Как найти координаты треугольника на координатной плоскости

Примечание: дробные числа записывайте
через точку, а не запятую.

Округлять до -го знака после запятой.

Прямоугольная система координат на плоскости и ее применение с примерами

Содержание:

Прямоугольная система координат на плоскости и ее применение к простейшим задачам

Прямоугольные координаты точки на плоскости

Координатами точки на плоскости называются числа, определяющие положение этой точки на плоскости.

Прямоугольные декартовы координаты (по имени математика Декарта) на плоскости вводятся следующим образом: на этой плоскости выбираются точка О (начало координат) и проходящие через нее взаимно перпендикулярные направленные прямые Ох и Оу (оси координат) (рис. 1). Для удобства рассмотрения будем предполагать, что ось Ох 0ось абсцисс) горизонтальна и направлена слева направо, а ось Оу (ось ординат) вертикальна и направлена снизу вверх; таким образом, ось О у повернута относительно оси Ох на угол 90° против хода часовой стрелки 1 ). Кроме того, выбирается единица масштаба для измерения расстояний.

Для данной точки М введем в рассмотрение два числа: абсциссу х и ординату у этой точки.

Абсциссой х называется число, выражающее в некотором масштабе расстояние от точки до оси ординат, взятое со знаком плюс, если точка лежит вправо от оси ординат, и со знаком минус, если точка лежит влево от оси ординат. Ординатой у называется число, выражающее в некотором масштабе (обыкновенно в том же, как и для абсциссы) расстояние от точки до оси абсцисс, взятое со знаком плюс, если точка лежит выше оси абсцисс, и со знаком минус, если точка лежит ниже оси абсцисс.

Эти два числа х и у и принимаются за координаты точки М, так как они полностью определяют положение точки на плоскости, а именно: каждой паре чисел х и у соответствует единственная точка, координатами которой являются эти числа; и обратно, каждая точка плоскости имеет определенные координаты х и у. Если точка М имеет координаты х и у, то это обстоятельство обозначают так: М (х, у) (на первом месте ставится абсцисса х, а на втором — ордината у). При записи координат знак плюс, как обычно, можно опускать.

Оси Ох и Оу разбивают плоскость на четыре части, называемые квадрантами. Производя нумерацию квадрантов (I, II, III и IV) в направлении против хода часовой стрелки, отправляясь от того квадранта, где обе координаты положительны, получим следующую таблицу знаков координат:

Отрезок ОМ у соединяющий начало координат О с точкой М (рис. 2), называется ее радиусом-вектором. Обозначая через ф угол, образованный отрезком ОМ с положительным направлением оси Ох, и через его длину, для точки М, лежащей в I квадранте, из треугольников ОММ’ и ОММ” получим

Нетрудно убедиться, что формулы (1) будут справедливы для координат точек всех квадрантов. Таким образом, знак абсциссы х точки М совпадает со знаком косинуса, а знак ее ординаты у — со знаком синуса в соответствующем квадранте.

Легко видеть, что если точка лежит на оси абсцисс, то ее ордината у равна нулю; если же она лежит на оси ординат, ее абсцисса х равна нулю, и обратно. Следовательно, если точка совпадает с началом координат, то равны нулю обе ее координаты.

В дальнейшем прямоугольные декартовы координаты для краткости будем называть просто прямоугольными координатами.

В следующих параграфах рассмотрим некоторые простейшие задачи на применение прямоугольных координат на плоскости.

Преобразование прямоугольной системы координат

При решении задач иногда выгодно вместо данной прямоугольной системы координат выбрать другую прямоугольную систему координат О’х’у определенным образом ориентированную относительно первой. Например, при межпланетных путешествиях можно пользоваться системой координат, связанной с центром Земли (геоцентрическая система координат); однако более удобно использовать систему координат, связанную с центром Солнца (гелиоцентрическая система координат).

Возникает вопрос о том, как от одной системы координат перейти к другой.

Рассмотрим сначала простейший случай (рис. 3), когда оси «новой системы координат» О’х’у’ параллельны соответствующим осям «старой системы координат о Оху и имеют одинаковые направления с ними (параллельный перенос системы координат).

Пусть начало новой системы координат — точка О’ — имеет координаты (а, Ь) в старой системе координат. Точка М плоскости со «старыми координатами» (х, у) будет иметь некоторые «новые координаты» [х у’] (для ясности мы их обозначаем квадратными скобками). Из рис. 3 непосредственно получаем

х’ = х – а, у’ = у – b, (1)

т. е. новые координаты точки равны ее старым координатам минус старые координаты нового начала.

Обратно, из (1) находим

х = х’ + а, у = у’ + Ь. (2)

Пусть теперь «новая система» координат Ох’у при неизменном начале О, повернута относительно «старой системы» Оху на угол а (рис. 4), т. е. , причем а считается положительным, если поворот осуществляется против хода часовой стрелки, и отрицательным — в противоположном случае (поворот системы координат).

Обозначим через угол, образованный радиусом-вектором г = ОМ точки М с осью Ох’; тогда отрезок ОМ, с учетом знака угла ), будет составлять с осью Ох угол . Отсюда на основании формул (1) из при любом расположении точки М имеем

Так как новые координаты точки М, очевидно, есть

то из формул (3) и (4) получаем

Для запоминания формул (6) используют следующий мнемонический прием: говорят, что первая формула (6) содержит полный беспорядок, а вторая — полный порядок. Действительно, в первой формуле на первом месте стоит cos, на втором — sin; кроме того, присутствует знак минус. Во второй формуле (6) никаких нарушений правильности в этом смысле нет.

Формулы (6) выражают старые координаты х и у точки М через ее новые х’ и у’. Чтобы выразить новые координаты х’ и у’ через старые х и у, достаточно разрешить систему (6) относительно х’и у’. Однако можно поступить проще, а именно принять систему Ох’у’ за «старую», а систему Оху за «новую». Тогда, учитывая, что вторая система повернута относительно первой на угол — а, заменяя в формулах (6) х’ и у’ соответственно на х и у и обратно и принимая во внимание, что cos (-a) = cos a, sin (-a) = -sin a, будем иметь

Наконец, в общем случае, когда новое начало координат есть точка О’ (a, Ь) и ось О’х’ образует с осью Ох угол а, соединяя формулы (2) и (6), находим

Здесь угол Р считается положительным, если радиус-вектор ОМ повернут относительно оси Ох’ против хода часовой стрелки, и отрицательным, если он повернут относительно этой оси по ходу часовой стрелки.

