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

11.2: Формули та кола відстані та середини

Цілі навчання

До кінця цього розділу ви зможете:

  • Використовуйте формулу відстані
  • Використовуйте формулу середньої точки
  • Запишіть рівняння кола в стандартному вигляді
  • Графік кола

Перш ніж приступити до роботи, пройдіть цю вікторину про готовність.

  1. Знайти довжину гіпотенузи прямокутного трикутника, катети якого12 і16 дюйми.
    Якщо ви пропустили цю проблему, перегляньте приклад 2.34.
  2. Фактор:x218x+81.
    Якщо ви пропустили цю проблему, перегляньте приклад 6.24.
  3. Вирішіть, заповнивши квадрат:x212x12=0.
    Якщо ви пропустили цю проблему, перегляньте приклад 9.22.

У цьому розділі ми розглянемо конічні перерізи, які зазвичай називають конічними, та їх властивості. Коніки - це криві, які виходять з площини, що перетинає подвійний конус - два конуси, розміщені точка-точка. Кожну половинку подвійного конуса називають ворсом.

На цьому малюнку зображені два конуса, розміщені точка-точка. Вони маркуються ворсиками.
Малюнок 11.1.1

Є чотири конуси: коло, парабола, еліпс і гіпербола. На наступному малюнку показано, як площина, що перетинає подвійний конус, призводить до кожної кривої.

На кожній з цих чотирьох фігур зображений подвійний конус, перетинається площиною. На першому малюнку площина перпендикулярна осі конусів і перетинає нижній конус, утворюючи коло. На другому малюнку площина знаходиться під кутом до осі і перетинає нижній конус таким чином, щоб він також перетинав підставу. Таким чином, крива, утворена перетином, відкрита з обох кінців. Це позначено параболою. На третьому малюнку площину знаходиться під кутом до осі і перетинає нижній конус таким чином, щоб він не перетинав підставу конуса. Таким чином, крива, утворена перетином, являє собою замкнутий контур, позначений еліпсом. На четвертому малюнку площину паралельна осі, перетинаючи обидва конуса. Це позначено гіперболою.
Малюнок 11.1.2

Кожна з кривих має безліч додатків, які впливають на ваше повсякденне життя, від мобільного телефону до акустики та навігаційних систем. У цьому розділі ми розглянемо властивості кола.

Використовуйте формулу відстані

Ми використовували теорему Піфагора, щоб знайти довжини сторін прямокутного трикутника. Тут ми знову будемо використовувати цю теорему, щоб знайти відстані на прямокутній системі координат. Знайшовши відстань на прямокутній системі координат, ми можемо встановити зв'язок між геометрією конічного конуса та алгеброю, що відкриває світ можливостей для застосування.

Нашим першим кроком є розробка формули для пошуку відстаней між точками прямокутної системи координат. Ми побудуємо точки і створимо прямокутний трикутник так само, як ми робили, коли ми знайшли нахил у графіках і функціях. Потім ми зробимо це на крок далі і використовуємо теорему Піфагора, щоб знайти довжину гіпотенузи трикутника - це відстань між точками.

Приклад11.2.1

Використовуйте прямокутну систему координат, щоб знайти відстань між точками(6,4) і(2,1).

Рішення

Помітьте дві точки. З'єднайте дві точки
лінією.
Намалюйте прямокутний трикутник так, ніби ви збираєтеся
знайти нахил.
.
Малюнок 11.1.3
Знайдіть довжину кожної ноги.
.
Малюнок 11.1.4
Використовуйте теорему Піфагораd, щоб знайти відстань між двома точками. a2+b2=c2
Підставляємо в значеннях. 32+42=d2
Спростити. 9+16=d2
  25=d2
Використовуйте властивість «Квадратний корінь». d=5d=5
Оскільки відстань,d є позитивною, ми можемо усунутиd=5. Відстань між точками(6,4) і(2,1) є5.
Таблиця 11.1.1
Вправа11.2.1

Використовуйте прямокутну систему координат, щоб знайти відстань між точками(6,1) і(2,2).

Відповідь

d=5

Вправа11.2.2

Використовуйте прямокутну систему координат, щоб знайти відстань між точками(5,3) і(3,3).

