3.6: Стандартна форма лінії
- Page ID
- 58129
У цьому розділі ми розберемо стандартну форму лінії. Почнемо з простого прикладу.
Приклад\(\PageIndex{1}\)
Розв'яжіть рівняння\(2x +3y = 6\) для\(y\) і побудуйте результат.
Рішення
Спочатку вирішимо рівняння\(2x +3y = 6\) для\(y\). Почніть з виділення всіх членів, що містять y на одній стороні рівняння, переміщення або збереження всіх інших членів на іншій стороні рівняння.
\[\begin{aligned} 2x+3y &= 6 \quad \color{Red} \text { Original equation. } \\ 2x+3y-2x &= 6-2x \quad \color{Red} \text { Subtract } 2x \text { from both sides. } \\ 3y &= 6-2x \quad \color{Red} \text { Simplify. } \\ \dfrac{3y}{3} &= \dfrac{6-2x}{3} \quad \color{Red} \text { Divide both sides by } 3 \end{aligned} \nonumber \]
Примітка
Подібно до того, як множення є розподільним щодо додавання,\[a(b + c)=ab + ac \nonumber \] так і ділення розподільне щодо додавання. \[\dfrac{a+b}{c}=\dfrac{a}{c}+\dfrac{b}{c} \nonumber \]
При діленні суми або різниці на число ми використовуємо розподільну властивість і ділимо обидва члени на це число.
\[\begin{aligned} y &= \dfrac{6}{3}-\dfrac{2x}{3} \quad \color{Red} \text { On the left, simplify. On the right, divide both terms by } 3 \\ y &= 2-\dfrac{2 x}{3} \quad \color{Red} \text { Simplify. } \end{aligned} \nonumber \]
Нарешті, використовуйте комутативну властивість для перемикання порядку термінів праворуч від останнього результату.
\[\begin{aligned} y &= 2+\left(-\dfrac{2 x}{3}\right) \quad \color{Red} \text { Add the opposite. } \\ y &= -\dfrac{2}{3} x+2 \quad \color{Red} \text { Use the commutative property to switch the order. } \end{aligned} \nonumber \]
Оскільки рівняння\(2x +3y = 6\) еквівалентно рівнянню\(y=-\dfrac{2}{3} x+2\), графік\(2x +3 y = 6\) є лінією, що має нахил\(m = −2/3\) і\(y\) -перехоплення\((0 ,2)\). Тому, щоб намалювати графік\(2x+3y = 6\), графік їх перехоплюють\((0,2)\), рухаються вниз\(2\) і\(3\) вправо, потім малюють лінію (див. Малюнок\(\PageIndex{1}\)).
Вправа\(\PageIndex{1}\)
Додайте сюди текст вправ.
- Відповідь
Загалом, хіба що\(B = 0\), ми завжди можемо вирішити рівняння\(Ax + By = C\) для y:
\ [\ почати {вирівняний}
Ax+By &= C\ quad\ color {Червоний}\ текст {Оригінальне рівняння.}\\
Ax+By-Ax &= C-Ax\ quad\ color {Червоний}\ текст {Відняти} Ax\ текст {з обох сторін.}\\
За &= C-Ax\ quad\ колір {Червоний}\ текст {Спростити.}
\\ dfrac {By} {B} &= dfrac {C-Ax} {B}\ квадратний\ колір {червоний}\ текст {Розділити обидві сторони на} B\\
y &=\ dfrac {C} {B} -\ dfrac {Ax} {B}\ квадратний\ колір {червоний}\ текст {розподілити} B\
y &= -\ dfrac {A} {B} x+\ dfrac {C} {B}\ quad\ color {Red}\ text {Комутативна властивість}
\ end {вирівняний}\ nonumber\]
Зверніть увагу, що останній результат знаходиться у вигляді нахилу перехоплення\(y = mx+b\), граф якого є лінією. Ми встановили наступний результат.
Факт
Графік рівняння\(Ax + By = C\), являє собою лінію.
Важливі моменти: Пара важливих зауважень по порядку.
