Получить уравнение прямой, проходящей через две точки помогут созданные нами калькуляторы. Предлагаем найти каноническое и параметрическое уравнение прямой, а также уравнение прямой с угловым коэффициентом как на плоскости, так и в пространстве.
Прямая – это бесконечная линия, по которой проходит кратчайший путь между любыми двумя её точками.
Уравнения прямой, проходящей через две точки могут быть следующих видов:
- каноническое уравнение,
- параметрическое уравнение,
- общее уравнение прямой,
- уравнение прямой с угловым коэффициентом,
- уравнение прямой в полярных координатах и другие.
Для получения уравнений введите координаты двух точек прямой. Онлайн-калькулятор найдет уравнения и выдаст результат с подробным решением.
Каноническое уравнение прямой на плоскости
{dfrac{x-x_a}{x_b-x_a} = dfrac{y-y_a}{y_b-y_a}}
xa и ya – координаты первой точки A,
xb и yb – координаты второй точки B
Параметрическое уравнение прямой на плоскости
{begin{cases} x=l cdot t + x_a \ y=m cdot t + y_a end{cases}}
xa, ya – координаты точки, лежащей на прямой,
{l;m} – координаты направляющего вектора прямой,
t – произвольный параметр, аналогичный параметру в векторно-параметрическом уравнении.
Каноническое уравнение прямой в пространстве
{dfrac{x-x_a}{x_b-x_a} = dfrac{y-y_a}{y_b-y_a} = dfrac{z-z_a}{z_b-z_a}}
xa, ya и za – координаты первой точки A,
xb, yb и zb – координаты второй точки B
Параметрическое уравнение прямой в пространстве
{ begin{cases} x=l cdot t + x_a \ y=m cdot t + y_a \ z=n cdot t + z_a end{cases} }
xa, ya и za – координаты точки, лежащей на прямой,
{l;m;n} – координаты направляющего вектора прямой,
t – произвольный параметр, аналогичный параметру в векторно-параметрическом уравнении.
Пример нахождения уравнения прямой, проходящей через две точки
Найдем уравнения прямой, проходящей через точки A(1,2) и B(3,8).
Каноническое уравнение прямой
Каноническое уравнение прямой, проходящей через две точки имеет вид {dfrac{x-x_a}{x_b-x_a} = dfrac{y-y_a}{y_b-y_a}}
Подставим в формулу координаты точек A и B: {dfrac{x-1}{3-1} = dfrac{y-2}{8-2}}
Получаем каноническое уравнение прямой: {dfrac{x-1}{2} = dfrac{y-2}{4}}
Уравнение прямой с угловым коэффициентом
Из канонического уравнения получаем уравнение прямой с угловым коэффициентом: {y=3x-1}
Параметрическое уравнение прямой
Параметрическое уравнение прямой имеет вид:
{ begin{cases} x=l cdot t + x_a \ y=m cdot t + y_a end{cases} }
где {x_a, y_b} – координаты точки, лежащей на прямой, {{l;m}} – координаты направляющего вектора прямой, t – произвольный параметр, аналогичный параметру в векторно-параметрическом уравнении. В качестве координат используем координаты точки {A(x_a, y_b)}.
Найдем координаты направляющего вектора:
overline{AB} = {x_b – x_a; y_b – y_a} = {3-1; 8-2} = {2; 6}
Получаем параметрическое уравнение:
begin{cases} x=2 t + 1 \ y=6 t + 2 end{cases}
Используем калькулятор для проверки полученного ответа.
Параметрическое уравнение прямой на плоскости
В данной статье мы рассмотрим параметрическое уравнение прямой на плоскости. Приведем примеры построения параметрического уравнения прямой, если известны две точки этой прямой или если известна одна точка и направляющий вектор этой прямой. Представим методы преобразования уравнения в параметрическом виде в канонический и общий виды.
Параметрическое уравнение прямой L на плоскости представляется следующей формулой:
где x1, y1 координаты некоторой точки M1 на прямой L. Вектор q={m, p} является направляющим вектором прямой L, t − некоторый параметр.
