Здесь вы найдете формулы для всех типов уравнений линии. Кроме того, вы сможете увидеть примеры того, как они рассчитываются, а также потренироваться на решении упражнений уравнений прямой.
Каковы все уравнения прямой?
Помните, что математическое определение линии — это набор последовательных точек, которые представлены в одном направлении без кривых или углов.
Таким образом, для аналитического выражения любой прямой на плоскости (в R2) мы используем уравнения прямой, и для их нахождения достаточно точки, принадлежащей прямой, и вектора направления этой прямой. С помощью всего лишь этих двух геометрических элементов можно найти абсолютно все различные уравнения линии, а именно:
Уравнениями линии являются векторное уравнение, параметрические уравнения, непрерывное уравнение, неявное (или общее) уравнение, явное уравнение, уравнение наклона точки и каноническое (или сегментное) уравнение.
Все типы уравнений линий преследуют одну и ту же цель: математически представить линию. Но каждое уравнение линии имеет свои свойства и поэтому в зависимости от задачи лучше использовать то или другое.
Познакомившись с концепцией линейных уравнений, мы переходим к анализу характеристик каждого типа линейных уравнений в частности. Ниже вы найдете подробное объяснение различных типов уравнений в строке, но при желании вы можете перейти сразу к концу сводной таблицы с формулами всех уравнений в строке .
Векторное уравнение линии
Ага
— вектор направления линии и
точка, принадлежащая правому:
Формула векторного уравнения линии :
Золото:
-
И
— декартовы координаты любой точки на прямой.
-
И
— координаты известной точки, образующей часть линии
-
И
являются компонентами вектора направления прямой
-
— скаляр (действительное число), значение которого зависит от каждой точки прямой.
Это векторное уравнение прямой на плоскости, то есть при работе с точками и векторами 2-х координат (в R2). Однако если бы мы проводили расчеты в пространстве (в R3), нам пришлось бы добавить в уравнение линии дополнительную составляющую:
Параметрические уравнения линии
Параметрические уравнения линии можно получить из ее векторного уравнения:
Сначала умножаем параметр
вектором направления справа:
Далее мы добавляем координаты X и Y:
И, наконец, очистив каждую переменную отдельно, получим параметрические уравнения линии:
Золото:
-
И
— декартовы координаты любой точки на прямой.
-
И
— координаты известной точки, образующей часть линии
-
И
являются компонентами вектора направления прямой
-
— скаляр (действительное число), значение которого зависит от каждой точки прямой.
Как и раньше, это параметрические уравнения линии в плоскости (в R2), но для нахождения параметрических уравнений линии в пространстве (в R3) пришлось бы добавить еще одно уравнение для третьей переменной Z:
Непрерывное уравнение линии
Непрерывное уравнение любой линии можно вывести из ее параметрических уравнений:
Если мы очистим настройку
из каждого параметрического уравнения получаем следующие выражения:
E Приравнивая два полученных уравнения, получаем непрерывное уравнение линии:
Короче говоря, непрерывное уравнение линии :
Золото:
-
И
— декартовы координаты любой точки на прямой.
-
И
— координаты известной точки, образующей часть линии
-
И
являются компонентами вектора направления прямой
Эта формула предназначена для непрерывного уравнения линии при работе в 2 измерениях (в 2D). Но если бы мы выполняли операции в трех измерениях (3D), нам нужно было бы добавить в уравнение линии дополнительный компонент:
Неявное или общее уравнение линии
Ага
— вектор направления линии и
точка, принадлежащая правому:
Формула неявного, общего или декартова уравнения линии :
Золото:
-
И
— декартовы координаты любой точки на прямой.
- коэффициент
– вторая составляющая вектора направления линии:
- коэффициент
– первая составляющая измененного знака вектора направления:
- коэффициент
рассчитывается путем замены известной точки
в уравнении прямой.
формулу неявного уравнения прямой можно получить и перемножением дробей непрерывного уравнения.
Явное уравнение линии
Формула явного уравнения линии :
Золото:
-
это наклон линии.
-
его точка пересечения по оси Y, то есть высота, на которой он пересекает ось Y.
В разделе ниже вы увидите, как определяются параметры.
И
прямой Но, в частности, другой способ найти явное уравнение — использовать неявное уравнение; для этого неизвестное должно быть решено
неявного уравнения.
Значение параметров m и n
Как мы видели при определении явного уравнения линии, параметр
это наклон линии и
это y-перехват. Но что это значит? Давайте посмотрим на это на графическом представлении линии:
Термин «независимый»
— точка пересечения линии с осью компьютера (ось OY). Например, на графике выше
равно 1, поскольку линия пересекает ось y в точке y=1.
С другой стороны, термин
указывает наклон линии , то есть ее наклон. Как вы видите на графике,
равно 2, так как линия поднимается на 2 единицы по вертикали за 1 единицу по горизонтали.
Очевидно, что если наклон положителен, функция возрастает (уходит вверх), а если наклон отрицательный, функция убывает (уменьшается).
Вычислить наклон линии
Как только мы точно узнаем, что такое наклон линии, давайте посмотрим, как он рассчитывается. Таким образом, существует 3 различных способа численного определения наклона линии:
- Даны две разные точки на прямой
И
Наклон линии равен:
- Ага
– вектор направления линии, ее наклон:
- Ага
— угол, образованный линией с осью абсцисс (ось X), наклон линии эквивалентен тангенсу указанного угла:
Уравнение точки-наклона линии
Формула уравнения точки-наклона линии :
Золото:
-
это наклон линии.
