távolságra helyezkednek el valamely rögzített O ponttól (a kör középpontjától).
A koordináta-rendszer bevezetése egy síkon lehetővé teszi egy pont helyzetének meghatározását a síkon két szám megadásával - a koordinátáit, és egy egyenes helyzetét a síkon, amelyet egyenlet (vagyis összekötő egyenlőség) segítségével kell meghatározni. az egyenes pontjainak koordinátái).
Vonalegyenlet(vagy görbe) az Oxy síkon egy olyan F(x;y) = 0 egyenlet két változóval, amely teljesül az egyenes minden pontjának x és y koordinátáival, és nem teljesül egyetlen pont koordinátái sem. ezen a vonalon fekszik.
Az egyenes egyenletben szereplő x és y változókat a vonalpontok aktuális koordinátáinak nevezzük.
Az egyenes egyenlete lehetővé teszi, hogy egy egyenes geometriai tulajdonságainak tanulmányozását az egyenletének tanulmányozásával helyettesítsük.
Tehát annak megállapításához, hogy az A(x 0 ; y 0) pont egy adott egyenesen fekszik-e, elegendő (geometriai konstrukciók igénybevétele nélkül) ellenőrizni, hogy az A pont koordinátái kielégítik-e ennek az egyenesnek az egyenletét a választott koordinátán. rendszer.
Az F 1 (x 1 ;y 1) = 0 és F 2 (x 2 ;y) = 0 egyenletek által adott két egyenes metszéspontjainak megtalálásának problémája lecsökkenti azokat a pontokat, amelyek koordinátái kielégítik mindkét egyenletet. vonalak, azaz két egyenletrendszer megoldására redukálódik két ismeretlennel:
Ha ennek a rendszernek nincsenek valós megoldásai, akkor az egyenesek nem metszik egymást.
Hasonló módon vezetjük be a poláris koordináta-rendszerben az egyenes egyenletének fogalmát.
Az F(r; φ)=O egyenletet egy adott egyenes egyenletének nevezzük a polárkoordináta-rendszerben, ha bármely ezen az egyenesen található pont koordinátái teljesítik ezt az egyenletet.
Egy síkon lévő egyenes két egyenlettel definiálható:
ahol x és y egy adott egyenesen fekvő tetszőleges M(x; y) pont koordinátái, t pedig egy paraméternek nevezett változó; a t paraméter határozza meg az (x; y) pont helyzetét a síkon.
Például, ha x = t + 1, y = t 2, akkor a t = 1 paraméter értéke a síkon lévő (3; 4) pontnak felel meg, mivel x = 1 + 1 = 3, y = 22 - 4.
Ha a t paraméter változik, akkor a síkon lévő pont elmozdul, leírva ezt az egyenest. Ezt a vonal meghatározásának módszerét ún parametrikus, és a (10.1) egyenletek - parametrikus egyenletek vonalak.
Ahhoz, hogy egy egyenes parametrikus egyenleteiről egy F(x;y) = 0 alakú egyenletre lépjünk át, a t paramétert valahogyan ki kell távolítani a két egyenletből.
Például az egyenletekből t = x behelyettesítésével
a második egyenletbe könnyen beszerezhető az y = x 2 egyenlet; vagy y-x 2 = 0, azaz F(x; y) = 0 alakú. Azonban vegye figyelembe, hogy egy ilyen átmenet nem mindig lehetséges.
Egy síkon lévő egyenes vektoregyenlettel adható meg r =r(t), ahol t egy skaláris változó paraméter. Minden t 0 érték egy adott vektornak felel meg r =r(t) repülőgép. Amikor a t paraméter megváltozik, a vektor vége r =r(t) egy bizonyos sort fog leírni (lásd 31. ábra).
Vektoros egyenlet r =r(t) az Oxy koordinátarendszerben két skaláris egyenletnek (10.1) felel meg, azaz az egyenes vektoregyenletének koordinátatengelyeire vonatkozó vetületek egyenletei parametrikus egyenletek. I A vektoregyenletnek és az I egyenes paraméteres egyenleteinek mechanikai jelentése van. Ha egy pont egy síkon mozog, akkor a jelzett egyenleteket mozgásegyenleteknek, az egyenest pedig a pont pályájának nevezzük, a t paraméter az idő. Tehát a síkon minden egyenes megfelel valamilyen F(x; y) = 0 alakú egyenletnek.
Bármely F(x; y) = 0 alakú egyenlethez általánosságban szólva megfelel egy bizonyos egyenes, amelynek tulajdonságait ez az egyenlet határozza meg (az „általánosan szólva” kifejezés azt jelenti, hogy a fentiek kivételeket tesznek lehetővé. Így a az (x-2) 2 + (y- 3) 2 = 0 egyenlet nem az egyenesnek, hanem a (2; 3) pontnak felel meg, az x 2 + y 2 + 5 = 0 egyenlet nem felel meg semmilyen geometriai képnek a repülőn).
BAN BEN analitikus geometria két fő probléma merül fel a gépen. Először is: tudni geometriai tulajdonságok görbe, keresse meg az egyenletét) második: a görbe egyenletének ismeretében tanulmányozza annak alakját és tulajdonságait.
A 32-40. ábrák néhány görbére és azok egyenleteire mutatnak példákat.
10.2. Egy síkon lévő egyenes egyenletei
A legegyszerűbb vonal az egyenes. Egy téglalap alakú koordinátarendszerben az egyenes megadásának különböző módjai felelnek meg különböző típusok az egyenleteit.
A meredekségű egyenes egyenlete
Legyen adott egy tetszőleges egyenes az Oxy síkon, ne a tengellyel párhuzamos OU. Helyét teljesen meghatározza az Oy tengellyel metsző N(0; b) pont b ordinátája, valamint az Ox tengely és az egyenes közötti a szög (lásd 41. ábra).