Аналогично, из формул (1) и (7) получаем

Из формул (8) и (9) вытекает, что формулы перехода от одной прямоугольной системы координат к другой прямоугольной системе координат являются линейными функциями как новых, так и старых координат, т. е. содержат эти координаты в первой степени.

Пример:

Отрезок ОМ, где точка М имеет координаты (х, г/), повернут на угол а = 120° против хода часовой стрелки (рис. 5). Каковы будут координаты х’ и у’ нового положения М’ точки М?

Решение:

Предполагая, что с точкой М связана подвижная система координат Ох’у на основании формул (6) будем иметь

Расстояние между двумя точками на плоскости

1) Найдем сначала расстояние г от начала координат О (0, 0) до точки М (х, у) (рис. 6).

Расстояние г = ОМ, очевидно, является гипотенузой прямоугольного ОММ’ с катетами . По теореме Пифагора получаем

Таким образом, расстояние от начала координат до некоторой точки равно корню квадратному из суммы квадратов координат этой точки.

2) В общем случае, пусть для точек A и Б (рис. 7) требуется найти расстояние d = АВ между этими точками.

Выберем новую систему координат Ах’у’ начало которой совпадает с точкой А и оси которой параллельны прежним осям и имеют, соответственно, одинаковые направления с ними. Тогда в новой системе координат точки Л и В будут иметь координаты А [0, 0] и Б . Отсюда на основании формулы (1) получаем

т. е. расстояние между двумя точками плоскости (при любом их расположении) равно корню квадратному из суммы квадратов разностей одноименных координат этих точек.

Замечание. Формула (2) дает также длину отрезка АВ. Легко определить направление этого отрезка. Из прямоугольного А ABC имеем

(dx и dy называются проекциями отрезка АВ на оси координат Оху). Отсюда получаем где d определяется формулой (2).

Пример:

Танк на местности переместился из точки А (-30, 80) в точку Б (50, 20) (относительно некоторой системы координат Оху)> причем координаты точек даны в километрах. Найти путь d, пройденный танком, если он двигался, не меняя направления.

Решение:

Применяя формулу (2), имеем

Деление отрезка в данном отношении

Предположим, что отрезок АВ (рис. 8), соединяющий точки A (xl9 уг) и В (x2t у2), разделен точкой С на два отрезка АС и СБ, причем отношение АС к СБ равно I (I > 0):

Требуется выразить координаты х и у точки С(х, у) через координаты концов отрезка АВ.

Опустим перпендикуляры соответственно из точек А, В и С на ось Ох. Тогда получим, что три параллельные прямые пересекают стороны угла (не обозначенного на рисунке), образованного прямыми АВ и Ох. Как известно из элементарной геометрии, пучок параллельных прямых рассекает стороны угла на пропорциональные части; поэтому

откуда на основании равенства (1) будем иметь

Из рис. 8 видно, что х2 – х. Подставляя эти выражения в формулу (2), получим

Решая уравнение (3) относительно неизвестной абсциссы х, будем иметь

Итак, координаты точки С (ху у), делящей отрезок АВ в отношении / (считая от А к В), определяются формулами Если точка С делит отрезок АВ пополам, то АС = СВ и, следовательно, I = АС/СВ = 1. Обозначая координаты середины отрезка АВ через х, у, получим на основании формул (4)

т. е. координаты середины отрезка равны полусуммам соответствующих координат его концов.

Примечание. При выводе формул (4) и (5) мы предполагали, что концы А и В отрезка АВ лежат в первом квадранте и, следовательно, координаты точек Аи В положительны. Легко доказать, что формулы (4) и (5) будут справедливы и в случае произвольного расположения отрезка АВ на координатной плоскости.

Пример:

Вычислить координаты точки С (х, у)> делящей отрезок АВ между точками А (-5, -3) и В (4, -6) в отношении АС/СВ = 3/2.

Решение:

В этом случае I = 3/2 и, следовательно,

Площадь треугольника

Пусть требуется найти площадь S треугольника ABC (рис. 9) с вершинами

Пусть АВ = с, АС = Ь, а углы, образованные этими сторонами с осью Ох, соответственно равны .

На основании (см. замечание) имеем (рис. 9)

и

Пусть ; очевидно (рис. 9), . По известной формуле тригонометрии получаем

Отсюда в силу (1) и (2) имеем

Заметим, что формула (4) при ином расположении вершин может дать площадь треугольника S со знаком минус. Поэтому формулу для площади треугольника обычно пишут в виде

где знак выбирается так, чтобы для площади получалось положительное число,

Используя понятие определителя второго порядка

формулу (4′) можно записать в удобной для запоминания форме:

Формула (4′) упрощается, если точка А находится в начале координат. А именно, полагая получим

Отметим, что если точки А, В, С находятся на одной прямой, то площадь S = 0; и обратно, если S = 0, то вершины А, Б и С расположены на одной прямой.

Пример:

Вспаханное поле имеет форму треугольника с вершинами А (-2, -1), В (3, 5) и С (-1, 4) (размеры даны в километрах). Определить площадь S этого поля.

По формуле (5) имеем

Замечание. Вычисление площади многоугольника сводится к вычислению площадей треугольников. Для этого достаточно разбить многоугольник на треугольники, площади которых вычисляют по формуле (4).

Рекомендую подробно изучить предметы:
  1. Математика
  2. Алгебра
  3. Линейная алгебра
  4. Векторная алгебра
  5. Высшая математика
  6. Дискретная математика
  7. Математический анализ
  8. Математическая логика
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Линии второго порядка
  • Полярные координаты
  • Непрерывность функции
  • Уравнения поверхности и линии в пространстве
  • Интегрирование рациональных дробей
  • Интегрирование тригонометрических функций
  • Интегрирование тригонометрических выражений
  • Интегрирование иррациональных функций

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.

[spoiler title=”источники:”]

http://mathhelpplanet.com/static.php?p=onlain-reshit-treugolnik

http://www.evkova.org/pryamougolnaya-sistema-koordinat-na-ploskosti

[/spoiler]

Примечание: дробные числа записывайте
через точку, а не запятую.

Округлять до -го знака после запятой.

Прямоугольная система координат на плоскости и ее применение с примерами

Содержание:

Прямоугольная система координат на плоскости и ее применение к простейшим задачам

Прямоугольные координаты точки на плоскости

Координатами точки на плоскости называются числа, определяющие положение этой точки на плоскости.