Відповідь

d=10

На малюнку зображений графік з прямокутним трикутником. Гіпотенуза з'єднує дві точки, (2, 1) і (6, 4). Вони відповідно позначені (x1, y1) і (x2, y2). Підйом дорівнює y2 мінус y1, що дорівнює 4 мінус 1 дорівнює 3. Прогін дорівнює х2 мінус х1, що становить 6 мінус 2 дорівнює 4.
Малюнок 11.1.5

Метод, який ми використовували в останньому прикладі, призводить нас до формули, щоб знайти відстань між двома точками(x1,y1) і(x2,y2).

Коли ми знайшли довжину горизонтальної ноги, ми віднімаємо62 яка єx2x1.

Коли ми знайшли довжину вертикальної ноги, ми віднімаємо41 яка єy2y1.

Якщо трикутник був у іншому положенні, ми, можливо, віднімалиx1x2 абоy1y2. Виразиx2x1 іx1x2 варіюються тільки в знак отриманого числа. Щоб отримати позитивне значення - оскільки відстань позитивна - ми можемо використовувати абсолютне значення. Так що узагальнити скажемо|x2x1| і|y2y1|.

У теоремі Піфагора підставляємо загальні вирази,|x2x1||y2y1| а не числа.

a2+b2=c2Substitute in the values. (|x2x1|)2+(|y2y1|)2=d2Squaring the expressions makes(x2x1)2+(y2y1)2=d2them positive, so we eliminatethe absolute value bars.Use the Square Root Property.d=±(x2x1)2+(y2y1)2Distance is positive, so eliminated=(x2x1)2+(y2y1)2the negative value.

Це формула відстані, яку ми використовуємо, щоб знайти відстаньd між двома точками(x1,y1) і(x2,y2).

Визначення11.2.1

Формула відстані

Відстаньd між двома точками(x1,y1) і(x2,y2)

d=(x2x1)2+(y2y1)2

Приклад11.2.2

Використовуйте формулу відстані, щоб знайти відстань між точками(5,3) і(7,2).

Рішення:

Напишіть формулу відстані.

d=(x2x1)2+(y2y1)2

Позначте точки(x1,y15,3),(x2,y27,2) і підставляйте.

d=(7(5))2+(2(3))2

Спростити.

d=122+52
d=144+25
d=169
d=13

Відповідь:

d=13

Вправа11.2.3

Використовуйте формулу відстані, щоб знайти відстань між точками(4,5) і(5,7).

Відповідь

d=15

Вправа11.2.4

Використовуйте формулу відстані, щоб знайти відстань між точками(2,5) і(14,10).

Відповідь

d=13

Приклад11.2.3

Використовуйте формулу відстані, щоб знайти відстань між точками(10,4) і(1,5). Напишіть відповідь у точному вигляді, а потім знайдіть десяткове наближення, округлене до найближчої десятої, якщо потрібно.

Рішення:

Напишіть формулу відстані.

d=(x2x1)2+(y2y1)2

Позначте точки(x1,y110,4),(x2,y21,5) і підставляйте.

d=(110)2+(5(4))2

Спростити.

d=(11)2+92
d=121+81
d=202

Оскільки202 це не ідеальний квадрат, ми можемо залишити відповідь у точному вигляді або знайти десяткове наближення.

d=202
або
d14.2

Вправа11.2.5

Використовуйте формулу відстані, щоб знайти відстань між точками(4,5) і(3,4). Напишіть відповідь у точному вигляді, а потім знайдіть десяткове наближення, округлене до найближчої десятої, якщо потрібно.

Відповідь

d=130,d11.4

Вправа11.2.6

Використовуйте формулу відстані, щоб знайти відстань між точками(2,5) і(3,4). Напишіть відповідь у точному вигляді, а потім знайдіть десяткове наближення, округлене до найближчої десятої, якщо потрібно.

Відповідь

d=2,d1.4

Використовуйте формулу середньої точки

Часто корисно мати можливість знайти середню точку сегмента. Наприклад, якщо у вас є кінцеві точки діаметра кола, ви можете знайти центр кола, який є середньою точкою діаметра. Щоб знайти середню точку відрізка лінії, ми знаходимо середнє значенняx -координат та середнє значенняy -координат кінцевих точок.

Визначення11.2.2

Формула середньої точки

Середина відрізка лінії, кінцевими точками якого є дві точки(x1,y1) і(x2,y2)

(x1+x22,y1+y22)

Щоб знайти середню точку відрізка лінії, ми знаходимо середнє значенняx -координат та середнє значенняy -координат кінцевих точок.

