Будем говорить, что на плоскости задана декартова прямоугольная система координат, если задан единичный (масштабный) отрезок, а также пара взаимно перпендикулярных осей. Обычно горизонтальную ось называют осью абсцисс, вертикальную ось – осью ординат. Точку О пересечения этих осей будем называть началом координат.
Введение на плоскости декартовой прямоугольной системы координат позволяет установить взаимно однозначное соответствие между множеством всех точек плоскости и множеством пар действительных чисел. Это соответствие дает возможность сводить изучение множеств точек плоскости к изучению множеств пар действительных чисел, т.е. применять к изучению вопросов геометрии алгебраические методы.
Рассмотрим расстояние () между двумя точками и плоскости находятся по формуле:
Координаты точки , делящей отрезок с концами и в отношении находятся по формуле:
Координаты точки – середины отрезка с концами и находятся по формуле:
Уравнение прямой:
а) с угловым коэффициентом и начальной ординатой : ;
б) проходящей в данном направлении (с угловым коэффициентом ) через данную точку : ;
в) проходящей через две данные точки и :
г) с угловым коэффициентом
д) в отрезках:
( и – соответственно отрезки, отсекаемые на осях и );
е) Общее уравнение прямой:
Рассмотрение от точки до прямой находится по формуле:
Если две прямые заданы уравнениями и или и , то угол между прямыми находится из соотношения или .
Условие параллельности двух прямых:
или
Условие перпендикулярности двух прямых:
или
Точка пересечения двух прямых находится из решения системы:
или
Задача 1.
Даны величины . Составить уравнения:
а) сторон треугольника;
б) медианы, высоты и биссектрисы проведенных из вершины .
Решение:
а) Составим уравнение стороны точек . Подставим координаты в уравнение .
. Преобразуем это равенство.
или
Для стороны имеем равенство
или .
Аналогично, сторона задается уравнением или
б) Найдем уравнение медианы , где – середина отрезка
Угловой коэффициент к прямой
Медиана имеет проходит через точку . Получим уравнение медианы : или
Найдем уравнение высоты Угловой коэффициент прямой На основании угловая перпендикулярности двух прямых
Уравнение высоты примет вид:
или
Найдем уравнение биссектрис . По свойству биссектрисы расстояния ее от любой точки до сторон и равны, получим
Записанному уравнению удовлетворяют два: и .
Чертежу задачи удовлетворяет второе уравнение, так как биссектриса образует тупой угол с осью
Задача 2.
В , заданном координатами своих вершин: Найти:
а) длину медианы , проведенной из вершины ;
б) длину высоты , опущенной из вершины ;
в) точку пересечения медианы и высоты .
Решение:
Сделаем схематический чертеж . Определим координаты точки , как точки, делящей отрезок пополам:
,
Длину медианы определим по формуле расстояния между двумя точками и :
Составим уравнение стороны используя уравнение прямой, проходящей через две точки и , а длину определим по формуле расстояния точки до прямой :
Составим уравнение медианы , используя уравнение прямой, проходящей через две точки и :
Уравнение высоты составим по точке и угловому коэффициенту . Угловой коэффициент прямой , следовательно, угловой коэффициент прямой , перпендикулярной к , равен . Уравнение прямой имеет вид:
Для определения искомой точки пересечения медианы и высоты решаем систему уравнений:
При решении находим, что