Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js
Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.4: Точка-нахил форми лінії

В останньому розділі ми розробили форму ухил-перехоплення лінії (y = mx + b). Форма перехоплення нахилу лінії застосовується, коли вам задано нахил та перехоплення y-перехоплення лінії. Однак будуть випадки, коли y-перехоплення невідомо.

Припустимо, наприклад, що вас попросять знайти рівняння прямої, яка проходить через певну точкуP(x0,y0) з ухилом = m3.4.1.

WeChat7ae165dfc8321137635b442d6de2add0.png
Малюнок3.4.1. Лінія наскрізна(x0,y0) з ухилом м.

Нехай точка Q (x, y) буде довільною точкою на прямій. Ми можемо визначити рівняння прямої за допомогою формули нахилу з точками Р і Q. отже,

 Slope =ΔyΔx=yy0xx0

Оскільки нахил дорівнює m, ми можемо встановити нахил = m в цьому останньому результаті, щоб отримати

m=yy0xx0

Якщо помножити обидві сторони цього останнього рівняння наxx0, отримаємо

m(xx0)=yy0

або обмінюючись сторонами цього останнього рівняння,

yy0=m(xx0)

Цей останній результат є рівнянням прямої.

Точка-нахил форми прямої

Якщо лінія L проходить через точку(x0,y0) і має нахил m, то рівняння прямої -yy0=m(xx0) це така форма рівняння прямої називається точково-нахилом форми.

Щоб використовувати точково-нахильну форму лінії, виконайте наступні дії.

Порядок використання точково-нахильної форми лінії

Коли задано нахил прямої та точки на лінії, використовуйте форму точка-нахил наступним чином:

  1. Підставляємо заданий ухил на m у формулуyy0=m(xx0).
  2. Підставляємо координати заданої точки на x0 і y0 у формулуyy0=m(xx0).

Наприклад, якщо пряма має нахил −2 і проходить через точку (3, 4), то підставляємоm=2,x0=3, іy0=4yy0=m(xx0) в формулу отримуємоy4=2(x3).

Приклад3.4.1

Намалюйте лінію, яка проходить через точку Р (−3, −2) і має ухил m = 1/2. Використовуйте форму точка-нахил для визначення рівняння прямої.

Рішення

Спочатку нанесіть точку P (−3, −2), як показано на малюнку3.4.2 (a). Починаючи з точки Р (−3, −2), перемістіть 2 одиниці вправо і на 1 одиницю вгору до точки Q (−1, −1). Лінія через точки P і Q на малюнку3.4.2 (а) тепер має нахил m = 1/2.

WeChatb11c39993f9ab17a0098dc9991df0cb7.png
Малюнок3.4.2

Для визначення рівняння прямої на малюнку3.4.2 (а) будемо використовувати точково-похилу форму лінії

yy0=m(xx0)

Нахил прямої дорівнює m = 1/2, а задана точка - P (−3, −2), отже(x0,y0)=(3,2). У рівнянні (3)m=1/2,x0=3, множиться іy0=2, отримання

y(2)=12(x(3))

або еквівалентно,

y+2=12(x+3)

Це рівняння прямої на малюнку3.4.2 (а).

Як перевірка, ми оцінили перехоплення y рядка на малюнку3.4.2 (b) як R (0, −0.5). Помістимо рівняння (4) у формі нахилу перехоплення, щоб визначити точне значення y-перехоплення. Спочатку розподіліть 1/2, щоб отримати

y+2=12x+32

Відніміть 2 з обох сторін цього останнього рівняння.

y=12x+322

Зробити еквівалентні дроби з загальним знаменником і спростити.

y=12x+3242y=12x12

Порівняння рівняння (5) з y = mx+b дає нам b = −1/2. Це точне значення y перехоплення y-перехоплення. Зауважте, що цей результат точно порівнюється зі значенням y точки R на малюнку3.4.2 (b). Це трохи пощастило. Не очікуйте щоразу отримати точне порівняння. Однак, якщо порівняння не близьке, шукайте помилку у вашій роботі, або в ваших обчисленнях, або у вашому графіку.