Отметим что при записи уравнения прямой в параметрическом виде, направляющий вектор прямой не должен быть нулевым вектором, т.е хотя бы один координат направляющего вектора q должен быть отличным от нуля.
Для построения прямой на плоскости в декартовой прямоугольной системе координат, заданной параметрическим уравнением (1), достаточно задать параметру t две разные значения, вычислить x и y и провести через эти точки прямую линию. При t=0 имеем точку M1(x1, y1) при t=1, получим точку M2(x1+m, y1+p).
Для составления параметрического уравнения прямой на плоскости L достаточно иметь точку на прямой L и направляющий вектор прямой или две точки, принадлежащие прямой L. В первом случае, для построения параметрического уравнения прямой нужно координаты точки и направляющего вектора вставить в уравнение (1). Во втором случае сначала нужно найти направляющий вектор прямой q={m, p}, вычисляя разности соответствующих координатов точек M1 и M2: m=x2−x1, p=y2−y1(Рис.1). Далее, аналогично первому случаю, подставить координаты одной из точек (не имеет значение какой именно) и направляющего вектора q прямой в (1).
Можно также вывести формулу параметрического уравнения прямой, проходящей через две точки. Для этого подставим значения m=x2−x1, p=y2−y1 в (1), получим параметрическое уравнение прямой на плоскости, проходящей через точки M1(x1, y1) и M2(x2, y2):
Пример 1. Прямая проходит через точку M=(3,−1) и имеет направляющий вектор q={−3, 5}. Построить параметрическое уравнение прямой.
Решение. Для построения параметрического уравнения прямой, подставим координаты точки и направляющего вектора в уравнение (1):
Ответ:
Пример 2. Прямая проходит через точки M1=(−5, 2) и M2=(−2, 3). Построить параметрическое уравнение прямой.
Решение. Воспользуемся формулой (2). Подставим координаты точек M1 и M2 в уравнение (2):
Упростим полученное уравнение:
Ответ:
Приведение параметрического уравнения на плоскости к каноническому виду
Выразим параметр t в (1) через переменные x и y:
Из выражений (3), можем записать каноническое уравнение прямой на плоскости:
Обратное преобразование смотрите здесь.
Пример 3. Прямая на плоскости представлена следующим параметрческим уравнением:
Привести данное уравнение прямой к каноническому виду.
Решение: Выразим параметр t через переменные x и y:
Из выражений (5), можем записать:
Ответ.
Приведение параметрического уравнения на плоскости к общему виду
Для приведения параметрического уравнения прямой на плоскости к общему виду, в формулах (1) выразим из второго уравнения параметр t через переменную y и подставим в первое уравнение:
Умножим обе части уравнения (6) на p и группируем элементы уравнения:
Сделаем обозначения: A=p, B=−m, C=−px1+my1. Тогда получим общее уравнение прямой:
Обратное преобразование смотрите здесь.
Пример 4. Прямая на плоскости представлена следующим параметрческим уравнением:
Привести данное уравнение прямой к общему виду.
Решение: В уравнении (9) имеем: x1=−5, y1=0, m=4, p=−2. Подставим эти значения в формулу (7):
Упростив выражение (10) получим общее уравнение прямой (9):
Ответ.
Простейшая
линия на плоскости – прямая.
Уравнение
линии на плоскости:
Уравнение
с угловым коэффициентом–
Под углом
наклона
прямой понимается наименьший угол, на
который нужно повернуть вокруг точки
пересечения прямой и осипротив часовой стрелки осьдо ее совпадения с прямой.
Число
=tgназываетсяугловым коэффициентомпрямой, а уравнение–уравнением прямой с угловым
коэффициентом.
Если прямая проходит через начало
координат, то
и, следовательно, уравнение прямой будет
иметь вид.
Если прямая параллельна оси
,
то,
следовательно,=tg=0
и уравнение имеет вид.