- Форма\(Ax + By = C\) вимагає, щоб коефіцієнти\(A\)\(B\), і були\(C\) цілими числами. Так, наприклад, ми б очистили дроби від форми,\[\dfrac{1}{2} x+\dfrac{2}{3} y=\dfrac{1}{4} \nonumber \] множивши обидві сторони на найменш спільний знаменник. \[\begin{aligned} 12\left(\dfrac{1}{2} x+\dfrac{2}{3} y\right) &=\left(\dfrac{1}{4}\right) 12 \\ 6 x+8 y &=3 \end{aligned}\nonumber \]Зверніть увагу, що коефіцієнти тепер цілі числа.
- Форма\(Ax + By = C\) також вимагає, щоб перший коефіцієнт був\(A\) ненегативним; тобто\(A ≥0\). Таким чином, якщо ми маємо,\[-5 x+2 y=6 \nonumber \] то ми б помножити обидві сторони на\(−1\), приходячи до:\[\begin{aligned}-1(-5 x+2 y) &=(6)(-1) \\ 5 x-2 y &=-6 \end{aligned} \nonumber \] Зверніть увагу, що\(A = 5\) тепер більше або дорівнює нулю.
- Якщо\(A\)\(B\), і\(C\) мають загальний дільник більше\(1\), рекомендується розділити обидві сторони на загальний дільник, таким чином «зменшуючи» коефіцієнти. Наприклад, якщо ми\[3x + 12y =−24 \nonumber \] ділимо обидві сторони на\(3\) «зменшує» розмір коефіцієнтів. \[\begin{aligned} \dfrac{3 x+12 y}{3} &=\dfrac{-24}{3} \\ x+4 y &=-8 \end{aligned} \nonumber \]
Стандартна форма
Форма\(Ax + By = C\), де\(A\)\(B\), і\(C\) є цілими числами\(A ≥ 0\), а, називається стандартною формою рядка.
Перехоплення нахилу до стандартної форми
Ми вже перетворили пару рівнянь у стандартній формі у форму slopeintercept. Давайте повернемо процес і помістимо рівняння у формі перехоплення нахилу в стандартну форму.
Приклад\(\PageIndex{2}\)
Враховуючи графік прямої на малюнку\(\PageIndex{2}\), знайдіть рівняння За допомогою графіка прямої нижче, знайдіть рівняння прямої у стандартному вигляді.
Рішення
Лінія перехоплює\(y\) -вісь в\((0,−3)\). Від\((0,−3)\), рухайтеся вгору\(5\) юнітами, потім лівими\(2\) юнітами. Таким чином, лінія має нахил\(\Delta y / \Delta x=-5 / 2\) (див. Малюнок\(\PageIndex{3}\)). Підставляємо\(−5/2\) форму і\(−3\) для\(b\) в ухилі-перехоплення формі лінії.
\[\begin{aligned} y &= mx+b \quad \color{Red} \text { Slope-intercept form. } \\ y &= -\dfrac{5}{2} x-3 \quad \color{Red} \text { Substitute: }-5 / 2 \text { for } m,-3 \text { for } b \end{aligned} \nonumber \]
Щоб поставити цей результат у стандартному вигляді\(Ax + By = C\), спочатку очистіть дроби, помноживши обидві сторони на спільний знаменник.
\[\begin{aligned} 2y &= 2\left[-\dfrac{5}{2} x-3\right] \quad \color{Red} \text { Multiply both sides by } 2 \\ 2y &= 2\left[-\dfrac{5}{2} x\right]-2[3] \quad \color{Red} \text { Distribute the } 2 \\ 2y &= -5x-6 \quad \color{Red} \text { Multiply. } \end{aligned} \nonumber \]
Це очищає фракції. Щоб поставити цей останній результат у вигляді\(Ax+By = C\), нам потрібно\(−5x\) перенести термін на іншу сторону рівняння.
\[\begin{aligned} 5x+2y &= -5x-6+5x \quad \color{Red} \text { Add } 5x \text { to both sides. } \\ 5x+2y &= -6 \quad \color{Red}\text { Simplify. } \end{aligned} \nonumber \]
Таким чином, стандартна форма лінії є\(5x +2y = −6\). Зверніть увагу, що всі коефіцієнти є цілими числами, а члени розташовані в порядку\(Ax+By = C\), з\(A ≥0\).