Прямоугольные декартовы координаты (по имени математика Декарта) на плоскости вводятся следующим образом: на этой плоскости выбираются точка О (начало координат) и проходящие через нее взаимно перпендикулярные направленные прямые Ох и Оу (оси координат) (рис. 1). Для удобства рассмотрения будем предполагать, что ось Ох 0ось абсцисс) горизонтальна и направлена слева направо, а ось Оу (ось ординат) вертикальна и направлена снизу вверх; таким образом, ось О у повернута относительно оси Ох на угол 90° против хода часовой стрелки 1 ). Кроме того, выбирается единица масштаба для измерения расстояний.

Для данной точки М введем в рассмотрение два числа: абсциссу х и ординату у этой точки.

Абсциссой х называется число, выражающее в некотором масштабе расстояние от точки до оси ординат, взятое со знаком плюс, если точка лежит вправо от оси ординат, и со знаком минус, если точка лежит влево от оси ординат. Ординатой у называется число, выражающее в некотором масштабе (обыкновенно в том же, как и для абсциссы) расстояние от точки до оси абсцисс, взятое со знаком плюс, если точка лежит выше оси абсцисс, и со знаком минус, если точка лежит ниже оси абсцисс.

Эти два числа х и у и принимаются за координаты точки М, так как они полностью определяют положение точки на плоскости, а именно: каждой паре чисел х и у соответствует единственная точка, координатами которой являются эти числа; и обратно, каждая точка плоскости имеет определенные координаты х и у. Если точка М имеет координаты х и у, то это обстоятельство обозначают так: М (х, у) (на первом месте ставится абсцисса х, а на втором — ордината у). При записи координат знак плюс, как обычно, можно опускать.

Оси Ох и Оу разбивают плоскость на четыре части, называемые квадрантами. Производя нумерацию квадрантов (I, II, III и IV) в направлении против хода часовой стрелки, отправляясь от того квадранта, где обе координаты положительны, получим следующую таблицу знаков координат:

Отрезок ОМ у соединяющий начало координат О с точкой М (рис. 2), называется ее радиусом-вектором. Обозначая через ф угол, образованный отрезком ОМ с положительным направлением оси Ох, и через его длину, для точки М, лежащей в I квадранте, из треугольников ОММ’ и ОММ» получим

Нетрудно убедиться, что формулы (1) будут справедливы для координат точек всех квадрантов. Таким образом, знак абсциссы х точки М совпадает со знаком косинуса, а знак ее ординаты у — со знаком синуса в соответствующем квадранте.

Легко видеть, что если точка лежит на оси абсцисс, то ее ордината у равна нулю; если же она лежит на оси ординат, ее абсцисса х равна нулю, и обратно. Следовательно, если точка совпадает с началом координат, то равны нулю обе ее координаты.

В дальнейшем прямоугольные декартовы координаты для краткости будем называть просто прямоугольными координатами.

В следующих параграфах рассмотрим некоторые простейшие задачи на применение прямоугольных координат на плоскости.

Преобразование прямоугольной системы координат

При решении задач иногда выгодно вместо данной прямоугольной системы координат выбрать другую прямоугольную систему координат О’х’у определенным образом ориентированную относительно первой. Например, при межпланетных путешествиях можно пользоваться системой координат, связанной с центром Земли (геоцентрическая система координат); однако более удобно использовать систему координат, связанную с центром Солнца (гелиоцентрическая система координат).

Возникает вопрос о том, как от одной системы координат перейти к другой.

Рассмотрим сначала простейший случай (рис. 3), когда оси «новой системы координат» О’х’у’ параллельны соответствующим осям «старой системы координат о Оху и имеют одинаковые направления с ними (параллельный перенос системы координат).

Пусть начало новой системы координат — точка О’ — имеет координаты (а, Ь) в старой системе координат. Точка М плоскости со «старыми координатами» (х, у) будет иметь некоторые «новые координаты» [х у’] (для ясности мы их обозначаем квадратными скобками). Из рис. 3 непосредственно получаем

х’ = х — а, у’ = у — b, (1)

т. е. новые координаты точки равны ее старым координатам минус старые координаты нового начала.

Обратно, из (1) находим

х = х’ + а, у = у’ + Ь. (2)

Пусть теперь «новая система» координат Ох’у при неизменном начале О, повернута относительно «старой системы» Оху на угол а (рис. 4), т. е. , причем а считается положительным, если поворот осуществляется против хода часовой стрелки, и отрицательным — в противоположном случае (поворот системы координат).

Обозначим через угол, образованный радиусом-вектором г = ОМ точки М с осью Ох’; тогда отрезок ОМ, с учетом знака угла ), будет составлять с осью Ох угол . Отсюда на основании формул (1) из при любом расположении точки М имеем

Так как новые координаты точки М, очевидно, есть

то из формул (3) и (4) получаем

Для запоминания формул (6) используют следующий мнемонический прием: говорят, что первая формула (6) содержит полный беспорядок, а вторая — полный порядок. Действительно, в первой формуле на первом месте стоит cos, на втором — sin; кроме того, присутствует знак минус. Во второй формуле (6) никаких нарушений правильности в этом смысле нет.

Формулы (6) выражают старые координаты х и у точки М через ее новые х’ и у’. Чтобы выразить новые координаты х’ и у’ через старые х и у, достаточно разрешить систему (6) относительно х’и у’. Однако можно поступить проще, а именно принять систему Ох’у’ за «старую», а систему Оху за «новую». Тогда, учитывая, что вторая система повернута относительно первой на угол — а, заменяя в формулах (6) х’ и у’ соответственно на х и у и обратно и принимая во внимание, что cos (-a) = cos a, sin (-a) = -sin a, будем иметь

Наконец, в общем случае, когда новое начало координат есть точка О’ (a, Ь) и ось О’х’ образует с осью Ох угол а, соединяя формулы (2) и (6), находим

Здесь угол Р считается положительным, если радиус-вектор ОМ повернут относительно оси Ох’ против хода часовой стрелки, и отрицательным, если он повернут относительно этой оси по ходу часовой стрелки.

Аналогично, из формул (1) и (7) получаем

Из формул (8) и (9) вытекает, что формулы перехода от одной прямоугольной системы координат к другой прямоугольной системе координат являются линейными функциями как новых, так и старых координат, т. е. содержат эти координаты в первой степени.