Если прямая параллельна оси
,
тои уравнение теряет смысл, так как для
нее угловой коэффициент=tg=tgне существует. В этом случае уравнение
прямой будет иметь вид,
гдеабсцисса
точки пересечения прямой с осью.
Общее
уравнение–,
где,
так как нормальный векторпрямойL:не равен нулю и перпендикулярен прямойL.
Возможны два случая.
Если
,
то уравнение имеет вид,
причем,
т. е..
Это есть уравнение прямой, параллельной
осии проходящей через точку.
Если
,
то получаем уравнение.
Это есть уравнение прямой с угловым
коэффициентом=tg=.
Есть частные случаи общего уравнение
прямой:
-
Если
,
то уравнение приводится к виду.
Это есть уравнение прямой, параллельной
оси; -
Если
,
то прямая параллельна оси; -
Если
,
то получаем.
Уравнению удовлетворяют координаты
точки,
прямая проходит через начало координат.
Уравнение
прямой, проходящей через две заданные
точки–(при,).
Пусть прямая проходит через точки
М1(x1;y1)иM2(x2;y2).
Уравнение прямой, проходящей через
точкуМ1, имеет видy–y1=k(x–x1),
гдеk– пока
неизвестный коэффициент.
Так как прямая проходит через точку
M2(x2;y2),
то координаты этой точки должны
удовлетворять уравнениюy2–y1=k(x2–x1).
Отсюда находим.
Подставляя найденное значениев уравнениеy–y1=k(x–x1),
получим уравнение прямой, проходящей
через точкиМ1иM2:.
Параметрическое
уравнение –
Пусть на плоскости зафиксирована
прямоугольная
декартова система координатOxy.
Зададим прямуюa, указав лежащую на
ней точкуM1(x1;y1)
и направляющий вектор этой прямой.
Возьмем произвольную точку плоскости
M(x;y).
Мы можемвычислить
координаты вектора.
Очевидно, что множество всех точек
M(x;y)
задают прямую, проходящую через точкуM1(x1;y1)
и имеющую направляющий вектор,
тогда и только тогда, когда векторыиколлинеарны.
Необходимое
и достаточное условие коллинеарности
векторовизаписывается в виде уравнения,
где– некоторое действительное число.
Полученное уравнение называется
векторно-параметрическим уравнением
прямой. Векторно-параметрическое
уравнение прямой в координатной форме
имеет вид.
Уравнения полученной системыназываютсяпараметрическими
уравнениями прямойна плоскости.
Каноническое
уравнение –
Пусть на плоскости зафиксирована
прямоугольная
декартова система координатOxy.
Нужно получить уравнение прямойa,
еслиM1(x1;y1)
– некоторая точка прямойaи-направляющий
вектор прямойa.
Пусть M(x;y)-
плавающая точка прямойa. Тогда
векторявляется направляющим вектором прямойaи имеет координаты.
Очевидно, что множество всех точекM(x;y)на
плоскости определяют прямую, проходящую
через точкуM1(x1;y1)
и имеющую направляющий вектортогда
и только тогда, когда векторыи– коллинеарны.
Равенство
в координатной форме имеет вид.
Если
и,
то мы можем записать.
Полученное уравнение вида
называютканоническим уравнениемпрямойна плоскости. Это уравнение также
называют уравнением прямой в каноническом
виде.
* Уравнение
прямой в отрезках –
Пусть прямая пересекает ось в точке
М1(),
а ось– в точкеМ2().
В этом случае уравнение имеет вид,
т. е..
Это уравнение называетсяуравнением
прямой в отрезках, так как числаиуказывают, какие отрезки отсекает прямая
на осях координат.
Полярное
уравнение –
.
Положение прямой можно определить,
указав расстояние
от полюса О до данной прямой и уголмежду полярной осью ОР и осью,
проходящей через полюс О перпендикулярно
данной прямой.
Для любой точки М()
на данной прямой имеем:
прl=.
С другой стороны,
прl=||.
Следовательно,
Полученное уравнение и есть уравнение
прямой в полярных координатахилиполярное уравнение прямой.
Нормальное
уравнение прямой –
Пусть прямая определяется заданием
и.
Рассмотрим прямоугольную систему
координатOxy. Введем
полярную систему, взявОза полюс иOx за полярную ось.
Уравнение прямой можно записать в виде,
т. е..
Но, в силу формул, связывающих прямоугольные
и полярные координаты, имеем:
,.
Следовательно уравнениепрямой в прямоугольной системе координат
имеет вид.
Это уравнение называется нормальным
уравнением прямой.
Геометрический
смысл коэффициентов в уравнениях прямой.
Коэффициент kв уравнении прямой с
точностью до знака равен тангенсу
острого угла, который образует прямая
с осью.
Переход из
одного вида уравнения в другой.
Приведение общего уравнения прямойк каноническому уравнению прямой: если,
то переносим слагаемоев правую часть равенствас
противоположным знаком.
В левой части равенства выносимАза скобки.
Полученное равенство можно записать
как пропорцию вида.
Если
,
то оставляем в левой части общего
уравнения прямойтолько слагаемое,
а остальные переносим в правую часть с
противоположным знаком:.
Теперь выносим в правой части равенства–Bза скобкии записываем полученное равенство в
виде пропорции.
Переход от общего уравнения прямой к
параметрическим уравнениям прямой
проводится в два этапа: сначала общее
уравнение приводится к каноническому
виду, а затем осуществляется переход
от канонического уравнения прямой к
параметрическим уравнениям прямой.
Разберем этот алгоритм при решении
примера.
Нужно написать параметрические уравнения
прямой, которая задана общим уравнением
прямой
.
Сначала приведем исходное общее уравнение
прямой к каноническому уравнению
прямой:.
Теперь принимаем левую и правую части
полученного уравнения равными параметру
Теперь принимаем левую и правую части
полученного уравнения равными параметру
:.
Из общего уравнения прямой вида
получить
уравнение прямой с угловым коэффициентомвозможно лишь тогда, когда.
Для этого в левой части общего уравнения
прямой оставить только слагаемое:.
Затем разделить обе части полученного
равенства на число B, которое отлично
от нуля,.
Чтобы получить уравнение прямой в
отрезках вида
из общего уравнения прямой переносим
числоСв правую часть равенствас противоположным знаком, делим обе
части полученного равенства на–С,
и в заключении переносим в знаменатели
коэффициенты при переменных x иy:
Чтобы привести общее уравнение прямой
к нормальному виду нужно обе части
равенства
умножить на так называемый нормирующий
множитель, который равен.
Знак нормирующего множителя берется
противоположным знаку слагаемогоС.
Если,
то знак нормирующего множителя не имеет
значения и может быть выбран произвольно.
Для перехода к общему уравнению от
уравнения прямой в отрезках и уравнения
прямой с угловым коэффициентом достаточно
просто собрать все слагаемые в левой
части равенства:
Каноническое уравнение прямой приводится
к общему уравнению прямой с помощью
следующих преобразований:
От параметрических уравнений прямой
следует сначала перейти к каноническому
уравнению прямой, а уже потом к общему
уравнению прямо:
Соседние файлы в папке 1семестр_ответы
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Прямая в пространстве – это линия, которая проходит от одной точки к другой, а также за пределы этих точек в бесконечность. Есть несколько видов уравнения прямой в пространстве: каноническое, параметрическое, угол между двумя прямыми в пространстве и т. д. Про это расскажем в данной статье и для наглядности предоставим несколько примеров.
Параметрическое и каноническое уравнение прямой в пространстве
Параметрическое и каноническое уравнение прямой рассматривается практически так, как и для прямой на плоскости. Значит, нужно составить уравнение прямой , которая проходит через данную точку параллельно направляющему вектору .