Вправа\(\PageIndex{2}\)
З огляду на графік лінії нижче, знайдіть рівняння прямої в стандартному вигляді.
- Відповідь
-
\(3 x−4y = −2\)
Точка-нахил до стандартної форми
Давайте зробимо приклад, де ми повинні поставити точку-нахил форми лінії в стандартній формі.
Приклад\(\PageIndex{3}\)
Намалюйте лінію, що проходить через точки\((1,2)\),\((−3,−4)\) а потім знайдіть рівняння прямої в стандартному вигляді.
Рішення
Покладіть точки (−3, −4) і (1,2), потім проведіть через них лінію (див. Рис.\(\PageIndex{4}\)).
Використовуйте точки\((−3,−4)\) і\((1,2)\) для розрахунку ухилу.
\[\begin{aligned} \text { Slope } &= \dfrac{\Delta y}{\Delta x} \quad \color{Red} \text { Slope formula. } \\ &= \dfrac{2-(-4)}{1-(-3)} \quad \color{Red} \text { Subtract coordinates of }(-3,-4) \\ &= \dfrac{6}{4} \quad \text { Simplify. } \\ &= \dfrac{3}{2} \quad \text { Reduce. } \end{aligned} \nonumber \]
Давайте підставимо\(\left(x_{0}, y_{0}\right)=(1,2)\) і\(m =3 /2\) в точку-нахил формі лінії. (Примітка:\(\left(x_{0}, y_{0}\right)=(-3,-4)\) Заміна і\(m =3 /2\) дасть ту саму відповідь. )
\[\begin{aligned} y-y_{0} &= m\left(x-x_{0}\right) \quad \color{Red} \text { Point-slope form. } \\ y-2 &= \dfrac{3}{2}(x-1) \quad \color{Red} \text { Substitute: } 3 / 2 \text { for } m, 1 \text { for } x_{0} \end{aligned} \nonumber \]
Питання вимагає, щоб наша остаточна відповідь була представлена в стандартній формі. Спочатку очищаємо від дробів.
\[\begin{aligned} y-2 &= \dfrac{3}{2} x-\dfrac{3}{2} \quad \color{Red} \text { Distribute the } 3 / 2 \\ 2[y-2] &= 2\left[\dfrac{3}{2} x-\dfrac{3}{2}\right] \quad \color{Red} \text { Multiply both sides by } 2 \\ 2y-2[2] &= 2\left[\dfrac{3}{2} x\right]-2\left[\dfrac{3}{2}\right] \quad \color{Red} \text { Distribute the } 2 \\ 2y-4 &= 3 x-3 \quad \color{Red} \text { Multiply. } \end{aligned} \nonumber \]
Тепер, коли ми очистили дроби, ми повинні впорядкувати терміни у формі\(Ax+By = C\). Нам потрібно перенести термін\(3x\) на іншу сторону рівняння.
\[\begin{aligned} 2y-4-3x &= 3x-3-3x \quad \color{Red} \text { Subtract } 3 x \text { from both sides. } \\ -3x+2y-4 &= -3 \quad \color{Red} \text { Simplify, changing the order on the left-hand side. } \end{aligned} \nonumber \]
Щоб поставити це в форму\(Ax + By = C\), нам потрібно\(−4\) перенести термін на іншу сторону рівняння.
\[\begin{aligned} -3x+2y-4+4 &= -3+4 \quad \color{Red} \text { Add } 4 \text { to both sides. } \\ -3x+2y &= 1 \quad \color{Red} \text { Simplify. } \end{aligned} \nonumber \]
Виявляється, що\(−3x+2y = 1\) знаходиться в формі\(Ax +By = C\). Однак стандартна форма цього вимагає\(A ≥ 0\). У нас є\(A = −3\). Щоб виправити це, множимо обидві сторони на\(−1\).
\[\begin{aligned} -1[-3x+2y] &= -1[1] \quad \color{Red} \text { Multiply both sides by }-1 \\ 3x-2y &= -1 \quad \color{Red} \text { Distribute the }-1 \end{aligned} \nonumber \]
Таким чином, рівняння прямої в стандартному вигляді є\(3x−2y =−1\).
