Vi kommer att betrakta en linje på ett plan som ställe punkter M(x, y) som uppfyller något villkor.
Om i Kartesiskt system koordinater, skriv ner egenskapen som alla punkter på linjen har, genom att koppla ihop koordinaterna och några konstanter kan du få en ekvation av formen: F(x, y) = 0 eller .
Exempel. Skriv ekvationen för en cirkel med centrum i punkten C(x 0 , y 0) och radien R.
En cirkel är det geometriska stället för punkter på samma avstånd från punkt C. Låt oss ta punkt M med nuvarande koordinater. Sedan |CM| = R eller eller .
Om cirkelns mittpunkt är i origo, då är x 2 + y 2 = R 2 .
Inte varje ekvation av formen F(x, y) = 0 definierar en linje i den angivna betydelsen: x 2 + y 2 = 0 är en punkt.
Rakt på ett plan.
Linjer på ett givet plan är ett specialfall av linjer i rymden. Därför kan deras ekvationer erhållas från motsvarande ekvationer av linjer i rymden.
Allmän ekvation för en rät linje på ett plan. Ekvation för en rät linje med en vinkelkoefficient.
Någon direkt till XOY plan kan specificeras som skärningslinjen för Ax + By + Cz + D = 0-planet med XOY-planet: z = 0.
- rak linje i XOY-planet: Axe + By + D = 0.
Den resulterande ekvationen kallas allmän ekvation hetero. I framtiden kommer vi att skriva det i formen:
Axe + By + C = 0 (1)
1) Låt , då eller y = kx + b (2) – ekvation för en rät linje med en vinkelkoefficient. låt oss ta reda på geometrisk betydelse k och b.
Låt oss sätta x = 0. Då är y = b linjens initiala ordinatan.
Låt oss sätta y = 0. Sedan ; - lutningskoefficient för en rät linje.
Specialfall: a) b = 0, y=kx – linjen går genom origo; b) k = 0, y = b – rät linje parallell med OX-axeln; b) om B = 0, då Ax + C = 0, ,
Detta är platsen för punkter med konstant abskiss lika med a, dvs. den räta linjen är vinkelrät mot OX-axeln.
Ekvation för en rät linje i segment.
Låt den allmänna ekvationen för en rät linje ges: Ax + By + C = 0, och . Låt oss dividera båda sidor med –C:
eller (3),
Var ; . Detta är ekvationen för en linje i segment. Siffrorna a och b är värdena för segmenten avskurna på koordinataxlarna.
Ekvation för en linje som går igenom denna punkt med en given lutning.
Låt en punkt M 0 (x 0 , y 0) som ligger på en rät linje L och en vinkelkoefficient k ges. Låt oss skriva ekvationen:
Här är b okänd. Låt oss hitta det, med hänsyn till att M 0 L:
y0 = kx 0 + b (**).
Subtrahera term för term från (1) (2):
y – y 0 = k(x – x 0) (4).
Ekvationen för en linje som går genom en given punkt i en given riktning.
Ekvation för en linje som går genom två givna punkter.
Låt två punkter M 1 (x 1 , y 1) och M 2 (x 2 , y 2) L ges. Låt oss skriva ekvation (4) på formen: y – y 1 = k(x – x 1). Därför att M 2 L, sedan y 2 – y 1 = k(x 2 – x 1). Låt oss dela upp det term för term:
(5),
Denna ekvation är vettig om , . Om x 1 = x 2, då M 1 (x 1, y 1) och M 2 (x 1, y 2). Om y2 = y1, då M1 (x 1, y 1); M2 (x 2, y 1).
Således, om en av nämnarna i (5) blir noll, måste motsvarande täljare sättas lika med noll.
Exempel. M1 (3, 1) och M2 (-1, 4). Skriv ekvationen för linjen som går genom dessa punkter. Hitta k.
Ekvation för en linje på ett plan.
Som bekant bestäms varje punkt på planet av två koordinater i något koordinatsystem. Koordinatsystemen kan vara olika beroende på val av underlag och ursprung.
