 
        
        - •Рабочая программа
- •Пояснительная записка
- •Тематический план
- •Контрольные вопросы
- •Конспект лекций
- •Предисловие
- •Матрицы
- •Виды матриц
- •Равенство матриц
- •Линейные действия над матрицами
- •Линейная зависимость и независимость
- •Вопросы для самостоятельного контроля
- •Умножение матриц и системы линейных уравнений
- •Умножение матриц
- •Свойства умножения матриц
- •Матричная запись систем линейных алгебраических уравнений
- •Элементарные преобразования строк матрицы
- •Обратная матрица
- •Вопросы для самостоятельного контроля
- •Определители и системы линейных уравнений
- •Определители матриц второго порядка
- •Свойства определителя матриц второго порядка
- •Решение системы двух уравнений с двумя неизвестными с помощью определителей
- •Миноры и алгебраические дополнения элементов определителя
- •Определитель произвольного порядка
- •Свойства определителей произвольного порядка
- •Вопросы для самостоятельного контроля
- •Использование определителей для вычисления обратной матрицы и решения систем линейных уравнений
- •Отыскание обратной матрицы с помощью определителей
- •Матричный способ решения систем линейных алгебраических уравнений
- •Системы уравнений с параметрами
- •Вопросы для самостоятельного контроля
- •Решение систем линейных алгебраических уравнений в общем случае
- •Матричная запись произвольной системы
- •Ранг матрицы
- •Основная теорема о ранге матрицы
- •Вопросы для самостоятельного контроля
- •Раздел 11. Аналитическая геометрия
- •Координаты на прямой, плоскости и в пространстве
- •Простейшие задачи на координатной плоскости
- •Прямоугольные координаты в пространстве
- •Вопросы для самостоятельного контроля
- •Векторы и действия над ними
- •Понятие вектора
- •Скалярное, векторное и смешанное произведения векторов
- •Вопросы для самостоятельного контроля
- •Прямая на плоскости
- •Общее уравнение прямой
- •Геометрический смысл коэффициентов общего уравнения
- •Некоторые задачи с прямыми на плоскости
- •Взаимное расположение прямых на плоскости
- •Вопросы для самостоятельного контроля
- •Плоскость и прямая в пространстве
- •Общее уравнение плоскости
- •Прямая в пространстве
- •Взаимное расположение прямых и плоскостей
- •Вопросы для самостоятельного контроля
- •Линейные пространства
- •Основные понятия
- •Линейно независимые вектора и базис линейного пространства
- •Преобразование координат при переходе к новому базису
- •Подпространства и решения системы однородных линейных алгебраических уравнений
- •Линейные преобразования
- •Вопросы для самостоятельного контроля
- •Контроль знаний
- •Контрольная работа №3
- •Ответы
- •Глоссарий
- •Литература
 
2.8.Прямая на плоскости
2.8.1.Общее уравнение прямой
Общим уравнением прямой называется уравнение вида
| Ax + By +C = 0 | (8.1.1) | 
где A2 + B2 > 0 . Это значит, что каждая точка, координаты которой удовлетворяют уравнению (8.1.1), принадлежит прямой. А любая точка M (x1; y1) , для которой Ax1 + By1 + C ≠ 0 , т.е. не удовлетворяющая (8.1.1), не принадлежит прямой, заданной уравнением (8.1.1). Подразумевая этот факт, очень часто говорят о прямой (8.1.1). Поэтому ниже все время будем говорить о прямой (8.1.1), подразумевая прямую, заданную этим уравнением.
Частные случаи общего уравнения прямой:
1.C = 0 ,A×B ≠ 0 . Прямая определяется уравнением Ax + By = 0 и про-
| ходит через начало координат. | 
 | 
 | 
 | |||||
| 2. | A = 0 , B×C ≠ 0 . Прямая, определяемая уравнением | By +C = 0 , | т.е. | |||||
| y = b , где b = − | C | , параллельна оси Ox. | 
 | 
 | ||||
| 
 | 
 | 
 | ||||||
| 3. | 
 | B | Прямая, | определяемая уравнением | 
 | т.е. | ||
| B = 0, AC ≠ 0. | Ax +C = 0, | |||||||
| x = − | C | , параллельна оси Oy. | 
 | 
 | 
 | |||
| A | 
 | 
 | 
 | |||||
| 
 | 
 | 
 | 
 | Прямая, | определяемая уравнением Ax = 0, т.е. x = 0 , | |||
| 4. | B = C = 0, A ≠ 0. | |||||||
совпадает с осью Oy.