Примітка
Якщо ми не зможемо зменшити нахил до найнижчих членів, то рівняння прямої буде таким:\[y-2=\dfrac{6}{4}(x-1) \nonumber \]
Множення обох сторін на\(4\) дасть нам результат\[4y−8=6x−6 \nonumber \] або еквівалентно:\[−6x +4y =2 \nonumber \]
Це не схоже на ту ж відповідь, але якщо ми розділимо обидві сторони на\(−2\), ми отримаємо той самий результат. \[3x−2y = −1 \nonumber \]
Це показує важливість вимагати\(A ≥ 0\) і «зменшення» коефіцієнтів\(A\)\(B\), і\(C\). Це дозволяє нам порівняти нашу відповідь з колегами або відповіді, представлені в цьому підручнику.
Вправа\(\PageIndex{3}\)
Знайти стандартну форму рівняння прямої, яка проходить через точки\((−2,4)\) and \((3,−3)\).
- Відповідь
-
\(7x +5y =6\)
Перехоплює
Ми вивчили\(y\) -intercept, точку, де графік перетинає\(y\) -вісь, але не менш важливими є\(x\) -перехоплення, точки, де графік перетинає\(x\) -вісь.
На\(\PageIndex{5}\) малюнку графік тричі перетинає\(x\) -вісь. Кожен з цих пунктів перетину називається\(x\) -перехопленням. Зверніть увагу, що кожен з цих\(x\) -перехоплень має\(y\) -координату рівну нулю. Це призводить до наступного правила.
- \(x\)Перехоплює
-
Щоб знайти\(x\) -перехоплення графа рівняння,\(y = 0\) підставити в рівняння і вирішити для\(x\).
Аналогічно графік на малюнку тричі\(\PageIndex{6}\) перетинає\(y\) -вісь. Кожен з цих пунктів перетину називається a\(y\) -перехоплення. Зверніть увагу, що кожен з цих\(y\) -перехоплень має\(x\) -координату рівну нулю. Це призводить до наступного правила.
- \(y\)Перехоплює
-
Щоб знайти\(y\) -перехоплення графа рівняння,\(x = 0\) підставити в рівняння і вирішити для\(y\).
Давайте поставимо ці правила для пошуку перехоплень для роботи.
Приклад\(\PageIndex{4}\)
Знайти\(x\) - і\(y\) -перехоплення лінії, що має рівняння\(2x−3y = 6\). Побудуйте перехоплення і проведіть лінію.
Рішення
Ми знаємо, що графік\(2x−3y = 6\) є лінією. Крім того, дві точки повністю визначають лінію. Це означає, що нам потрібно тільки побудувати сюжет\(x\) - і\(y\) -перехоплення, а потім провести лінію через них.
Знайти\(x\) -перехоплення\(2x−3y = 6\), замінити\(0\)\(y\) і вирішити для\(x\).
\[\begin{aligned} 2 x-3 y &=6 \\ 2 x-3(0) &=6 \\ 2 x &=6 \\ \dfrac{2 x}{2} &=\dfrac{6}{2} \\ x &=3 \end{aligned} \nonumber \]
Таким чином,\(x\) -перехоплення лінії є\((3,0)\).
Знайти\(y\) -перехоплення\(2x−3y = 6\), замінити\(0\)\(x\) і вирішити для\(y\).
\[\begin{aligned} 2 x-3 y &=6 \\ 2(0)-3 y &=6 \\-3 y &=6 \\ \frac{-3 y}{-3} &=\frac{6}{-3} \\ y &=-2 \end{aligned} \nonumber \]
Таким чином,\(y\) -перехоплення лінії є\((0,−2)\).
Побудуйте\(x\) -перехоплення\((3,0)\) і\(y\) -перехоплення\((0,−2)\) і проведіть через них лінію (див. Малюнок\(\PageIndex{7}\)).
Вправа\(\PageIndex{4}\)
Знайти\(x\)- і\(y\) -перехоплення лінії, що має рівняння\(3x +4y = −12\). Plot the intercepts and draw the line.