Давайте розглянемо інший приклад.

Приклад3.4.2

Знайти рівняння прямої, що проходить через точки P (−3, 2) та Q (2, −1). Розмістіть остаточну відповідь у стандартній формі.

Рішення

Знову ж таки, щоб допомогти зберегти фокус, ми проводимо лінію, що проходить через точки P (−3, 2) та Q (2, −1) на малюнку3.4.3.

WeChata0d7e316a7412734afa037efaf06e7b9.png
Малюнок3.4.3. Пряма через точки P (−3, 2) та Q (2, −1).

Використовуйте формулу нахилу для визначення нахилу прямої через точки Р (−3, 2) і Q (2, −1).

m=ΔyΔx=122(3)=35

Ми будемо використовувати точку-нахил форми лінії

yy0=m(xx0)

Давайте використаємо точку P (−3, 2) як задану точку(x0,y0). Тобто,(x0,y0)=(3,2). m=3/5,x0=3,Підставляємо іy0=2 в рівнянні (7), отримання

y2=35(x(3))

Це рівняння прямої, що проходить через точки Р і Q.

Крім того, ми також можемо використати точку Q (2, −1) як задану точку(x0,y0). Тобто,(x0,y0)=(2,1). m=3/5,x0=2,Підставляємо іy0=1 в точково-ухил формі (7), отримання

y(1)=35(x2)

Це теж рівняння прямої, що проходить через точки Р і Q.

Як рівняння (8) і (9) можуть бути рівнянням прямої через P і Q, але виглядати настільки чітко різними? Помістимо кожне рівняння в стандартному виглядіAx+By=C і порівняємо результати.

Якщо ми почнемо з рівняння (8) і розподіляємо нахил,

y2=35(x(3))y2=35x95

Помножте обидві сторони на спільний знаменник 5, щоб очистити дроби.

5(y2)=5(35x95)5y10=3x9

Додайте 3x до обох сторін рівняння, а потім додайте 10 до обох сторін рівняння, щоб отримати

3x+5y=1

Помістіть рівняння (9) у стандартній формі аналогічним чином. Спочатку почніть з рівняння (9) і розподіліть нахил,

y(1)=35(x2)y+1=35x+65

Далі помножте обидві сторони цього останнього результату на 5, щоб очистити дроби з рівняння.

5(y+1)=5(35x+65)5y+5=3x+6

Нарешті, додайте 3x до обох сторін рівняння, потім відніміть 5 з обох сторін рівняння, щоб отримати

3x+5y=1

Зверніть увагу, що рівняння (11) ідентичне рівнянню (10). Таким чином, не має значення, яку точку ви використовуєте у формі точки-нахилу. Обидва призводять до однакового результату.

Паралельні лінії

Нагадаємо, що нахил контролює «крутизну» лінії. Отже, якщо дві лінії паралельні, вони повинні мати однакову «крутизну» або ухил. Давайте розглянемо на прикладі паралельних ліній.

Приклад3.4.3

Знайти рівняння прямої, яка проходить через точку Р (−2, 2), яка паралельна прямій, що проходить через точки Q (−3, −1) та R (2, 1).

Рішення

Спочатку, щоб допомогти нам залишатися зосередженими, ми проводимо лінію через точки Q (−3, −1) та R (2, 1), потім будуємо точку P (−2, 2), як показано на малюнку3.4.4 (a).

Ми можемо використовувати формулу нахилу нахилу прямої, що проходить через точки Q (−3, −1) та R (2, 1).

m=ΔyΔx=1(1)2(3)=25

WeChatf91e04129da47aa1d1b93440e15a29bd.png
Малюнок3.4.4.

Тепер проводимо лінію через точку Р (−2, 2), яка паралельна прямій через точки Q і R. Паралельні лінії повинні мати однаковий нахил, тому починаємо в точці Р (−2, 2), «пробігаємо» 5 одиниць вправо, потім «піднімаємося» на 2 одиниці вгору до точки Т (3, 4), як показано на малюнку3.4.4 (б).