5.A = C = 0, B ≠ 0 . Прямая, определяемая уравнением By=0, т.е. y = 0 ,
совпадает с осью Ox.
Пример 8.1. Построить прямые: 1) x − 4y + 8 = 0 ; 2) 2x + 5y = 0 ; 3)5x − 3 = 0 ; 4) y + 3 = 0 .
1) При x = 0 в первом уравнении остается − 4y +8 = 0 , откуда 4y =8 , y = 2 . Значит прямая проходит через точку (0;2) . При y = 0 получаем x = −8 , т.е. прямая пересекает ось Ох в точке (−8;0) . Остается провести прямую через найденные точки (0;2) и (−8;0) .
2) Прямая 2x +5y = 0 проходит через начало координат. Пусть x = 5 . Тогда 2×5 +5y = 0, т.е. y + 2 = 0 и y = −2 . Это значит, что прямая проходит через точку (5;−2) . Остается провести прямую через две точки (0;0) и (5;−2) .
3)Из уравнения прямой получаем x = 53 . Эта прямая параллельна оси Оу
ипроходит через точку 3 ;0 .
5
4)Аналогично получаем y = −3 и, следовательно, прямая проходит через
точку (0;−3) параллельно оси Ох.
71
 
| Пример 8.2. Уравнение прямой (x | 2 + 2 | 5) ×4 −(y + 2 5) ×3 = 0 | запи- | ||||
| сать в виде общего уравнения прямой. | 
 | 
 | 5 − 3y − 6 5 = 0 , | т.е. | |||
| Раскрывая | скобки, | получаем | 4 | 2x + 8 | |||
| 4 2x −3y + 2 | 5 = 0 . Это общее уравнение прямой с A = 4 | 2, B = −3, C = 2 | 5 . | ||||
| Задача 8.1. Построить прямые 1) 4x − 5y +15 = 0 ; 2)3x − 2y = 0 ; 3)7x −10 = 0 ; | |||||||
| 4)5y − 3 = 0 . | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| Задача | 8.2. | Найти площадь треугольника, образованного прямой | |||||
9x + 4y − 36 = 0 с осями координат.
Задача 8.3. Какие углы образуют с положительным направлением оси Ох прямые:
1) 3x − 3y + 5 = 0 ; 2) 4x + 2y − 3 = 0 ; 3) 5x −10y − 2 = 0 .
Задача 8.4. Составить уравнение прямой, которая отсекает на координатных осях равные 1 положительные отрезки.
2.8.2. Геометрический смысл коэффициентов общего уравнения
Коэффициенты А и B в общем уравнении прямой (8.1.1) можно рассматривать как координаты вектора (А;В). Этот вектор всегда перпендикулярен прямой и называется нормальным вектором прямой. Длина этого векто-
| ра | A2 + B2 используется для приведения | общего уравнения | прямой | |
| Ax + By + C = 0 к нормальному уравнению прямой: | 
 | 
 | ||
| 
 | ± Ax + By + C = 0 | (8.2.1) | 
 | 
 | 
| 
 | A2 + B 2 | 
 | 
 | 
 | 
| 
 | Здесь знак выбирают противоположный знаку С. | 
 | 
 | |
| 
 | Если С=0, то прямая проходит через начало координат. В общем случае | |||
| С определяет смещение прямой относительно начала координат. | с | – | ||
| 
 | ||||
расстояние от начала координат до прямой.
Пример 8.3. Составить уравнение прямой, которая проходит через начало координат перпендикулярно вектору (3;2).
Перпендикулярный вектор (нормаль к прямой) определяет коэффициенты А и В, то есть A = 3, B = 2 . Так как прямая проходит через начало координат, С=0 и уравнение прямой 3x + 2y = 0 .
| Пример 8.4. | Дано общее уравнение прямой 5x −12y + 6 = 0 . Написать | ||||||
| нормальное уравнение прямой. | 
 | 
 | |||||
| Имеем: A = 5, | B = −12 . | A2 + B 2 | = | 52 + (−12)2 =13. Поэтому нормальное | |||
| уравнение прямой есть: − | 5 | x + | 12 | y − | 6 | = 0 . | |
| 
 | 
 | 13 | |||||
| 
 | 13 | 13 | 
 | 
 | |||
72
 
Задача 8.5. Составить уравнение прямой, проходящей через начало координат и точку A(−2;−3) .