Пример:

Отрезок ОМ, где точка М имеет координаты (х, г/), повернут на угол а = 120° против хода часовой стрелки (рис. 5). Каковы будут координаты х’ и у’ нового положения М’ точки М?

Решение:

Предполагая, что с точкой М связана подвижная система координат Ох’у на основании формул (6) будем иметь

Расстояние между двумя точками на плоскости

1) Найдем сначала расстояние г от начала координат О (0, 0) до точки М (х, у) (рис. 6).

Расстояние г = ОМ, очевидно, является гипотенузой прямоугольного ОММ’ с катетами . По теореме Пифагора получаем

Таким образом, расстояние от начала координат до некоторой точки равно корню квадратному из суммы квадратов координат этой точки.

2) В общем случае, пусть для точек A и Б (рис. 7) требуется найти расстояние d = АВ между этими точками.

Выберем новую систему координат Ах’у’ начало которой совпадает с точкой А и оси которой параллельны прежним осям и имеют, соответственно, одинаковые направления с ними. Тогда в новой системе координат точки Л и В будут иметь координаты А [0, 0] и Б . Отсюда на основании формулы (1) получаем

т. е. расстояние между двумя точками плоскости (при любом их расположении) равно корню квадратному из суммы квадратов разностей одноименных координат этих точек.

Замечание. Формула (2) дает также длину отрезка АВ. Легко определить направление этого отрезка. Из прямоугольного А ABC имеем

(dx и dy называются проекциями отрезка АВ на оси координат Оху). Отсюда получаем где d определяется формулой (2).

Пример:

Танк на местности переместился из точки А (-30, 80) в точку Б (50, 20) (относительно некоторой системы координат Оху)> причем координаты точек даны в километрах. Найти путь d, пройденный танком, если он двигался, не меняя направления.

Решение:

Применяя формулу (2), имеем

Деление отрезка в данном отношении

Предположим, что отрезок АВ (рис. 8), соединяющий точки A (xl9 уг) и В (x2t у2), разделен точкой С на два отрезка АС и СБ, причем отношение АС к СБ равно I (I > 0):

Требуется выразить координаты х и у точки С(х, у) через координаты концов отрезка АВ.

Опустим перпендикуляры соответственно из точек А, В и С на ось Ох. Тогда получим, что три параллельные прямые пересекают стороны угла (не обозначенного на рисунке), образованного прямыми АВ и Ох. Как известно из элементарной геометрии, пучок параллельных прямых рассекает стороны угла на пропорциональные части; поэтому

откуда на основании равенства (1) будем иметь

Из рис. 8 видно, что х2 — х. Подставляя эти выражения в формулу (2), получим

Решая уравнение (3) относительно неизвестной абсциссы х, будем иметь

Итак, координаты точки С (ху у), делящей отрезок АВ в отношении / (считая от А к В), определяются формулами Если точка С делит отрезок АВ пополам, то АС = СВ и, следовательно, I = АС/СВ = 1. Обозначая координаты середины отрезка АВ через х, у, получим на основании формул (4)

т. е. координаты середины отрезка равны полусуммам соответствующих координат его концов.

Примечание. При выводе формул (4) и (5) мы предполагали, что концы А и В отрезка АВ лежат в первом квадранте и, следовательно, координаты точек Аи В положительны. Легко доказать, что формулы (4) и (5) будут справедливы и в случае произвольного расположения отрезка АВ на координатной плоскости.

Пример:

Вычислить координаты точки С (х, у)> делящей отрезок АВ между точками А (-5, -3) и В (4, -6) в отношении АС/СВ = 3/2.

Решение:

В этом случае I = 3/2 и, следовательно,

Площадь треугольника

Пусть требуется найти площадь S треугольника ABC (рис. 9) с вершинами

Пусть АВ = с, АС = Ь, а углы, образованные этими сторонами с осью Ох, соответственно равны .

На основании (см. замечание) имеем (рис. 9)

и

Пусть ; очевидно (рис. 9), . По известной формуле тригонометрии получаем

Отсюда в силу (1) и (2) имеем

Заметим, что формула (4) при ином расположении вершин может дать площадь треугольника S со знаком минус. Поэтому формулу для площади треугольника обычно пишут в виде

где знак выбирается так, чтобы для площади получалось положительное число,

Используя понятие определителя второго порядка

формулу (4′) можно записать в удобной для запоминания форме:

Формула (4′) упрощается, если точка А находится в начале координат. А именно, полагая получим

Отметим, что если точки А, В, С находятся на одной прямой, то площадь S = 0; и обратно, если S = 0, то вершины А, Б и С расположены на одной прямой.

Пример:

Вспаханное поле имеет форму треугольника с вершинами А (-2, -1), В (3, 5) и С (-1, 4) (размеры даны в километрах). Определить площадь S этого поля.

По формуле (5) имеем

Замечание. Вычисление площади многоугольника сводится к вычислению площадей треугольников. Для этого достаточно разбить многоугольник на треугольники, площади которых вычисляют по формуле (4).

Рекомендую подробно изучить предметы:
  1. Математика
  2. Алгебра
  3. Линейная алгебра
  4. Векторная алгебра
  5. Высшая математика
  6. Дискретная математика
  7. Математический анализ
  8. Математическая логика
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Линии второго порядка
  • Полярные координаты
  • Непрерывность функции
  • Уравнения поверхности и линии в пространстве
  • Интегрирование рациональных дробей
  • Интегрирование тригонометрических функций
  • Интегрирование тригонометрических выражений
  • Интегрирование иррациональных функций

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.

источники:

http://mathhelpplanet.com/static.php?p=onlain-reshit-treugolnik

http://www.evkova.org/pryamougolnaya-sistema-koordinat-na-ploskosti

Содержание:

Декартовы координаты на плоскости:

Изучая материал этой лекции, вы расширите свои знания о координатной плоскости.

Вы научитесь находить длину отрезка и координаты его середины, зная координаты его концов.

Сформируете представление об уравнении фигуры, выведете уравнения прямой и окружности.

Ознакомитесь с методом координат, позволяющим решать геометрические задачи средствами алгебры.

Расстояние между двумя точками с заданными координатами. Координаты середины отрезка

В 6 классе вы ознакомились с координатной плоскостью, то есть с плоскостью, на которой изображены две перпендикулярные координатные прямые (ось абсцисс и ось ординат) с общим началом отсчета (рис. 8.1). Вы умеете отмечать на ней точки по их координатам и наоборот, находить координаты точки, отмеченной на координатной плоскости.

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Договорились координатную плоскость с осью Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Координаты точки на плоскости Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением называют декартовыми координатами в честь французского математика Рене Декарта (см. рассказ на с. 103).

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Вы знаете, как находить расстояние в между двумя точками, заданными своими координатами на координатной прямой. Для точек Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением (рис. 8.2) имеем:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Научимся находить расстояние между точками Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решениемзаданными на плоскости Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Рассмотрим случай, когда отрезок Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением не перпендикулярен ни одной из координатных осей (рис. 8.3).

Через точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением проведем прямые, перпендикулярные координатным осям. Получим прямоугольный треугольник Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением в котором Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Отсюда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решениемДекартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Тогда формулу расстояния между точками Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением можно записать так:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Докажите самостоятельно, что эта формула остается верной и для случая, когда отрезок Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением перпендикулярен одной из осей координат.

Пусть Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — точки плоскости Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Найдем координаты Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — середины отрезка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Рассмотрим случай, когда отрезок Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением не перпендикулярен ни одной из координатных осей (рис. 8.4). Будем считать, что Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением (случай, когда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решениемрассматривается аналогично). Через точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решениемДекартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением проведем прямые, перпендикулярные оси абсцисс, которые пересекут эту ось соответственно в точках Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением По теореме Фалеса Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением тогда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Поскольку Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решениемто можем записать: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Отсюда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Аналогично можно показать что Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Формулы для нахождения координат середины отрезка остаются верными и для случая, когда отрезок Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением перпендикулярен одной из осей координат. Докажите это самостоятельно.

Пример №1

Докажите, что треугольник с вершинами в точках Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является равнобедренным прямоугольным.

Решение:

Используя формулу расстояния между двумя точками, найдем стороны данного треугольника:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то есть треугольник Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением равнобедренный.

Поскольку Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то треугольник Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением прямоугольный. Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пример №2

Точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — середина отрезка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Найдите координаты точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Решение:

Обозначим Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — координаты точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решениемДекартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — координаты точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — координаты точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Поскольку Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то получаем: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Аналогично Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Ответ: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пример №3

Докажите, что четырехугольник Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением с вершинами в точках Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является прямоугольником.

Решение:

Пусть точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — середина диагонали Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Тогда

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пусть точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — середина диагонали Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Тогда

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Таким образом, точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением совпадают, то есть диагонали четырехугольника Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением имеют общую середину. Отсюда следует, что четырехугольник Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — параллелограмм.

Найдем диагонали параллелограмма:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, диагонали параллелограмма Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением равны. Отсюда следует, что этот параллелограмм является прямоугольником. Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Уравнение фигуры. Уравнение окружности

Из курса алгебры 7 класса вы знаете, какую фигуру называют графиком уравнения. В этом пункте вы ознакомитесь с понятием уравнения фигуры.

Координаты Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением каждой точки параболы, изображенной на рисунке 9.1, являются решением уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением И наоборот, каждое решение уравнения с двумя переменными Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является координатами точки, лежащей на этой параболе. В этом случае говорят, что уравнение параболы, изображенной на рисунке 9.1, имеет вид Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Определение. Уравнением фигуры Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением заданной на плоскости Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением называют уравнение с двумя переменными Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением обладающее следующими свойствами:

  1. если точка принадлежит фигуре Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то ее координаты являются решением данного уравнения;
  2. любое решение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением данного уравнения является координатами точки, принадлежащей фигуре Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Например, уравнение прямой, изображенной на рисунке 9.2, имеет вид Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением а уравнение гиперболы, изображенной на рисунке 9.3, имеет вид Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Принято говорить, что, например, уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением задают прямую и гиперболу соответственно.

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Если данное уравнение является уравнением фигуры Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то эту фигуру можно рассматривать как геометрическое место точек (ГМТ), координаты которых удовлетворяют данному уравнению.

Пользуясь этими соображениями, выведем уравнение окружности радиуса Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением с центром в точке Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пусть Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — произвольная точка данной окружности (рис. 9.4). Тогда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Используя формулу расстояния между точками, получим:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Отсюда

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Мы показали, что координаты Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением произвольной точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением данной окружности являются решением уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Теперь покажем, что любое решение уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является координатами точки, принадлежащей данной окружности.

Пусть пара чисел Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — произвольное решение уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Тогда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Отсюда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Это равенство показывает, что точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением удалена от центра окружности Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением на расстояние, равное радиусу окружности, а следовательно, точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением принадлежит данной окружности.

Итак, мы доказали следующую теорему.

Теорема 9.1. Уравнение окружности радиуса Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением с центром в точке Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением имеет вид

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Верно и такое утверждение: любое уравнение вида Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением где Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением некоторые числа, причем Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является уравнением окружности радиуса Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением с центром в точке с координатами Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Если центром окружности является начало координат (рис. 9.5), то Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением В этом случае уравнение окружности имеет вид Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пример №4

Составьте уравнение окружности, диаметром которой является отрезок Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением если Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Решение:

Поскольку центр окружности является серединой диаметра, то можем найти координаты Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением центра Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением окружности:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Радиус окружности Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением равен отрезку Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Тогда

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, искомое уравнение имеет вид

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Ответ: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пример №5

Докажите, что уравнение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением задает окружность. Найдите координаты центра и радиус этой окружности.

Решение:

Представим данное уравнение в виде Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, данное уравнение является уравнением окружности с центром в точке Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением и радиусом Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Ответ: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пример №6

Докажите, что треугольник с вершинами в точках Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является прямоугольным, и составьте уравнение окружности, описанной около треугольника Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Решение:

Найдем квадраты сторон данного треугольника:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Поскольку Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то данный треугольник является прямоугольным с прямым углом при вершине Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Центром описанной окружности является середина гипотенузы Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением радиус окружности Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решениемСледовательно, искомое уравнение имеет вид

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Ответ: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Уравнение прямой

В предыдущем пункте, рассматривая окружность как ГМТ, равноудаленных от данной точки, мы вывели ее уравнение. Для того чтобы вывести уравнение прямой, рассмотрим ее как ГМТ, равноудаленных от двух данных точек.

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пусть Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — данная прямая. Выберем две точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением и Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением так, чтобы прямая Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением была серединным перпендикуляром отрезка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением (рис. 10.1).

Пусть Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — произвольная точка прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Тогда по свойству серединного перпендикуляра отрезка выполняется равенство Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то есть

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Мы показали, что координаты Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением произвольной точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением являются решением уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Теперь покажем, что любое решение уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является координатами точки, принадлежащей данной прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пусть Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — произвольное решение уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Тогда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Это равенство означает, что точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением равноудалена от точек Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением следовательно, точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением принадлежит серединному перпендикуляру отрезка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то есть прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Итак, мы доказали, что уравнение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является уравнением данной прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Однако из курса алгебры 7 класса вы знаете, что уравнение прямой выглядит гораздо проще, а именно: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением где Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением и Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — некоторые числа, причем Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением не равны нулю одновременно. Покажем, что уравнение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением можно преобразовать к такому виду. Возведем обе части уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением в квадрат. Имеем:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Раскроем скобки и приведем подобные слагаемые. Получим:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Обозначив Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением получим уравнение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Поскольку точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением различны, то хотя бы одна из разностей Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением не равна нулю. Следовательно, числа Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением и Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением не равны нулю одновременно.

Итак, мы доказали следующую теорему.

Теорема 10.1. Уравнение прямой имеет вид?

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

где Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — некоторые числа, причем Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением не равны нулю одновременно.

Верно и такое утверждение: любое уравнение вида Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением где Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — некоторые числа, причем Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением не равны нулю одновременно, является уравнением прямой.

Если Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то графиком уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является вся плоскость Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решениемЕсли Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то уравнение не имеет решений.

Из курса алгебры 7 класса вы знаете, что уравнение вида Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением называют линейным уравнением с двумя переменными. Уравнение прямой является частным видом линейного уравнения. Схема, изображенная на рисунке 10.2, иллюстрирует сказанное.

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

на уроках алгебры в 7 классе мы приняли без доказательства тот факт, что графиком линейной функции Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является прямая. Сейчас мы можем это доказать.

Перепишем уравнение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Мы получили уравнение вида Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением для случая, когда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Поскольку в этом уравнении Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то мы получили уравнение прямой.

А любую ли прямую на плоскости можно задать уравнением вида Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решениемОтвет на этот вопрос отрицательный.

Дело в том, что прямая, перпендикулярная оси абсцисс, не может являться графиком функции, а следовательно, не может быть задана уравнением вида Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Вместе с тем, если в уравнении прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением принять Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то его можно переписать так: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Мы получили частный вид уравнения прямой, все точки которой имеют одинаковые абсциссы. Следовательно, эта прямая перпендикулярна оси абсцисс. Ее называют вертикальной.

Если Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то уравнение прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением можно записать так:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Обозначив Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением получим уравнение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, если Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то уравнение прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением задает вертикальную прямую; если Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то это уравнение задает невертикальную прямую.

Уравнение невертикальной прямой удобно записывать в виде Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Данная таблица подытоживает материал, рассмотренный в этом пункте.

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пример №7

Составьте уравнение прямой, проходящей через точки:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Решение:

1) Поскольку данные точки имеют равные абсциссы, то прямая Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является вертикальной. Ее уравнение имеет вид Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

2) Поскольку данные точки имеют разные абсциссы, то прямая Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением не является вертикальной. Тогда можно воспользоваться уравнением прямой в виде Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Подставив координаты точек Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением в уравнение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением получаем систему уравнений:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Решив эту систему уравнений, находим, что Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Ответ: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пример №8

Найдите периметр и площадь треугольника, ограниченного прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением и осями координат.

Решение:

Найдем точки пересечения данной прямой с осями координат.

С осью абсцисс: при Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением получаем Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

С осью ординат: при Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением получаем Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, данная прямая и оси координат ограничивают прямоугольный треугольник Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением (рис. 10.3) с вершинами Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Найдем стороны треугольника: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Тогда искомые периметр и площадь соответственно равны Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Ответ: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Угловой коэффициент прямой

Рассмотрим уравнение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Оно задает невертикальную прямую, проходящую через начало координат.

Покажем, что прямые Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением где Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением параллельны.

Точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением принадлежат прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением а точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением и Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением принадлежат прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением (рис. 11.1). Легко убедиться (сделайте это самостоятельно), что середины диагоналей Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением четырехугольника Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением совпадают. Следовательно, четырехугольник Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — параллелограмм. Отсюда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Теперь мы можем сделать такой вывод: если Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то прямые Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением параллельны (1).

Пусть прямая Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением пересекает единичную полуокружность в точке Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением (рис. 11.2). Угол Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением называют углом между данной прямой и положительным направлением оси абсцисс.

Если прямая Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением совпадает с осью абсцисс, то угол между этой прямой и положительным направлением оси абсцисс считают равным Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Если прямая Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением образует с положительным направлением оси абсцисс угол Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то считают, что и прямая Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением параллельная прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением также образует угол Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением с положительным направлением оси абсцисс (рис. 11.3).

Рассмотрим прямую Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением уравнение которой имеет вид Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением(рис. 11.2). Если Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Поскольку точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением принадлежит прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Отсюда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Таким образом, для прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением получаем, что

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

где Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — угол, который образует эта прямая с положительным направлением оси абсцисс. Поэтому коэффициент Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением называют угловым коэффициентом этой прямой.

Если невертикальные прямые параллельны, то они образуют равные углы с положительным направлением оси абсцисс. Тогда тангенсы этих углов равны, следовательно, равны и их угловые коэффициенты. Таким образом,

если прямые Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением параллельны, то Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением (2).

Выводы (1) и (2) объединим в одну теорему.

Теорема 11.1. Прямые Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением параллельны тогда и только тогда, когда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пример №9

Составьте уравнение прямой, которая проходит через точку Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением и параллельна прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Решение:

Пусть уравнение искомой прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Поскольку эта прямая и прямая Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением параллельны, то их угловые коэффициенты равны, то есть Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, искомое уравнение имеет вид Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Учитывая, что данная прямая проходит через точку Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением получаем: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Отсюда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Искомое уравнение имеет вид Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Ответ: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Метод координат

Мы часто говорим: прямая Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением парабола Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением окружность Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением тем самым отождествляя фигуру с ее уравнением. Такой подход позволяет сводить задачу о поиске свойств фигуры к задаче об исследовании ее уравнения. В этом и состоит суть метода координат.

Проиллюстрируем сказанное на таком примере.

Из наглядных соображений очевидно, что прямая и окружность имеют не более двух общих точек. Однако это утверждение не является аксиомой, поэтому его надо доказывать.