Пусть, – произвольная точка прямой, тогда векторы и коллинеарные, а это значит, что координаты их пропорциональны, поэтому получаем:
(1)
это и есть канонические уравнения прямой.
Приравнивая каждую из дробей (1) к параметру , запишем параметрические уравнения прямой:
(2)
Уравнение прямой в пространстве, которая проходит через две заданные точки
Уравнение прямой в пространстве – тема очень лёгкая, так как здесь самое важное – знать нужную формулу. Тогда легко можно решить любую задачу.
Итак, через две точки и можно не только геометрично провести линию, но и сложить её уравнения.
За направляющий вектор возьмём , тогда по формуле (1) у нас получается:
(3)
уравнение прямой в пространстве, которые проходят через две заданные точки.
Нужна помощь в написании работы?
Написание учебной работы за 1 день от 100 рублей. Посмотрите отзывы наших клиентов и узнайте стоимость вашей работы.
Подробнее
Общее уравнение прямой – переход к каноническому уравнению
Объяснение про общее уравнение прямой начнём с прямой, которая задана двумя плоскостями, что пересекаются по этой прямой.
Пусть известны их уравнения:
(4)
Тогда система (4) называется общим уравнением прямой.
Чтобы перейти к каноническим уравнениям вида (1), необходимо найти вектор и точку этой прямой.
Точку находим, как один из решений системы (4). Например, положив в (4) находим , тогда и точку . Направляющий вектор , который параллелен к каждой из плоскостей и и перпендикулярен к их нормальным векторам и , то есть , . (см. рис. 1). Поэтому вектор можно найти при помощи векторного произведения и
= x =
Найдены координаты и подставим в каноническое уравнение (1).
Например, от общих уравнений прямой:
Перейдём к каноническим, положив в системе (при нём относительно больше коэффициенты). найдём . Нормальные векторы и . Тогда направляющий вектор
Рис. 1
x = ,
и канонические уравнения станут:
Угол между двумя прямыми в пространстве. Условия параллельности и перпендикулярности прямых
Угол между двумя прямыми :
и
равен углу между их направляющими векторами и , поэтому
=
(5)
Условия параллельности и перпендикулярности прямых соответственно запишутся:
и .
(6)
Примеры решения задач
Давайте рассмотрим первый пример, где можно двумя способами построить прямую:
Задача
При точке и направляющем векторе необходимо:
- составить каноническое уравнение прямой;
- построить эту прямую.
Решение
1) По формуле (1) запишем каноническое уравнение прямой :
= .
2) Рассмотрим два способа построения прямой .
Первый способ
В системе координат строим вектор и точку и проводим через точку прямую параллельную вектору .
Второй способ
По формуле (2) запишем каноническое уравнение прямой в параметрическом виде:
На рисунке видно, что при произвольных значениях из системы находим координаты соответствующих точек, которые принадлежат прямой . Так при находим координаты . Через две точки и проводим прямую .
Очевидно, что найти острый угол между прямыми совершенно не сложно при знании темы и определённых формул. Давайте разберём такой пример:
Задача
Найти острый угол между прямыми:
,
(7)
Решение
По формуле (7) получаем:
= = =
Так как , тогда угол тупой, , а острый угол .
Ответ
.
Рассмотрим последний пример, где нужно составить уравнение. Здесь, как и в каждой задаче, важно знать и понимать, какой формулой нужно воспользоваться.
Задача
Составить уравнение прямой , которая проходит через точку и параллельна прямой .
Решение
От параметрического уравнения переходим к каноническому При условии параллельности прямых то есть направляющим вектором новой прямой может служить известный вектор и по формуле (1) у нас получается:
.
Ответ
.
Прямая (прямая линия) – это бесконечная линия, по которой проходит кратчайший путь между любыми двумя её точками.
Уравнение прямой на плоскости
Любую прямую на плоскости можно задать уравнением прямой первой степени вида
A x + B y + C = 0
где A и B не могут быть одновременно равны нулю.