Задача 8.6. Написать уравнение прямой, которая проходит через начало координат параллельно прямой с уравнением 5x − 2y + 4 = 0 .
Задача 8.7. Написать уравнение прямой, которая проходит через точку (0;5) параллельно прямой 3x − 2y = 0 .
2.8.3. Параметрическое и каноническое уравнения прямой
Параметрическимуравнениемпрямойназываетсясистемадвухуравнений:
| x = a + lt , y = b + mt | (8.3.1) | 
Здесь (a;b) – координаты любой точки прямой, (l; m) – вектор параллельный прямой, t − свободный параметр. Вектор (l; m) называется направляющим вектором прямой. Параметр t может принимать любые значения и определяет координаты точки на прямой.
Каноническим уравнением прямой называется уравнение:
| x − a | = | y − b | , | (8.3.2) | 
| l | 
 | |||
| 
 | m | 
 | ||
где параметры a, b, l, m имеют тот же смысл, как и в (8.3.1).
Понятно, что параметрические и канонические уравнения прямой позволяют определить и общее уравнение прямой.
Пример 8.5. Найти уравнение прямой, которая проходит через точки
| M1 (x1 ; y1 ) и M 2 (x2 ; y2 ) . | 
 | 
| Направляющий вектор прямой (M1 , M 2 )= (x2 − x1 ; y2 − y1 ). Поэтому кано- | |
| ническое уравнение прямой есть: | 
 | 
| x − x1 = | y − y1 | 
| x2 − x1 | y2 − y1 | 
После несложных преобразований получаем и общее уравнение прямой в виде:
x(y2 − y1 )− y(x2 − x1 )+ y1x2 − x1 y2 = 0
Пример 8.6. Найти параметрическое уравнение прямой, проходящей через точку (2;5), если ее общее уравнение 5x +3y − 25 = 0 .
Вектор (A, B)= (5;3) – нормальный к прямой. Значит нормальный к нему вектор (-3;5) (их скалярное произведение равно 0) является направляющим вектором прямой, то есть l = −3, m = 5 в уравнении (8.3.1). Следовательно параметрическое уравнение прямой есть x = 2 −3t , y = 5 + 5t .
Задача 8.8. Найти уравнение прямой, которая проходит через точки (3;5)
и (-2;5).
73
 
| 
 | Задача | 8.9. | Найти | точку | пересечения | прямых | ||
| x = 2 + 5t, y = 3 − 4t . | 
 | 
 | 
 | 
 | ||||
| 
 | Задача | 8.10. | Найти | точку | пересечения | прямых | ||
| x − 3 | = | y + 5 | . | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
| 2 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
| 1 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
Задача 8.11. Найти каноническое уравнение прямой, уравнение 3x − 2y + 6 = 0 .
| 3x + 2y + 2 = 0 | и | ||||
| 
 | x + 2 | = | y − 3 | 
 | и | 
| 3 | 
 | ||||
| 5 | 
 | 
 | |||
если ее общее
Указание. Каноническое уравнение прямой определяется общим уравнением прямой неоднозначно. Дело в том, что можно произвольно выбрать точку на прямой, а координаты направляющего вектора определены с точностью до общего множителя.
2.8.4. Некоторые задачи с прямыми на плоскости
Уравнения прямых, проходящих через заданную точку (x0 , y0 ) есть:
| А(х – х0) + В(у – у0) = 0 | (8.4.1) | 
Уравнение (8.4.1) выражает перпендикулярность вектора (A, B) и произвольного вектора (x − x0 , y − y0 ), соединяющего точку (x0 , y0 ) с произвольной точкой (x, y) этой прямой. Поэтому уравнение прямой, проходящей через
| точку (x0 , y0 ) параллельно прямой A1 x + B1 y + C1 | = 0 есть: | 
| A1 (x − x0 ) + B1 ( y − y0 ) = 0 | (8.4.2) | 
| Аналогично, уравнение прямой, проходящей через точку (x0 , y0 ) пер- | |
| пендикулярно прямой A2 x + B2 y + C2 = 0 есть: | 
 | 
| −B 2 (x − x0 ) + A2 ( y − y0 ) = 0 | (8.4.3) | 
Уравнение
α(A1 x + B1 y + C1 ) + β(A2 x + B2 y + C2 ) = 0 , (8.4.4)
где α и β произвольные числа, называется уравнением пучка прямых. Все они проходят через точку пересечения прямых A1 x + B1 y + C1 = 0 и
A2 x + B2 y + C2 = 0 .
