Как найти середину отрезка алгебра

Формулы вычисления расстояния между двумя точками:

• Формула вычисления координат середины отрезка с концами A(x_a, y_a) и B(x_b, y_b) на плоскости:

  xc =	xa + xb		yc =	ya + yb
  2	2

• Формула вычисления координат середины отрезка с концами A(x_a, y_a, z_a) и B(x_b, y_b, z_b) в пространстве:

  xc =	xa + xb		yc =	ya + yb		zc =	za + zb
  2	2	2

Примеры задач на вычисление середины отрезка

Примеры вычисления координат середины отрезка на плоскости

Примеры вычисления координат середины отрезка в пространстве

Середина отрезка — точка на заданном отрезке, находящаяся на равном расстоянии от обоих концов данного отрезка. Является центром масс как всего отрезка, так и его конечных точек.

Координаты[править | править код]

Средняя точка отрезка в -мерном пространстве, концами которого являются точки и , задаётся формулой:

.

Таким образом, -я координата средней точки () равна:

.

Построение[править | править код]

Если заданы две точки, нахождение середины образованного ими отрезка может быть осуществлено с помощью циркуля и линейки. Для нахождения середины отрезка на плоскости можно сначала построить две дуги равного (и достаточно большого) радиуса с центрами в концах отрезка, а затем через точки пересечения этих дуг провести прямую. Точка, где полученная прямая пересекает отрезок, является его серединой.

С использованием теоремы Мора — Маскерони возможно также нахождение середины отрезка с помощью одного только циркуля: на первом шаге для отрезка строится точка , симметричная точке относительно точки ; на втором шаге строится инверсия точки относительно окружности радиуса с центром в точке ; полученная точка является серединой отрезка ^[1][2][3].

Можно также построить середину отрезка с помощью только линейки при условии, что на плоскости имеется окружность с отмеченным центром^[4].

Геометрические свойства[править | править код]

Середина любого диаметра окружности является центром окружности. Перпендикуляр к любой хорде, проходящий через её середину, проходит через центр окружности.
Теорема о бабочке утверждает, что если является серединой хорды и через середину проходят две другие хорды и , то и пересекают хорду в точках и соответственно таким образом, что является серединой отрезка .

Центр эллипса является серединой отрезка, соединяющего два фокуса эллипса.

Середина отрезка, соединяющего вершины гиперболы, является центром гиперболы.

Перпендикуляры к серединам сторон треугольника пересекаются в одной точке, и эта точка является центром описанной окружности. Центр девяти точек треугольника — середина отрезка, соединяющего центра описанной окружности с ортоцентром данного треугольника. Вершины серединного треугольника данного треугольника лежат в серединах сторон треугольника.

В прямоугольном треугольнике центр описанной окружности является серединой гипотенузы. В равнобедренном треугольнике медиана, высота и биссектриса угла при вершине совпадают с прямой Эйлера и осью симметрии, и эта прямая проходит через середину основания.

Две бимедианы выпуклого четырёхугольника — это отрезки, соединяющие середины противоположных сторон. Две бимедианы и отрезок, соединяющий середины диагоналей, пересекаются в одной точке, которая является серединой этих трёх отрезков^[5]. Теорема Брахмагупты утверждает, что если вписанный в окружность четырёхугольник является ортодиагональным (то есть, имеющий перпендикулярные диагонали), то перпендикуляры к сторонам из точки пересечения диагоналей всегда проходят через середину противоположной стороны. Теорема Вариньона утверждает, что середины сторон произвольного четырёхугольника являются вершинами параллелограмма, а если четырёхугольник к тому же является самонепересекающимся, то площадь параллелограмма равна половине площади четырёхугольника. Прямая Ньютона — линия, соединяющая середины двух диагоналей выпуклого четырёхугольника, не являющегося параллелограммом. Отрезки, соединяющие середины противоположных сторон выпуклого четырёхугольника, пересекаются в точке, лежащей на прямой Ньютона.

Правильный многоугольник имеет вписанную окружность, которая касается всех сторон многоугольника в серединах его сторон. В правильном многоугольнике с чётным числом сторон середины диагоналей, соединяющих противоположные центры, являются центром многоугольника. Серединный многоугольник — многоугольник, вершины которого — середины рёбер исходного многоугольника. Растянутый многоугольник серединных точек вписанного многоугольника P является другим вписанным многоугольником, вписанным в ту же окружность, и его вершины являются серединами дуг между вершинами P^[6]. Повторение операции создания многоугольника растянутых средних точек приводит к последовательности многоугольников, форма которых сходится к правильному многоугольнику^[6][7].

Обобщения[править | править код]

Середина отрезка является аффинным инвариантом, поэтому координатные формулы^[⇨] применимы к любой аффинной системе координат.

Середину отрезка невозможно определить в проективной геометрии: любая внутренняя точка отрезка может быть проективно отображена в любую другую точку внутри (того же или любого другого) проективного отрезка. Закрепление одной такой точки в качестве середины определяет аффинную структуру на проективной прямой, содержащей этот отрезок. Четвёртая точка гармонической четвёрки для такой «средней точки» и двух конечных точек является бесконечно удалённой точкой^[8].

Понятие середины отрезка можно ввести на геодезических в римановом многообразии, но в отличие от аффинного случая, середина отрезка может быть не единственной.

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• А. Н. Костовский. Геометрические построения одним циркулем. — М.: «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1984. — (Популярные лекции по математике).
• Август Адлер. Теория геометрических построений. — Ленинград: Государственное учебно-педагогическое издательство Наркомпроса РСФСР, Ленинградское отделение, 1940.
• Р. Курант, Г. Роббинс. Что такое математика?. — 3-е. — МЦНМО, 2001. — ISBN 5–900916–45–6.
• Jiu Ding, L. Richard Hitt, Xin-Min Zhang. Markov chains and dynamic geometry of polygons // Linear Algebra and its Applications. — 2003. — Т. 367. — doi:10.1016/S0024-3795(02)00634-1.
• Francisco Gomez-Martin, Perouz Taslakian, Godfried T. Toussaint. 18th Fall Workshop on Computational Geometry. — 2008.
• H. S. M. Coxeter. The Real Projective Plane. — New York, Toronto, London: McGraw-Hill, 1949.
• Х. С. М. Коксетер. Действительная проективная плоскость. — М.: Физматлит, 1959.
• Nathan Altshiller-Court. College Geometry. — Mineola, New York: Dover Publ., 2007. — ISBN 0-486-45805-9.

Ссылки[править | править код]

• Animation — showing the characteristics of the midpoint of a line segment
• What is Midpoint Formula

Была ли эта статья полезной?

В данной публикации мы рассмотрим, что такое середина отрезка, по какой формуле считаются ее координаты (в плоскости и пространстве). Также разберем примеры решения задач по этой теме.

Расчет координат середины отрезка

Серединой называется точка, лежащая на отрезке и находящаяся на одинаковом расстоянии от его концов.

AC = CB

Если концы отрезка A (x_a, y_a) и B (x_b, y_b) расположены в одной плоскости, то координаты его середины (точки C) считаются по формуле:

Если отрезок с концами A (x_a, y_a, z_a) и B (x_b, y_b, z_b) находится в трехмерном пространстве, координаты его середины рассчитываются следующим образом:

Примеры задач

Задание 1
Вычислим координаты точки C, которая является серединой отрезка AB, образованного точками A (5, -2) и B (11, 10).

Решение:
В данном случае нам подойдут формулы для плоскости:
x_c = (5 + 11) / 2 = 8
y_c = (-2 + 10) / 2 = 4

Таким образом, точка C имеет координаты (8, 4).

Задание 2
Найдем координаты точки B, являющейся одним из концов отрезка AB. При этом известны координаты точки A (7, 13) и середины отрезка – C (4, -3).

Решение:
Нужные нам формулы можно вывести из выражений для расчета координат середины отрезка:

x_b = 2x_c – x_a = 2 · 4 – 7 = 1
y_b = 2y_c – y_a = 2 · (-3) – 13 = -19

Следовательно, координаты B – (1, -19).

Основное определение отрезка

Прямую АВ можно получить путем удлинения отрезка, который состоит из двух точек. Вследствие чего, можно сказать, что полученный отрезок АВ — это часть прямой, которая ограничена точками А и В. Отрезок объединяет обе точки, которые являются концами прямой, а также множество других точек, лежащих на отрезке.  

Например: дана точка К которая расположена между заданными отметками, следовательно, можно сказать, что данная точка лежит на этом отрезке.

Середина отрезка на координатной прямой

Заданы следующие параметры: координатная прямая Ox; точки А и В, которые не совпадают с данной прямой.

Заданным точкам соответствуют действительные числовые значения [x_{A}] и [x_{B}]. Координата С — это середина отрезка А и В. Исходя из этого нужно определить значение координаты [x_{C}] .

AB = |a — b|, где A и B — это произвольные точки, расстояние между которыми надо найти, то есть, найти длину отрезка AB, a и b — координаты точек.
Выражение |a — b| можно заменить выражением |b — a|, так как a — b и b — a являются противоположными числами и их модули равны.
Следовательно, чтобы найти расстояние между точками координатной прямой надо из координаты одной точки вычесть координату другой точки.