Шукаємо рівняння прямої через точки Р і Т. Ми будемо використовувати точкоподібну форму прямої.

yy0=m(xx0)

Ми будемо використовувати точку P (−2, 2) як задану точку(x0,y0). Тобто,(x0,y0)=(2,2). Лінія через П має нахил 2/5. Підставитиm=2/5,x0=2, іy0=2 в рівнянні (13) отримати

y2=25(x(2))

Помістимо рівняння (14) в стандартному вигляді. Розподіліть нахил, потім очистіть дроби, помноживши обидві сторони отриманого рівняння на 5.

y2=25x+455(y2)=5(25x+45)5y10=2x+4

Нарешті, відніміть 5y з обох сторін останнього рівняння, потім відніміть 4 з обох сторін рівняння, отримавши

14=2x5y

або еквівалентно,

2x5y=14

Це стандартна форма рівняння прямої, що проходить через точку Р і паралельної лінії, що проходить через точки Q і R.

Перпендикулярні лінії

Припустимо, що дві лініїL1 іL2 мають ухилиm1 іm2, відповідно. Нагадаємо (див. Розділ на схилі), що якщоL1 іL2 знаходяться перпендикулярно, то твором їх укосів єm1m2=1. Як варіант, нахил першої лінії - негативний зворотний другої лінії, і навпаки; т. Еm2=1/m1.m1=1/m2 Давайте розглянемо приклад перпендикулярних ліній.

Приклад3.4.4

Знайти рівняння прямої, що проходить через точку Р (−4, −4), яка перпендикулярна прямій 4x + 3y = 12.

Рішення

Це допоможе нашому фокусу, якщо ми намалюємо задану лінію 4x + 3y = 12. Найпростіший спосіб побудови лінії в стандартному вигляді Ax+ By = C - знайти x- і y-перехоплення.

4x+3y=124x+3y=124x+3(0)=124(0)+3y=124x=123y=12x=3y=4

Побудувати x- і y-перехоплює R (3, 0) і S (0, 4), як показано на малюнку3.4.5 (а). Пряма через точки R і S - це графік рівняння 4х + 3y = 12.

WeChatf5a79539226b56f42d05801aae5a4375.png
Малюнок3.4.5

Далі визначаємо нахил прямої 4х + 3y = 12, помістивши це рівняння в ухил-перехоплення вигляді (тобто вирішити рівняння 4х + 3y = 12 для y)

4x+3y=123y=4x+12y=43x+4

Якщо дві лінії перпендикулярні, то їх нахили негативні взаємні один одному. Тому нахил лінії, яка перпендикулярна лінії 4х + 3y = 12 (яка має ухил −4/3) дорівнює m = 3/4. Наша друга лінія повинна пройти через точку Р (−4, −4). Щоб намалювати цю другу лінію, спочатку нанесіть точку P (−4, −4), потім перемістіть 4 одиниці вправо і на 3 одиниці вгору до точки Q (0, −1), як показано на малюнку3.4.5 (b). Лінія через точки Р і Q перпендикулярна лінії 4х + 3у = 12.

Для визначення рівняння прямої через точки Р і Q скористаємося точково-похилою формою лінії, а саме

yy0=m(xx0)

Ухил лінії через точки Р і Q дорівнює m = 3/4. Якщо використовувати точку P (−4, −4), то(x0,y0)=(4,4). Множинаm=3/4,x0=4, іy0=4 в рівнянні (16), отримання

y(4)=34(x(4))

або еквівалентно,

y+4=34(x+4)

Крім того, ми могли б використовувати форму перехоплення нахилу лінії. Ми знаємо, що лінія через точки P і Q на малюнку3.4.5 (b) перетинає вісь y на Q (0, −1). Отже, при нахилі m = 3/4 і y-координаті y-перехоплення b = −1 форма нахилу-перехоплення y = mx + b стає

y=34x1

З іншого боку, якщо ми вирішимо рівняння (17) для y,

y+4=34(x+4)y+4=34x+3y=34x1

Зауважте, що це ідентично результату, знайденому за допомогою форми перехоплення нахилу вище.

Втішно відзначити, що дві форми (точка-нахил і схил-перехоплення) дають однаковий результат, але як визначити найбільш ефективну форму для використання для конкретної проблеми? Ось хороший натяк.

Визначення форми рядка для використання

Ось кілька здорових порад, коли ви намагаєтеся визначити, чи використовувати форму нахилу перехоплення або точку нахилу лінії.

  • Якщо вам задано нахил і y-перехоплення, використовуйте форму ухил-перехоплення y = mx + b.
  • Якщо вам задана точка (відмінна від перетину y) і нахил, використовуйте форму точка-нахилyy0=m(xx0).

Застосування лінійних функцій

У цьому розділі ми розглянемо деякі програми лінійних функцій. Ми починаємо з розробки функції, що стосується температури за Фаренгейтом і Цельсієм.

Приклад3.4.5

Вода замерзає при32F і0C. Вода закипає при212F і100C. F і C - це скорочення для шкал температури за Фаренгейтом і Цельсієм відповідно. Припускаючи лінійну залежність, розробити модель, що стосується температури за Фаренгейтом і Цельсієм.

Рішення

По-перше, щоб допомогти зберегти нашу увагу, ми створили систему координат на аркуші графічного паперу. На малюнку3.4.6 ми вирішили зробити температуру Цельсія залежною змінною і присвоїли температуру Цельсія вертикальній осі. Аналогічно, ми оголосили температуру Фаренгейта незалежною змінною і присвоїли її горизонтальній осі.

Інтерпретувати дані дані:

  • Вода замерзає при32F і0C. Це дає нам точку (F, C) = (32, 0), яку ми будуємо на малюнку3.4.6.
  • Вода закипає при212F і100C. Це дає нам точку (F, C) = (212, 100), яку ми будуємо на малюнку3.4.6.

Тепер ми знаходимося на знайомій землі. Ми хочемо знайти рівняння прямої через ці дві точки, що є тим самим типом проблеми, яку ми розглянули в прикладі 6. Спочатку використовуйте точки (32, 0) і (212, 100), щоб визначити нахил лінії.

m=ΔCΔF=100021232=100180=59

Тепер будемо використовувати точково-ухил форму лінії,yy0=m(xx0) при m = 5/9 і(x0,y0)=(32,0). m=5/9,x0=32,Замінити іy0=0yy0=m(xx0) в отримати

WeChat592ee9ac052697196b626cb1b26fab84.png
Малюнок3.4.6. Графік температури за Цельсієм проти температури Фаренгейта

y0=59(x32)

Однак наша залежна вісь позначена C, а не y, а наша незалежна вісь позначена F, а не x. так, ми повинні замінити y і x в рівнянні (20) на C і F відповідно, отримавши

C=59(F32)

Цей результат у рівнянні (21) виражає температуру Цельсія як функцію температури Фаренгейта. Крім того, ми могли б також використовувати позначення функцій і писати

C(F)=59(F32)

Припустимо, що ми знаємо, що температура Фаренгейта зовні є,80F і ми хочемо висловити це за допомогою шкали Цельсія. Для цього ми просто оцінюємо C (80), як у

C(80)=59(8032)26.6

Значить, температура за Цельсієм приблизно26.6C.

З іншого боку, припустимо, що ми знаємо температуру Цельсія на металевому даху,80C і ми хочемо знайти температуру за Фаренгейтом. Для цього нам потрібно вирішити

C(F)=80

для F, або еквівалентно,

59(F32)=80

Помножте обидві сторони на 9, щоб отримати

5(F32)=720

потім розділіть обидві сторони результату на 5, щоб отримати

F32=144

Додавання 32 до обох сторін цього останнього результату призводить до температури ФаренгейтаF=176F. Нічого собі, це гаряче!