Эта задача сводится к исследованию количества решений системы уравнений

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

где числа Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением одновременно не равны нулю и Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Решая эту систему методом подстановки, мы получим квадратное уравнение, которое может иметь два решения, одно решение или вообще не иметь решений. Следовательно, для данной системы существует три возможных случая:

  1. система имеет два решения — прямая и окружность пересекаются в двух точках;
  2. система имеет одно решение — прямая касается окружности;
  3. система не имеет решений — прямая и окружность не имеют общих точек.

С каждым из этих случаев вы встречались, решая задачи 10.17-10.19.

Метод координат особенно эффективен в тех случаях, когда требуется найти фигуру, все точки которой обладают некоторым свойством, то есть найти геометрическое место точек.

Отметим на плоскости две точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Вы хорошо знаете, какой фигурой является геометрическое место точек Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением таких, что Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Это серединный перпендикуляр отрезка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Интересно выяснить, какую фигуру образуют все точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением для которых Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Решим эту задачу для Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Плоскость, на которой отмечены точки Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением «превратим» в координатную. Сделаем это так: в качестве начала координат выберем точку Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением в качестве единичного отрезка — отрезок Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением ось абсцисс проведем так, чтобы точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением имела координаты Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением (рис. 11.6).

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пусть Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — произвольная точка искомой фигуры Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Тогда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Отсюда

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Следовательно, если точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением принадлежит фигуре Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то ее координаты являются решением уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Пусть Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — некоторое решение уравнения Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Тогда легко показать, что Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением А это означает, что точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением такова, что Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Тогда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Следовательно, точка Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением принадлежит фигуре Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Таким образом, уравнением фигуры Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является уравнение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то есть фигура Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — это окружность с центром в точке Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением и радиусом Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Мы решили задачу для частного случая, когда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Можно показать, что искомой фигурой для любого положительного Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением будет окружность. Эту окружность называют окружностью АполлонияДекартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Как строили мост между геометрией и алгеброй

Идея координат зародилась очень давно. Ведь еще в старину люди изучали Землю, наблюдали звезды, а по результатам своих исследований составляли карты, схемы.

Во II в. до н. э. древнегреческий ученый Гиппарх впервые использовал идею координат для определения места расположения объектов на поверхности Земли.

Только в XIV в. французский ученый Николя Орем (ок. 1323-1382) впервые применил в математике идею Гиппарха: он разбил плоскость на клетки (как разбита страница вашей тетради) и стал задавать положение точек широтой и долготой.

Однако огромные возможности применения этой идеи были раскрыты лишь в XVII в. в работах выдающихся французских математиков Пьера Ферма и Рене Декарта. В своих трудах эти ученые показали, как благодаря системе координат можно переходить от точек к числам, от линий к уравнениям, от геометрии к алгебре.

Несмотря на то что П. Ферма опубликовал свою роботу на год раньше Р. Декарта, систему координат, которой мы сегодня пользуемся, называют декартовой. Р. Декарт в своей работе «Рассуждение о методе» предложил новую удобную буквенную символику, которой с незначительными изменениями мы пользуемся и сегодня. Вслед за Декартом мы обозначаем переменные последними буквами латинского алфавита Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением а коэффициенты — первыми: Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решениемДекартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением Привычные нам обозначения степеней Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением и т. д. также ввел Р. Декарт.

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Справочный материал

Расстояние между двумя точками

Расстояние между точками Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением можно найти по формуле Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Координаты середины отрезка

Координаты Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением середины отрезка с концами Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением можно найти по формулам:

Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Уравнение фигуры

Уравнением фигуры Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением заданной на плоскости Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением называют уравнение с двумя переменными Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением обладающее следующими свойствами:

1) если точка принадлежит фигуре Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то ее координаты являются решением данного уравнения;

2) любое решение Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением данного уравнения является координатами точки, принадлежащей фигуре Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Уравнение окружности

Уравнение окружности радиуса Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением с центром в точке Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением имеет вид Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Любое уравнение вида Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением где Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — некоторые числа, причем Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением является уравнением окружности радиуса Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением с центром в точке с координатами Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

Уравнение прямой

Уравнение прямой имеет вид Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — некоторые числа, причем Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением не равны нулю одновременно. Любое уравнение вида Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением — некоторые числа, причем Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением не равны нулю одновременно, является уравнением прямой.

Если Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то уравнение прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением задает вертикальную прямую; если Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением то это уравнение задает невертикальную прямую.

Угловой коэффициент прямой

Коэффициент Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением в уравнении прямой Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением называют угловым коэффициентом прямой, и он равен тангенсу угла, который образует эта прямая с положительным направлением оси абсцисс.

Необходимое и достаточное условие параллельности невертикальных прямых

Прямые Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением параллельны тогда и только тогда, когда Декартовы координаты на плоскости - определение и примеры с решением

  • Декартовы координаты в пространстве
  • Геометрические преобразования в геометрии
  • Планиметрия – формулы, определение и вычисление
  • Стереометрия – формулы, определение и вычисление
  • Перпендикулярность прямой и плоскости
  • Взаимное расположение прямых в пространстве, прямой и плоскости
  • Перпендикулярность прямых и плоскостей в пространстве
  • Ортогональное проецирование

Как составить уравнение сторон треугольника по  координатам его вершин?

Зная координаты вершин треугольника, можно составить уравнение прямой, проходящей через 2 точки.

Пример.

Дано: ΔABC, A(-5;1), B(7;-4), C(3;7)

Составить уравнения сторон треугольника.

Решение:

1) Составим уравнение прямой AB, проходящей через 2 точки A и B.

Для этого в уравнение прямой y=kx+b подставляем координаты точек A(-5;1), B(7;-4) и из полученной системы уравнений находим k и b:

    [left{ begin{array}{l} 1 = k cdot ( - 5) + b; \ - 4 = k cdot 7 + b; \ end{array} right. Rightarrow k = - frac{5}{{12}};b = - frac{{13}}{{12}}.]

Таким образом, уравнение стороны AB

    [y = - frac{5}{{12}}x - frac{{13}}{{12}}.]

2) Прямая BC проходит через точки B(7;-4) и C(3;7):

    [left{ begin{array}{l} - 4 = k cdot 7 + b; \ 7 = k cdot 3 + b; \ end{array} right. Rightarrow k = - frac{{11}}{4};b = frac{{61}}{4}.]

Отсюда уравнение стороны BC —

    [y = - frac{{11}}{4}x + frac{{61}}{4}.]