- Відповідь
-
\(x\)-перехоплення:\((−4,0)\)
\(y\)-перехоплення:\((0,−3)\)
Приклад\(\PageIndex{5}\)
Намалюйте лінію\(4x +3 y = 12\), потім проведіть лінію через точку\((−2,−2)\), яка перпендикулярна лінії\(4x +3 y = 12\). Знайдіть рівняння цієї перпендикулярної прямої.
Рішення
Давайте спочатку знайдемо\(x\) - і\(y\) -перехоплення лінії\(4x +3y = 12\).
Щоб знайти\(x\) -перехоплення лінії\(4x+3y = 12\), замінити\(0\)\(y\) і вирішити для\(x\).
\[\begin{aligned} 4 x+3 y &=12 \\ 4 x+3(0) &=12 \\ 4 x &=12 \\ \dfrac{4 x}{4} &=\dfrac{12}{4} \\ x &=3 \end{aligned} \nonumber \]
Таким чином,\(x\) -перехоплення лінії є\((3,0)\).
Щоб знайти\(y\) -перехоплення лінії\(4x+3y = 12\), замінити\(0\)\(x\) і вирішити для\(y\).
\[\begin{aligned} 4 x+3 y &=12 \\ 4(0)+3 y &=12 \\ 3 y &=12 \\ \dfrac{3 y}{3} &=\dfrac{12}{3} \\ y &=4 \end{aligned} \nonumber \]
Таким чином,\(y\) -перехоплення лінії є\((0,4)\).
Побудуйте перехоплення і проведіть через них лінію. Зверніть увагу, що з графіка зрозуміло, що нахил прямої\(3x +4y = 12\) дорівнює\(−4/3\) (див. Рис.\(\PageIndex{8}\)).
Ви також можете вирішити для\(y\) to put \(3x +4 y = 12\) in схилу перехоплення форми для того, щоб визначити схил.
Оскільки нахил\(3x+4y = 12\) є\(−4/3\), нахил лінії перпендикулярно\(3x +4y = 12\) буде негативним зворотним\(−4/3\), а саме\(3/4\). Наша перпендикулярна лінія повинна пройти через точку\((−2,−2)\). Почніть з\((−2,−2)\), перемістіть\(3\) одиниці вгору, потім\(4\) одиниці вправо, потім проведіть лінію. Вона повинна здаватися перпендикулярною лінії\(3x +4y = 12\) (див. Малюнок\(\PageIndex{9}\)).
Нарешті, використовуйте точку-нахил форми\(m =3 /4\), і\(\left(x_{0}, y_{0}\right)=(-2,-2)\) для визначення рівняння перпендикулярної лінії.
\[\begin{aligned} y-y_{0} &= m\left(x-x_{0}\right) \quad \color{Red} \text { Point-slope form. } \\ y-(-2) &= \dfrac{3}{4}(x-(-2)) \quad \color{Red} \text { Substitute: } 3 / 4 \text { for } m,-2 \text { for } x_{0} \text { and }-2 \text { for } y_{0} \\ y+2 &= \dfrac{3}{4}(x+2) \quad \color{Red} \text { Simplify. } \end{aligned} \nonumber \]
Розмістимо нашу відповідь в стандартній формі. Очистіть дроби.
\[\begin{aligned} y+2 &= \dfrac{3}{4} x+\dfrac{6}{4} \quad \color{Red} \text { Distribute } 3 / 4 \\ 4[y+2] &= 4\left[\dfrac{3}{4} x+\dfrac{6}{4}\right] \quad \color{Red} \text { Multiply both sides by } 4 \\ 4y+4[2] &= 4\left[\dfrac{3}{4} x\right]+4\left[\dfrac{6}{4}\right] \quad \color{Red} \text { Distribute the } 4 \\ 4y+8 &= 3x+6 \quad \color{Red} \text { Multiply. } \end{aligned} \nonumber \]
Переставляйте терміни, щоб привести їх в порядок\(Ax + By = C\).
\[\begin{aligned} 4y+8-3x &= 3x+6-3x \quad \color{Red} \text { Subtract } 3x \text { from both sides. } \\ -3x+4y+8 &= 6 \quad \color{Red} \text { Simplify. Rearrange on the left. } \\ -3x+4y+8-8 &= 6-8 \quad \color{Red} \text { Subtract } 8 \text { from both sides. } \\ -3x+4y &= -2 \quad \color{Red} \text { Simplify. } \\ -1(-3x+4y) &= -1(-2) \quad \color{Red} \text { Multiply both sides by }-1 \\ 3x-4y &= 2 \quad \color{Red} \text { Distribute the }-1 \end{aligned} \nonumber \]
Значить, рівняння перпендикулярної лінії є\(3x−4y = 2\).
Вправа\(\PageIndex{5}\)
Знайти рівняння прямої, яка проходить через точку\((3,2)\) and is perpendicular to the line \(6x−5y = 15\).
- Відповідь
-
\(5x +6y = 27\)
Горизонтальні та вертикальні лінії
Тут ми зберігаємо попередню обіцянку звернутися до того, що відбувається зі стандартною формою,\(Ax + By = C\) коли\(A = 0\) або\(B = 0\). Наприклад, форма\(3x = 6\), якщо порівнювати зі стандартною формою\(Ax + By = C\), має\(B = 0\). Аналогічно форма\(2y = −12\), якщо порівнювати зі стандартною формою\(Ax + By = C\), має\(A = 0\). Звичайно,\(3 x = 6\) може бути спрощений\(x = 2\) і\(2 y = −12\) може бути спрощений\(y = −6\). Таким чином, якщо або\(A = 0\) або\(B = 0\), то стандартна форма\(\) Ax + By = C приймає форму\(x = a\) і\(y = b\), відповідно.
Як ми побачимо в наступному прикладі, форма\(x = a\) створює вертикальну лінію, тоді як форма\(y = b\) виробляє горизонтальну лінію.
Приклад\(\PageIndex{6}\)
Намалюйте графіки\(x = 3\) і\(y = −3\).
Рішення
Щоб намалювати графік\(x = 3\), нагадаємо, що граф рівняння - це сукупність всіх точок, які задовольняють рівнянню. Отже, щоб намалювати графік\(x = 3\), ми повинні побудувати всі точки, які задовольняють рівнянню\(x = 3\); тобто ми повинні побудувати всі точки, які мають\(x\) координату рівну\(3\). Результат показаний на малюнку\(\PageIndex{10}\).
По-друге, щоб накидати графік\(y = −3\), ми будуємо всі точки, що мають\(y\) -координату рівну\(−3\). Результат показаний на малюнку\(\PageIndex{11}\).
Речі, на які слід звернути увагу:
Пара коментарів по порядку щодо рядків в рисунках\(\PageIndex{10}\) і\(\PageIndex{11}\).
- Графік на\(x = 3\) малюнку\(\PageIndex{10}\), будучи вертикальною лінією, має недозначений нахил. Тому ми не можемо використовувати жодну з формул\(y = mx + b\) або\(y−y_0 = m(x−x_0)\) отримати рівняння прямої. Єдиний спосіб, яким ми можемо отримати рівняння, - це відзначити, що лінія - це множина всіх точок\((x,y)\),\(x\) координата яких дорівнює\(3\).
- Однак графік, будучи горизонтальною лінією, має нульовий нахил, тому ми можемо використовувати форму перехоплення нахилу, щоб знайти рівняння прямої.\(y = −3\) Зверніть увагу, що\(y\) -перехоплення цього графіка є\((0,−3)\). Якщо підставити ці числа в\(y = mx + b\), то отримаємо:\[\begin{aligned} y &= mx+b \quad \color{Red} \text { Slope-intercept form. } \\ y &= 0x+(-3) \quad \color{Red} \text { Substitute: } 0 \text { for } m,-3 \text { for } b \\ y &= -3 \quad \color{Red} \text { Simplify. } \end{aligned} \nonumber \]
Однак набагато простіше просто подивитися на лінію в малюнках\(\PageIndex{11}\) і відзначити, що це збір всіх точок\((x,y)\) с\(y = 3\).
Вправа\(\PageIndex{6}\)
Намалюйте графіки\(x = −2\) і\(y = 2\).
- Відповідь