Definition. Linjeekvation kallas förhållande y = f(x ) mellan koordinaterna för punkterna som utgör denna linje.
Observera att ekvationen för en linje kan uttryckas parametriskt, det vill säga att varje koordinat för varje punkt uttrycks genom någon oberoende parametert.
Ett typiskt exempel är en rörlig punkts bana. I det här fallet spelas parameterns roll av tiden.
Ekvation för en rät linje på ett plan.
Definition. Vilken rät linje som helst på planet kan specificeras med en första ordningens ekvation
Axe + Wu + C = 0,
Dessutom är konstanterna A och B inte lika med noll samtidigt, dvs. A 2 + B 2¹ 0. Denna första ordningens ekvation kallas generell ekvation för en rät linje.
Beroende på värdena konstant A, B och C följande specialfall är möjliga:
C = 0, A10, B1 0 – rät linje går genom origo
A = 0, B ¹ 0, C ¹ 0 ( By + C = 0) - rät linje parallell med Ox-axeln
B = 0, A ¹ 0, C ¹ 0 ( Ax + C = 0) – rät linje parallell med Oy-axeln
B = C = 0, A^ 0 – rät linje sammanfaller med Oy-axeln
A = C = 0, B^ 0 – rät linje sammanfaller med Ox-axeln
Ekvationen för en rät linje kan representeras i i olika former beroende på alla givna initiala förutsättningar.
Avstånd från en punkt till en linje.
Sats. Om en punkt M(x 0, y 0) ges, så bestäms avståndet till linjen Ax + Bу + C = 0 som
.
Bevis. Låt punkten M 1 (x 1, y 1) vara basen för den vinkelräta som faller från punkt M till en given rät linje. Då är avståndet mellan punkterna M och M 1:
(1)
Koordinater x 1 och y 1 kan hittas som en lösning på ekvationssystemet:
Systemets andra ekvation är ekvationen för en linje som går genom en given punkt M 0 vinkelrätt mot en given linje.
Om vi transformerar den första ekvationen i systemet till formen:
A(x – x 0) + B(y – y 0) + Ax 0 + By 0 + C = 0,
sedan, lösa, får vi:
Genom att ersätta dessa uttryck i ekvation (1) finner vi:
.
Teoremet är bevisat.
Exempel. Bestäm vinkeln mellan räta linjer: y = -3 x + 7; y = 2 x + 1.
Ki = -3; k2 = 2 tg j =; j = p/4.
Exempel. Visa att linjerna 3x – 5y + 7 = 0 och 10x + 6y – 3 = 0 är vinkelräta.
Vi finner: k 1 = 3/5, k 2 = -5/3, k 1 k 2 = -1, därför är linjerna vinkelräta.
Exempel. Med tanke på hörnen på triangeln A(0; 1), B (6; 5), C (12; -1). Hitta ekvationen för höjden från vertex C.
10.1. Grundläggande koncept
En linje på ett plan betraktas (specificeras) som en uppsättning punkter som endast har en viss geometrisk egenskap som är inneboende i dem. Till exempel är en cirkel med radien R mängden av alla punkter i planet som ligger på ett avstånd - R från någon fast punkt O (cirkelns centrum).
Införandet av ett koordinatsystem på ett plan gör det möjligt för en att bestämma positionen för en punkt på planet genom att ange två siffror - dess koordinater och positionen för en linje på planet som ska bestämmas med hjälp av en ekvation (dvs. en likhet som förbinder koordinaterna för punkter på linjen).
Linjeekvation(eller kurva) på Oxy-planet är en sådan ekvation F(x;y) = 0 med två variabler, som är uppfylld av x- och y-koordinaterna för varje punkt på linjen och inte uppfylls av koordinaterna för någon punkt som inte ligger på denna linje.
Variablerna x och y i en linjes ekvation kallas de aktuella koordinaterna för punkterna på linjen.
Ekvationen för en linje gör det möjligt för studiet av de geometriska egenskaperna hos en linje att ersättas med studiet av dess ekvation.
Så för att fastställa om punkt A(x 0 ; y 0) ligger på en given linje, räcker det att kontrollera (utan att tillgripa geometriska konstruktioner) om koordinaterna för punkt A uppfyller ekvationen för denna linje i den valda koordinaten systemet.
Problemet med att hitta skärningspunkterna för två linjer, givet av ekvationerna F 1 (x 1 ;y 1) = 0 och F 2 (x 2 ;y) = 0, reduceras till att hitta punkter vars koordinater uppfyller ekvationerna för båda linjer, dvs det reduceras till att lösa ett system av två ekvationer med två okända:
Om detta system inte har några riktiga lösningar, skärs inte linjerna.
Konceptet med ekvationen för en linje i ett polärt koordinatsystem introduceras på liknande sätt.
Ekvationen F(r; φ)=O kallas ekvationen för en given linje i det polära koordinatsystemet om koordinaterna för någon punkt som ligger på denna linje, och endast de, uppfyller denna ekvation.
En linje på ett plan kan definieras med två ekvationer:
där x och y är koordinaterna för en godtycklig punkt M(x; y) som ligger på en given linje, och t är en variabel som kallas en parameter; parametern t bestämmer positionen för punkten (x; y) på planet.
Till exempel, om x = t + 1, y = t 2, så motsvarar värdet på parametern t = 1 punkten (3; 4) på planet, eftersom x = 1 + 1 = 3, y = 22 - 4.
Om parametern t ändras, flyttas punkten på planet, vilket beskriver denna linje. Denna metod för att definiera en linje kallas parametrisk, och ekvationer (10.1) - parametriska ekvationer rader.
För att gå från parametriska ekvationer för en linje till en ekvation av formen F(x;y) = 0, är det nödvändigt att på något sätt eliminera parametern t från de två ekvationerna.
Till exempel från ekvationerna genom att ersätta t = x
i den andra ekvationen är det lätt att få ekvationen y = x 2 ; eller y-x 2 = 0, d.v.s. av formen F(x; y) = 0. Observera dock att en sådan övergång inte är alltid möjligt.
En linje på ett plan kan specificeras med en vektorekvation r =r(t), där t är en skalär variabel parameter. Varje värde t 0 motsvarar en specifik vektor r =r(t) plan. När parametern t ändras, slutet av vektorn r =r(t) kommer att beskriva en viss linje (se fig. 31).
Vektor linje ekvation r =r(t) i Oxy-koordinatsystemet motsvarar två skalära ekvationer (10.1), dvs. projektionsekvationerna på koordinataxlarna för linjens vektorekvation är dess parametriska ekvationer. I Vektorekvationen och I-linjens parametriska ekvationer har en mekanisk betydelse. Om en punkt rör sig på ett plan kallas de angivna ekvationerna för rörelseekvationer, och linjen kallas för punktens bana parametern t är tid. Så varje linje på planet motsvarar någon ekvation av formen F(x; y) = 0.
Till varje ekvation av formen F(x; y) = 0 motsvarar i allmänhet en viss linje, vars egenskaper bestäms av denna ekvation (uttrycket "allmänt sett" betyder att ovanstående tillåter undantag. ekvation (x-2) 2 + (y- 3) 2 = 0 motsvarar inte linjen, utan punkten (2; 3); ekvationen x 2 + y 2 + 5 = 0 motsvarar inte någon geometrisk bild på planet).
I analytisk geometri Två huvudproblem uppstår på planet. Först: att veta geometriska egenskaper kurva, hitta dess ekvation) andra: känna till ekvationen för kurvan, studera dess form och egenskaper.
Figurerna 32-40 visar exempel på några kurvor och deras ekvationer.
10.2. Ekvationer för en linje på ett plan
Den enklaste av linjer är en rak linje. Olika sätt att ange en rät linje motsvarar i ett rektangulärt koordinatsystem olika typer hennes ekvationer.
Ekvation för en rät linje med lutning
Låt en godtycklig rät linje ges på Oxy-planet, inte parallellt med axeln OU. Dess position bestäms helt av ordinatan b för punkten N(0; b) för skärningspunkten med Oy-axeln och vinkeln a mellan Ox-axeln och den räta linjen (se fig. 41).