Уравнение прямой линии
Понятие прямой линии - первичное в геометрии. Свойства прямой определяются аксиомами геометрии. Геометрически построить линию можно разными способами :
Задать две точки на плоскости.
Задать одну точку M0(x0 ,y0 ) и направляющий вектор a
Задать одну точку M0(x0 ,y0 ) и нормальный вектор n
Задать одну точку и угол наклона к оси Ox .
Каждому из этих способов задания прямой линии соответствует своя форма уравнения.
Вывод уравнения прямой линии.
1. Заданы точка M0(x0 ,y0 ) и направляющий вектор a = {a1,a2}.
1) Пусть M(x,y) - произвольная точка прямой.
2) Общее свойство : любой отрезок прямой, в том числе и вектор М0М , коллинеарен вектору a , т.е. М0М=kа
3) Переход к координатной форме этого условия
(x - x0) i + (y - y0) j = (a1 i + a2 j)
Из этих равенств следует каноническое уравнение прямой:
(x - x0 )/a1 = ( y - y0 ) /a2 ( 1 )
2. Заданы две точки M1(x1,y1) и M2(x2,y2) на прямой.
Вектор М1М2 может служить направляющим вектором
М1М2= a = {x2 - x1 , y2- y1}
и тогда каноническое уравнение прямой переходит в уравнение прямой проходящей через две точки
(x - x1) / (x2 - x1) = (y - y1) / (y2 - y1) ( 2 )
Если заданы точки пересечения прямой с осями координат
М1(a,0) и М2(0,b), то получаем уравнение прямой в отрезках
x/a + y/b = 1 ( 3 )
3. Заданы точка M0(x0 ,y0 ) и нормальный вектор n = {A,B}.
1) Пусть M(x,y) - произвольная точка прямой.
2) Общее свойство : любой отрезок прямой, в том числе и вектор М0М , перпендикулярен вектору n, т.е. nМ0М = 0
3) Переход к координатной форме этого условия
(A i + B j) [(x - x0) i + (y - y0) j ] = 0
дает уравнение прямой проходящей через точку с заданным нормальным вектором
A (x - x0) + B (y - y0) = 0 ( 4 )
а выражение
A x + B y + C = 0 , где C = - (A x0 + B y0) ( 5 )
называется общим уравнением прямой. Имея такое уравнение, можно сразу записать координаты нормального и направляющего векторов прямой: n ={A,B}, a ={1/A , -1/B}. Последнее равенство
следует из сравнения записи общего и канонического уравнения.
4. Задана точка M0(x0 ,y0 ), а направляющий вектор a ={a1,a2}не определен.
В этом случае каноническое уравнение преобразуется в уравнение пучка прямых, проходящих через заданную точку.
y - y0 = (a2/a1) (x - x0) y - y0 = k (x - x0) ( 6 )
где k = a2/a1 = tg - угловой коэффициент и - угол пересечения прямой с осью Ох. Если для прямой определено k и заданная точка лежит на оси Оу , т.е. M0(x0 ,y0) M0(0,b), то получаем уравнение прямой с угловым коэффициентом.
y = k x + b ( 7 )
Итог: семь форм уравнения прямой линии получены.
При решении задач надо прежде всего определить каким геометрическим способом задана прямая и выбрать для неё соответствующую форму уравнения