Уравнение прямой, проходящей через точки
| x − x1 | = | y − y1 | ||||||
| x | 2 | − x | y | 2 | − y | 1 | ||
| 
 | ||||||||
| 
 | 1 | 
 | 
 | 
 | ||||
M1 (x1 , y1 ) и M 2 (x2 , y2 ) есть:
(8.4.5)
| Расстояние d от точки | (x1 , y1 ) до прямой | Ax + By + C = 0 определяется | 
| формулой | 
 | 
 | 
| d =Ax1 + By1 + C | (8.4.6) | |
| A2 | + B2 | 
 | 
74
 
| 
 | Всякая прямая | Ax + By + C = 0 делит плоскость на две полуплоскости. | ||
| В | одной из них | для всех точек верноAx + By + C > 0 , | а для | другой | 
| Ax + By + C < 0 . Первая называется положительной полуплоскостью, | а вторая | |||
| – | отрицательной полуплоскостью относительно прямой | Ax + By + C = 0 . В | ||
частности, начало координат принадлежит положительной полуплоскости прямой Ax + By + C = 0 только тогда, когда С>0.
Пример 8.7. Через точку пересечения прямых 2x + 2y-5 = 0 и 4x-3y + 2 = 0 провести прямую, параллельную оси x.
Уравнение такой прямой должно иметь равный нулю коэффициент при x. Поэтому из пучка прямых A( 2x + 2y-5 ) + B( 4x-3y + 2 ) = 0 надо выделить прямую с 2A + 4B = 0 , то естьA = -2B . Эта прямая получается, например, при
A = -2, B =1 и есть − 7 y +12 = 0 .
Пример 8.8. Отрезок соединяет точки M1 (-2;3) и M 2 (5;4) . Пересекает ли этот отрезок прямую 3x-4y = 0 ?
Точка М1 лежит в отрицательной полуплоскости прямой 3x-4y = 0 , так как 3(−2) −4×3 = −18 < 0 . Для точки М2 имеем: 3×5 −4×4 =−1<0. Следовательно
отрезок лежит в отрицательной полуплоскости и не пересекает прямую. Пример 8.9. В треугольнике ABC вершины A(0;1), B(6;5) и C(12;-1). Со-
ставить уравнение высоты треугольника, опущенной из вершины С.
| Уравнение прямой, проходящей через A и B, есть | x −0 | = | y −1 | , т.е. | ||
| 6 −0 | 5 −1 | 
 | ||||
| 
 | 
 | 
 | ||||
4x-6y + 6 = 0 . Поэтому вектор (4;-6) – направляющий вектор высоты, и уравнение прямой, на которой лежит высота треугольника, опущенная из верши-
| ны C(12;-1), | x −12 | = | y +1 | , т.е. 3x + 2y − 34 = 0 . | 
| 
 | 
 | |||
| 4 | 
 | − 6 | ||
Пример 8.10. Даны уравнения прямых, на которых лежат стороны треугольника ABС. AB: x + 3y − 7 = 0 , BC: 4x − y − 2 = 0 и AC: 6x + 8y − 35 = 0 . Найти длину высоты, проведенной из вершины B.
Определим координаты вершины B. Для этого найдем точку пересечения прямых AB и BC, так как они проходят через точку B. Из решения системы уравнений x + 3y − 7 = 0 , 4x − y − 2 = 0 получаем x =1, y = 2 . Поэтому длина высоты есть расстояние от точки (1;2) до прямой 6x + 8y − 35 = 0 и рав-
| на d = − | 6 ×1 +8 × 2 − 35 | = | 13 | . | |||
| 
 | 2 | 
 | 2 | 
 | |||
| 
 | 6 | + 8 | 10 | 
 | |||
| 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | 
 | ||
Пример 8.11. Даны вершины треугольника: A(0;1), B(6;5), и C(12;1). Найти уравнения высоты и медианы, опущенных из вершины С.
Уравнение стороны AB есть x − 0 = y −1 , т.е. 4x − 6 y + 6 = 0 . Поэтому
6 − 0 5 −1
вектор (4;-6) перпендикулярен прямой AB и является направляющим вектором высоты, опущенной из вершины С, и уравнение высоты есть
75