3) Прямая AC проходит через точки A(-5;1) и C(3;7):

    [left{ begin{array}{l} 1 = k cdot ( - 5) + b; \ 7 = k cdot 3 + b; \ end{array} right. Rightarrow k = frac{3}{4};b = frac{{19}}{4}.]

Уравнение стороны AC —

    [y = frac{3}{4}x + frac{{19}}{4}.]

Как найти вершину треугольника?

Как найти вершину треугольника?

Для того чтобы найти координаты вершины равностороннего треугольника, если известны координаты двух других его вершин, нужно воспользоваться одним из предложенных способов.

1 способ (графический)

Треугольник

  1. В системе координат отмечаем две заданные вершины.
  2. Ставим ножку циркуля в одну из построенных точек.
  3. Проводим окружность с радиусом, равным расстоянию между отмеченными вершинами.
  4. Таким же образом чертим вторую окружность с тем же радиусом, но из второй отмеченной точки.
  5. Точки пересечения проведённых окружностей определяют вершины треугольников (их получится два).
  6. Определяем координаты полученных точек, исходя из полученного чертежа.

Данный способ позволяет точно построить третью вершину. Однако определение координат является приблизительным. Метод хорошо использовать для иллюстрации.

2 способ (аналитический)

Решение задачи основано на применении формулы нахождения расстояния между двумя точками: d(A(x1;y1);B(x2;y2))=√((x2-x1)^2+(y2-y1)^2)

  1. Пусть имеются вершины A(x1;y1) и B(x2;y2) треугольника АВС. Обозначим координаты третьей вершины x и y (то есть, С(x;y))
  2. Составляем соотношения
    AC=√((x-x1)^2+(y-y1)^2)
    BC=√((x-x2)^2+(y-y2)^2)
    AB=√((x2-x1)^2+(y2-y1)^2)
  3. Учитывая, что треугольник равносторонний, составляем систему уравнений:
    AC=BC
    AC=AB
    Или система уравнений:
    √((x-x1)^2+(y-y1)^2)= √((x-x2)^2+(y-y2)^2)
    √((x-x1)^2+(y-y1)^2)= √((x2-x1)^2+(y2-y1)^2)
  4. Методом подстановки решаем полученную систему.

Теперь вы знаете, как найти вершину треугольника.

Внимание! Оба случая применимы только для равностороннего треугольника.
Для равнобедренного или любого другого произвольного треугольника для нахождения координат третьей вершины требуются дополнительные данные (например, значение некоторых отрезков или углов).

Уравнение описанной окружности

Как составить уравнение описанной около треугольника окружности по координатам его вершин? Как найти координаты центра описанной окружности? Как найти радиус описанной окружности, зная координаты вершин треугольника?

Решение всех этих задач сводится к одной — написать уравнение окружности, проходящей через три данные точки. Для этого достаточно подставить координаты точек (вершин треугольника) в уравнение окружности. Получим систему из трёх уравнений с тремя неизвестными: координатами центра и радиусом окружности.

Составить уравнение описанной окружности для треугольника с вершинами в точках A(2;1), B(6;3), C(9;2).

Подставив координаты вершин треугольника в уравнение окружности

[ (x - a)^2 + (y - b)^2 = R^2 , ]

получим систему уравнений

[ left{ begin{array}{l} (2 - a)^2 + (1 - b)^2 = R^2 , \ (6 - a)^2 + (3 - b)^2 = R^2 , \ (9 - a)^2 + (2 - b)^2 = R^2 . \ end{array} right. ]

Вычтем из первого уравнения системы второе:

[ (2 - a)^2 + (1 - b)^2 - (6 - a)^2 - (3 - b)^2 = 0 ]

[ 4 - 4a + a^2 + 1 - 2b + b^2 - 36 + 12a - a^2 - 9 + 6b - b^2 = 0 ]

[ 8a + 4b - 40 = 0 ]

[ b = - 2a + 10. ]

Теперь из второго уравнения системы вычтем третье:

[ (6 - a)^2 + (3 - b)^2 - (9 - a)^2 - (2 - b)^2 = 0 ]

[ 36 - 12a + a^2 + 9 - 6b + b^2 - 81 + 18a - a^2 - 4 + 4b - b^2 = 0 ]

[ b = 3a - 20. ]

Приравняем правые части равенств b=-2a+10 и b=3a-20:

[ - 2a + 10 = 3a - 20 ]

[ - 5a = - 30 ]

[ a = 6, ]

[ b = 3 cdot 6 - 20 = - 2. ]

Подставим в первое уравнение системы a=6 и b=-2:

[ (2 - 6)^2 + (1 - ( - 2))^2 = R^2 ]

[ R^2 = 16 + 9 = 25, ]

[ R = 5. ]

a и b — координаты центра окружности, R — её радиус. Таким образом, точка (6;-2) — центр описанной около треугольника ABC окружности, радиус R=5, а уравнение описанной окружности

[ (x - 6)^2 + (y + 2)^2 = 25. ]

Для решения аналогичной задачи для четырёхугольника либо многоугольника достаточно знать координаты трёх его вершин.

Прямая на плоскости

Алгоритм исследования построения графика функции

Построение графика функции методом дифференциального исчисления

Экстремум функции двух переменных

Пример . В задачах даны координаты точек A , B , C . Требуется: 1) записать векторы AB и AC в системе орт и найти модули этих векторов; 2) найти угол между векторами AB и AC .
Решение.
1) Координаты векторов в системе орт. Координаты векторов находим по формуле:
X=xj-xi; Y=yj-yi
здесь X , Y координаты вектора; xi , yi — координаты точки Аi ; xj , yj — координаты точки Аj
Например, для вектора AB: X=x2-x1=12-7=5 ; Y=y2-y1=-1-(-4)=3
AB(5;3), AC(3;5), BC(-2;2)
2) Длина сторон треугольника. Длина вектора a(X;Y) выражается через его координаты формулой:




3) Угол между прямыми. Угол между векторами a1(X1;Y1) , a2(X2;Y2) можно найти по формуле:

где a1a2=X1X2+Y1Y2
Найдем угол между сторонами AB и AC

γ = arccos(0.88) = 28.07 0
8) Уравнение прямой. Прямая, проходящая через точки A1(x1; y1) и A2(x2; y2) , представляется уравнениями:

Уравнение прямой AB . Каноническое уравнение прямой:
или
y= 3 /5x- 41 /5 или 5y-3x+41=0

Добавить комментарий