-
это координаты точки на прямой
Каноническое или сегментное уравнение линии
Хотя этот вариант уравнения линии менее известен, каноническое уравнение линии можно получить из точек пересечения линии с декартовыми осями.
Пусть две точки пересечения с осями данной прямой будут:
Разрезать по оси X:
Разрез по оси Y:
Формула канонического уравнения линии :
В математике каноническое уравнение прямой еще называют сегментным уравнением или симметричным уравнением.
С другой стороны, коэффициенты
И
Их также можно найти из общего уравнения линии по следующим формулам:
Все уравнения линии (формулы)
Вкратце, вот таблица, в которой показаны формулы всех уравнений линии:
Пример расчета уравнений линии
Теперь, когда мы увидели все объяснение уравнения прямой, давайте посмотрим, как решается типичная задача уравнений прямой:
- Найдите все уравнения прямой, определяемой точкой
и вектор
Прежде всего находим векторное уравнение линии по его формуле:
Просто подставьте координаты точки и вектора в формулу:
Во-вторых, находим параметрические уравнения линии через соответствующую ей формулу:
А еще определяем непрерывное уравнение линии по его формуле:
Как вы видели, векторные, параметрические и непрерывные уравнения легко вычислить, достаточно воспользоваться соответствующими формулами.
Перейдем теперь к нахождению общего (или неявного) уравнения линии. Для этого скрестим две дроби непрерывного уравнения:
Теперь мы можем определить явное уравнение решения прямой относительно неизвестной
неявного уравнения:
Следовательно, наклон линии равен 2 (слагаемое, сопровождающее независимую переменную
).
И благодаря этому мы можем вычислить уравнение наклона точки линии по его формуле:
Наконец, чтобы найти сегментное уравнение линии, мы вычисляем ее точки пересечения с осями OX и OY, а затем применяем его формулу:
Точка пересечения с осью абсцисс (ось X)
Точка пересечения с осью Y (ось Y)
уравнение прямой, проходящей через две точки
Другая очень распространенная проблема в уравнениях линий — это нахождение уравнения линии, определяемой двумя заданными точками. Хотя мы можем рассчитать вектор направления линии с помощью двух точек, а затем уравнения, ниже мы предоставляем вам формулу, с помощью которой вы можете напрямую и легко найти уравнение указанной линии.
Рассмотрим две точки, расположенные на прямой:
Формула для нахождения уравнения линии по двум ее точкам :
Эта формула позволяет нам напрямую вычислить уравнение наклона точки для линии, когда нам даны 2 точки, через которые проходит линия.
Решенные задачи уравнений прямой
Упражнение 1
Найдите векторное уравнение, параметрические уравнения и непрерывное уравнение линии, определяемой точкой
и его направляющий вектор
Будьте обоими:
Сначала рассчитаем векторное уравнение линии по его формуле:
Затем находим параметрические уравнения линии, используя соответствующую формулу:
И, наконец, определяем непрерывное уравнение линии по соответствующей формуле:
Упражнение 2
Найдите неявное уравнение, явное уравнение и уравнение наклона точки линии, определяемой точкой.
и его вектор направления равен
Формула неявного уравнения линии:
Поэтому мы должны найти коэффициенты A, B и C. Неизвестные A и B получаются из координат вектора направления прямой, поскольку всегда проверяется следующее равенство:
Следовательно, коэффициент А является второй координатой вектора, а коэффициент В — первой координатой вектора с измененным знаком:
Поэтому нам нужно найти только коэффициент C. Для этого мы должны подставить в ее уравнение точку, которая, как мы знаем, принадлежит прямой:
Итак, неявное, общее или декартово уравнение линии:
Теперь мы можем определить явное уравнение решения прямой относительно неизвестной
неявного уравнения:
Следовательно, наклон линии равен 3 (член перед независимой переменной
).
И по значению наклона линии мы можем вычислить уравнение наклона точки линии по его формуле:
Упражнение 3
Определите 3 точки на следующей линии, выраженные в виде неявного или общего уравнения:
Чтобы вычислить точку на линии, нам просто нужно присвоить значение одной из переменных, а затем найти значение другой переменной в этой точке.
Мы вычисляем первую точку, выполнив
Затем мы находим вторую точку, дающую другое значение переменной.
Например
И, наконец, вычисляем третью точку, решив
Упражнение 4
Найдите все уравнения линии, определяемой точкой
и вектор
Прежде всего находим векторное уравнение линии по его формуле:
Во-вторых, находим параметрические уравнения линии через соответствующую ей формулу:
А еще определяем непрерывное уравнение линии по его формуле:
Перейдем теперь к нахождению неявного или общего уравнения линии. Для этого скрестим две дроби непрерывного уравнения:
Теперь мы можем определить явное уравнение решения прямой относительно неизвестной
неявного уравнения:
Следовательно, наклон линии эквивалентен -2 (член, который сопровождает независимую переменную
).
И благодаря этому мы можем вычислить уравнение наклона точки линии по его формуле:
Наконец, чтобы найти сегментное уравнение линии, вычисляем точки пересечения линии с осями OX и OY, затем используем его формулу:
Точка пересечения с осью абсцисс (ось X)
Точка пересечения с осью Y (ось Y)
Упражнение 5
Найдите уравнение прямой, проходящей через следующие две точки:
Поскольку две точки на прямой нам уже известны, то непосредственно применим формулу уравнения прямой к 2 заданным точкам:
Теперь подставляем в формулу декартовы координаты точек:
И, наконец, вычисляем наклон линии:
Следовательно, уравнение линии, проходящей через эти две точки, имеет вид: