Уравнение прямой в отрезках

Если в общем уравнении прямой Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , то перенося свободный член С в правую часть уравнения и разделив все его члены на (–С), получим уравнение вида

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ,

где a, b – отрезки, отсекаемые прямой на осях координат, Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru Уравнение прямой с угловым коэффициентом

Пусть прямая l, проходящая через точку Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , составляет угол j ( Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ) с осью Ox и пересекает ось Oy в точке Уравнение прямой в отрезках - student2.ru (см. рис.).

Из треугольника BMK находим

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ,

откуда, обозначив Уравнение прямой в отрезках - student2.ru (угловой коэффициент), получим

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ,

или Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Угол между двумя прямыми

Угол определяется по следующим формулам.

Если уравнения прямых заданы в виде

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ,

то Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Если уравнения прямых даны в общем виде

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ,

то Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Расстояние от точки до прямой

Рассмотрим прямую l, заданную общим уравнением Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , где Уравнение прямой в отрезках - student2.ru – нормальный вектор прямой. Найдем расстояние d от точки Уравнение прямой в отрезках - student2.ru до прямой l.

Под расстоянием от точки до прямой понимается длина отрезка перпендикуляра, опущенного из этой точки на прямую. Формула для нахождения расстояния может быть выведена аналогично расстоянию от точки до плоскости и имеет вид: Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Кривые второго порядка

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Окружность

Окружностью называется геометрическое место точек, для каждой из которых, расстояние до фиксированной точки, называемой центром, постоянно.

Выведем уравнение окружности в декартовой системе координат. Пусть точка Уравнение прямой в отрезках - student2.ru - центр окружности, Уравнение прямой в отрезках - student2.ru - расстояние от центра до произвольной точки Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , принадлежащей окружности (радиус окружности). По определению окружности Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , т.к.

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ,

откуда Уравнение прямой в отрезках - student2.ru . После возведения в квадрат обеих частей равенства, получим уравнение окружности радиуса Уравнение прямой в отрезках - student2.ru с центром в точке Уравнение прямой в отрезках - student2.ru :

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Если центр окружности находится в начале координат, то уравнение окружности примет вид: Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Если в левой части уравнения Уравнение прямой в отрезках - student2.ru раскрыть скобки, привести подобные и ввести обозначения: Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , то его можно записать в виде: Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

При умножении или делении обеих частей данного уравнения на произвольное число, отличное от 0, коэффициенты при Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru уже не будут равны 1, но должны быть равны друг другу.

Пример. Найти координаты центра и радиус окружности, заданной уравнением Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Сгруппируем слагаемые, содержащие переменные Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , и вынесем за скобку имеющиеся общие множители:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

В скобках выделим полный квадрат:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Раскрывая квадратные скобки и сокращая обе части уравнения на 4, получим

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Сравнивая полученное уравнение с уравнением окружности в общем виде, найдем, что координаты центра Уравнение прямой в отрезках - student2.ru а радиус окружности Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Эллипс

Эллипсом называется геометрическое место точек, для каждой из которых, сумма расстояний до двух фиксированных точек, называемых фокусами, постоянна и больше расстояния между фокусами.

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Выведем уравнение эллипса в декартовой системе координат. Расположим фокусы эллипса на оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru симметрично началу координат в точках Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru . Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru — расстояния от произвольной точки Уравнение прямой в отрезках - student2.ru эллипса до фокусов. Тогда, по определению эллипса Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , где Уравнение прямой в отрезках - student2.ru — сумма расстояний. Из определения также следует, что Уравнение прямой в отрезках - student2.ru . Поскольку

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ,

то Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Преобразуем выписанное равенство, возведя вначале обе его части в квадрат:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Раскроем скобки, приведем подобные:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Введем обозначение Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и разделим на 2 обе части уравнения:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru или Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Снова возведем в квадрат обе части равенства:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

После упрощения:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru или Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Разделив обе части последнего равенства на Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , получим каноническое уравнение эллипса:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

В уравнении использовано обозначение Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Из уравнения следует, что эллипс должен проходить через точки Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , которые называются вершинами эллипса. Соединяя эти точки плавной линией, получим изображение эллипса, заданного каноническим уравнением.

Из рисунка видно, что эллипс имеет две оси симметрии и центр симметрии. Параметры Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru в уравнении эллипса называются его полуосями, т.к. равны половине длины соответствующих осей симметрии, отношение Уравнение прямой в отрезках - student2.ru называется эксцентриситетом эллипса ( Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ).

Заметим, что если фокусы эллипса расположены на оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , то Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , если же фокусы расположены на оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , то наоборот, Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Пусть теперь центр эллипса расположен в произвольной точке Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , а оси симметрии параллельны координатным осям. Проведем через центр эллипса вспомогательную систему координат Уравнение прямой в отрезках - student2.ru . В этой системе координат можно получить каноническое уравнение эллипса:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Из рисунка видно, что координаты произвольной точки на эллипсе в исходной и вспомогательной системе координат связаны соотношениями:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Используя эти равенства, получим уравнение эллипса со смещенным центром:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Чтобы нарисовать эллипс по данному уравнению, нужно отметить центр эллипса Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , провести через него вспомогательную систему координат Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , отметить в ней вершины эллипса и соединить плавной линией.

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Пример. Изобразить эллипс по его уравнению:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Координаты центра Уравнение прямой в отрезках - student2.ru Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , отметим его на координатной плоскости. Проведем через Уравнение прямой в отрезках - student2.ru вспомогательные оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru . Чтобы отметить вершины эллипса вправо и влево от Уравнение прямой в отрезках - student2.ru по оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru отложим по 4 единицы (т.к. Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ), а вверх и вниз по оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru отложим по 3 единицы (т.к. Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ). Соединим полученные точки плавной линией.

Указанное в данном примере уравнение можно записать в другом виде:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Обе части исходного уравнения умножили на 144.

Раскроем скобки и приведем подобные:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

В общем виде подобное уравнение можно записать так:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru . (*)

Отметим, что в уравнении эллипса коэффициенты Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru могут различаться по величине, но должны совпадать по знаку.

Обратный переход от уравнения вида (*) к уравнению со смещенным центром, можно выполнить аналогично примеру, рассмотренному в предыдущем пункте.

Гипербола

Гиперболой называется геометрическое место точек, для каждой из которых, модуль разности расстояний до двух фиксированных точек, называемых фокусами, имеет постоянное значение, меньшее расстояния между фокусами.

Если разместить фокусы гиперболы на Уравнение прямой в отрезках - student2.ru симметрично началу координат в точках Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , обозначить расстояния от произвольной точки Уравнение прямой в отрезках - student2.ru на гиперболе до фокусов Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , а модуль их разности положить равным Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , то можно выписать условие для составления уравнения гиперболы в декартовой системе координат:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Преобразуя выписанное равенство подобно тому, как это было сделано при выводе уравнения эллипса, получим каноническое уравнение гиперболы:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

В уравнении использовано обозначение Уравнение прямой в отрезках - student2.ru (поскольку Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ). Отношение Уравнение прямой в отрезках - student2.ru называется эксцентриситетом гиперболы.

Если фокусы гиперболы расположить на Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , уравнение гиперболы будет иметь вид:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru или Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Такая гипербола называется сопряженной.

Для построения графика гиперболы, описываемой уравнением Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , отметим, что он должен проходить через точки Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru - вершины гиперболы, кроме этого график не может пересекать Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Учитывая этот результат, график гиперболы строим следующим образом. Проводим прямые Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , эти линии ограничат основной прямоугольник гиперболы. Проведем прямые, совпадающие с диагоналями этого прямоугольника, это будут асимптоты гиперболы.

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Отметим вершины Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , затем проведем линии, плавно приближаясь от вершин к асимптотам.

График гиперболы состоит из двух половин — ветвей, он имеет две оси симметрии и центр симметрии.

Пунктирной линией на рисунке нанесен график сопряженной гиперболы.

Уравнение гиперболы, центр симметрии которой находится в точке Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , а оси симметрии параллельны координатным осям, получается аналогично подобному уравнению для эллипса:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru (**)

Отметим, что в уравнении гиперболы коэффициенты при Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru разных знаков.

Пример. Установить, что уравнение Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

определяет гиперболу и построить ее.

Т.к. коэффициенты при Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru разных знаков, то можно предположить, что это уравнение гиперболы. Чтобы убедиться в этом, преобразуем заданное уравнение к виду (**).

Сгруппируем слагаемые с Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и вынесем имеющиеся при них общие множители за скобки:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Выделим в скобках полный квадрат:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ;

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ;

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ;

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Разделим обе части последнего равенства на 144: Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Это уравнение гиперболы с центром в Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и полуосями Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Отметим положение центра и проведем через него вспомогательные оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и Уравнение прямой в отрезках - student2.ru . Отложим вправо и влево от Уравнение прямой в отрезках - student2.ru по 3 единицы и проведем прямые, параллельные оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , отложив вверх и вниз по 4 единицы, проведем прямые, параллельные оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru . Прямые, совпадающие с диагоналями получившегося прямоугольника являются асимптотами нашей гиперболы, отметим ее вершины на Уравнение прямой в отрезках - student2.ru и построим график.

Парабола

Параболой называется геометрическое место точек, равноудаленных от заданной точки, называемой фокусом, и заданной прямой, называемой директрисой при условии, что директриса не проходит через фокус.

Чтобы составить уравнение параболы, разместим фокус в точке Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , директрису проведем параллельно оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru через точку Уравнение прямой в отрезках - student2.ru . Расстояние от произвольной точки Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , принадлежащей параболе, до директрисы обозначим Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , а расстояние от Уравнение прямой в отрезках - student2.ru до фокуса — Уравнение прямой в отрезках - student2.ru . По определению Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ;

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Возведем в квадрат обе части уравнения: Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Раскрывая скобки и приводя подобные, получим каноническое уравнение параболы:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

Если Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , то ветви параболы направлены в сторону положительного направления оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , если Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , то в обратную.

Если расположить директрису параллельно Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , а фокус на оси Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , то получим уравнение параболы в виде: Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru

В соответствии со знаком параметра Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ветви такой параболы будут смотреть вверх ( Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ) или вниз ( Уравнение прямой в отрезках - student2.ru ).

График параболы имеет только одну ось симметрии и не имеет центра симметрии. На графике имеется точка, называемая вершиной параболы.

Если вершина параболы находится не в начале координат, а в произвольной точке Уравнение прямой в отрезках - student2.ru , то уравнение параболы имеет вид:

Уравнение прямой в отрезках - student2.ru или Уравнение прямой в отрезках - student2.ru .

В уравнение параболы одна из координат входит в первой степени, а другая - во второй.

Наши рекомендации