Уравнение прямой с угловым коэффициентом
Общее уравнение прямой при B≠0 можно привести к виду
y = k x + b
где k – угловой коэффициент равный тангенсу угла, образованного данной прямой и положительным направлением оси ОХ.
k = tg φ
Уравнение прямой в отрезках на осях
Если прямая пересекает оси OX и OY в точках с координатами (a, 0) и (0, b), то она может быть найдена используя формулу уравнения прямой в отрезках
Уравнение прямой, проходящей через две различные точки на плоскости
Если прямая проходит через две точки M(x1, y1) и N(x2, y2), такие что x1 ≠ x2 и y1 ≠ y2, то уравнение прямой можно найти, используя следующую формулу
x – x1 | = | y – y1 |
x2 – x1 | y2 – y1 |
Параметрическое уравнение прямой на плоскости
Параметрические уравнения прямой могут быть записаны следующим образом
x = l t + x0y = m t + y0
где N(x0, y0) – координаты точки лежащей на прямой, a = {l, m} – координаты направляющего вектора прямой.
Каноническое уравнение прямой на плоскости
Если известны координаты точки N(x0, y0) лежащей на прямой и направляющего вектора a = {l; m} (l и m не равны нулю), то уравнение прямой можно записать в каноническом виде, используя следующую формулу
Пример 1. Найти уравнение прямой проходящей через две точки M(1, 7) и N(2, 3).
Решение. Воспользуемся формулой для уравнения прямой проходящей через две точки
x – 12 – 1 = y – 73 – 7
Упростив это уравнение получим каноническое уравнение прямой
x – 11 = y – 7-4
Выразим y через x и получим уравнение прямой с угловым коэффициентом
y – 7 = -4(x – 1)
y = -4x + 11
Найдем параметрическое уравнение прямой. В качестве направляющего вектора можно взять вектор MN.
MN = {2 – 1; 3 – 7} = {1; -4}
Взяв в качестве координат точки лежащей на прямой, координаты точки М, запишем параметрическое уравнение прямой
x = t + 1y = -4t + 7
Пример 2. Найти уравнение прямой проходящей через две точки M(1, 3) и N(2, 3).
Решение. Так как My – Ny = 0, то невозможно записать уравнение прямой проходящей через две точки.
Найдем параметрическое уравнение прямой. В качестве направляющего вектора можно взять вектор MN.
MN = {2 – 1; 3 – 3} = {1; 0}
Взяв в качестве координат точки лежащей на прямой, координаты точки М, запишем параметрическое уравнение прямой
x = t + 1y = 3
Уравнение прямой в пространстве
Уравнение прямой, проходящей через две различные точки в пространстве
Если прямая проходит через две точки M(x1, y1, z1) и N(x2, y2, z2), такие что x1 ≠ x2, y1 ≠ y2 и z1 ≠ z2, то уравнение прямой можно найти используя следующую формулу
x – x1 | = | y – y1 | = | z – z1 |
x2 – x1 | y2 – y1 | z2 – z1 |
Параметрическое уравнение прямой в пространстве
Параметрические уравнения прямой могут быть записаны следующим образом
x = l t + x0 | |
y = m t + y0 | |
z = n t + z0 |
где (x0, y0, z0) – координаты точки лежащей на прямой, {l; m; n} – координаты направляющего вектора прямой.
Каноническое уравнение прямой в пространстве
Если известны координаты точки M(x0, y0, z0) лежащей на прямой и направляющего вектора n = {l; m; n}, то уравнение прямой можно записать в каноническом виде, используя следующую формулу
x – x0 | = | y – y0 | = | z – z0 |
l | m | n |
Прямая как линия пересечения двух плоскостей
Если прямая является пересечением двух плоскостей, то ее уравнение можно задать следующей системой уравнений
A1x + B1y + C1z + D1 = 0 | |
A2x + B2y + C2z + D2 = 0 |
при условии, что не имеет место равенство
A1 | = | B1 | = | C1 | . |
A2 | B2 | C2 |