Середина отрезка на плоскости

Зададим следующие параметры: прямоугольная система координат относительно заданной плоскости Oxy; две произвольно расположенные несовпадающие точки, для которых заданы координаты [mathrm{A}left(x_{A} y_{A}right)] и [Bleft(chi_{B} chi_{B}right)]. Точка C — это заданная середина отрезка АВ. Нужно вычислить координаты [x_{C}] и [y_{C}] относительно точки С.

Чтобы правильно проанализировать задачу, возьмем случай, когда точки A и В между собой не совпадают и расположены на одной координатной плоскости.

В свою очередь координатная плоскость является перпендикулярной относительной одной из осей.

Координаты отметок [A_{x} A_{y} B_{x} B_{y} C_{x} C_{y}] — это проекции точек А, В, С.

Согласно построению, все прямые можно назвать параллельными; прямые также параллельны между собой. Принимая во внимание данное свойство и теорему Фалеса из равенства А С   =   С В следуют, что все  равенства между собой равны. Также они в свою очередь свидетельствуют о том, что точка [C_{x}] – это середина отрезка [A_{x}] и [B_{x}], [C_{y}] а – середина отрезка [A_{y}] и [B_{y}].

Опираясь на полученное выражение получаем основное уравнение середины отрезка на координатной плоскости. 

[x_{c}=frac{x_{A}+x_{B}}{2}text { и } y_{c}=frac{y_{A}+y_{B}}{2}]

Данным набором формул можно использовать, когда точки А и B лежат на одной координатной плоскости или прямой. Которая соответственно перпендикулярна относительной одной из осей.

В данном случае координаты отрезка будут определяться по следующей формуле:

[x_{C}=frac{x_{A}+x_{B}}{2} text{ и } y_{c}=frac{y_{A}+y_{B}}{2}]

Параметры середины отрезка в пространстве

Для выведения основной формулы для решения подобного рода задач, нужно рассмотреть конкретный пример.

Дана система координат, две произвольные координатные точки с конкретными координатами [mathrm{A}left(A_{x} A_{y} A_{z}right)] и [mathrm{B}left(B_{chi} B_{y} B_{z}right)]. Нужно определить отметку точки C, которая в свою очередь будет являться серединой отрезка.

Согласно основной теоремы Фалеса, все равенства между собой являются равными. Следовательно, значение точек С будут являться серединами отрезков, каждой координатной плоскости, коих имеется три.

Можно составить и записать окончательную формулу для определения середины прямой при координатной плоскости, состоящей более чем двух осей.

[x_{c}=frac{x_{A}+x_{B}}{2} text{ и } y_{C}=frac{y_{A}+y_{B}}{2}, z_{c}=frac{z_{A}+z_{B}}{2}]

Данные формулы также можно применять в случаях, когда точки A и B расположены на одной из координатных прямых. Либо на прямой, которая перпендикулярна относительно одной из осей. Есть еще случай, когда точки расположены в одной координатной плоскости, которая перпендикулярна одной из координатных плоскостей.

Определение координат середины отрезка через координаты радиус-векторов его концов

Формулу для определения отметок середины отрезка, можно определить применяя алгебраическое правило решения векторных выражений.

Исходные данные: прямоугольная декартова система координат Oxy, точки с конкретно заданными координатами [mathrm{A}left(A_{x} A_{y}right)] и [text { B }left(B_{x} B_{y}right)].

Точка  C – это середина отрезка с точками А и В.

Согласно геометрическому правилу и определению, действия над векторами будет выглядеть следующим образом:

[overline{O C}=frac{1}{2} cdot(overline{O A}+overline{O B}).]

Координата С в данной ситуации — это значение, в которой пересекаются диагонали геометрической фигуры параллелограмм. Данная фигура построена на основании следующих векторов  [overline{O A}] и [overline{O B}], иными словами — это точка середины диагоналей.

Координатные показатели радиуса — это векторные показатели, которые  равны координатам, тогда будут верны и равенства: [overline{O A}left(x_{A} y_{A}right)] и [overline{O B}left(x_{B} y_{B}right)].

Выполним следующие действия над векторными значениями и получим следующие формулы:

[overline{O C}=frac{1}{2} cdot(overline{O A}+overline{O B})=left(frac{x_{A}+y_{B}}{2}, frac{y_{A}+y_{B}}{2}right).]

Следовательно, заданная координата С обладает данными:

[left(frac{x_{A}+y_{B}}{2}, frac{y_{A}+y_{B}}{2}right).]

Аналогичным образом определяется нахождение координат середины заданного отрезка в пространстве.

[Cleft(frac{x_{A}+y_{B}}{2}, frac{y_{A}+y_{B}}{2}, frac{z_{A}+z_{B}}{2}right)]

Примеры решения задачи, при нахождении точки середины отрезка