Приклад11.2.4

Скористайтеся формулою середньої точки, щоб знайти середину відрізків ліній, кінцевими точками яких є(5,4) і(7,2). Покладіть кінцеві точки та середину на прямокутній системі координат.

Рішення:

Напишіть формулу середньої точки. (x1+x22,y1+y22)
Позначте точки,(x1,y15,4),(x2,y27,2) і підставляйте. (5+72,4+22)
Спростити. (22,22)
 

(1,1)

Середина відрізка - це точка

(1,1).

Побудуйте кінцеві та середні точки.
.
Малюнок 11.1.6
Таблиця 11.1.2
Вправа11.2.7

Скористайтеся формулою середньої точки, щоб знайти середину відрізків ліній, кінцевими точками яких є(3,5) і(5,7). Покладіть кінцеві точки та середину на прямокутній системі координат.

Відповідь
Цей графік показує відрізок лінії з кінцевими точками (від'ємний 3, від'ємний 5) і (5, 7) і серединою (1, від'ємний 1).
Малюнок 11.1.7
Вправа11.2.8

Скористайтеся формулою середньої точки, щоб знайти середину відрізків ліній, кінцевими точками яких є(2,5) і(6,1). Покладіть кінцеві точки та середину на прямокутній системі координат.

Відповідь
Цей графік показує відрізок лінії з кінцевими точками (від'ємний 2, від'ємний 5) і (6, від'ємний 1) і серединою (2, від'ємний 3).
Малюнок 11.1.8

Як формула відстані, так і формула середньої точки залежать від двох точок,(x1,y1) і(x2,y2). Легко переплутати, яка формула вимагає додавання, а яка віднімання координат. Якщо ми пам'ятаємо, звідки беруться формули, може бути простіше запам'ятати формули.

Формула відстані d дорівнює квадратному кореню відкритих дужок x2 мінус x1 закрити дужки в квадраті плюс відкриті дужки y2 мінус y1 закрити дужки квадрат кінця кореня. Це позначено віднімання координат. Формула середньої точки є відкритими дужками відкриті дужки x1 плюс x2 закрити дужки на 2 коми відкриті дужки y1 плюс y2 закрити дужки після 2 закрити дужки. Це позначено додавання координат.
Малюнок 11.1.9

Запишіть рівняння кола в стандартній формі

Як ми вже згадували, наша мета полягає в тому, щоб з'єднати геометрію конічного конуса з алгеброю. Використовуючи координатну площину, ми можемо зробити це легко.

На цьому малюнку зображений подвійний конус і пересічна площина, які утворюють коло.
Малюнок 11.1.10

Ми визначаємо коло як усі точки на площині, які є фіксованою відстанню від заданої точки в площині. Задана точка називається центром(h,k), а фіксована відстань називається rрадіусом кола.

Визначення11.2.3

Коло - це всі точки на площині, які є фіксованою відстанню від заданої точки в площині. Задана точка називається центром(h,k), а фіксована відстань називається rрадіусом кола.


Дивимося на коло в прямокутній системі координат.
Радіус - це відстань від центру(h,k),, до
точки на колі,(x,y).
.
Малюнок 11.1.11
Щоб вивести рівняння кола, ми можемо використовувати формулу
відстані з точками(h,k),(x,y) і
відстань,r.
d=(x2x1)2+(y2y1)2
Підставляємо значення. r=(xh)2+(yk)2
Квадрат з обох сторін. r2=(xh)2+(yk)2
Таблиця 11.1.3

Це стандартна форма рівняння кола з центром(h,k), і радіусом,r.

Визначення11.2.4

Стандартна форма рівняння кола з центром(h,k), і радіусомr,

На малюнку показано коло з центром у (h, k) і радіусом r. Точка на колі позначена x, y. Формулою є відкриті дужки x мінус h закриті дужки у квадраті плюс відкриті дужки y мінус k закриті дужки у квадраті дорівнює r у квадраті.
Малюнок 11.1.12
Приклад11.2.5

Запишіть стандартну форму рівняння кола з радіусом3 і центром(0,0).

Рішення:

Використовуйте стандартну форму рівняння кола (xh)2+(yk)2=r2
Підставляємо в значенняr=3,h=0, іk=0. (x0)2+(y0)2=32
.  
Спростити. x2+y2=9
Таблиця 11.1.4
Вправа11.2.9

Запишіть стандартну форму рівняння кола з радіусом6 і центром(0,0).

Відповідь

x2+y2=36

Вправа11.2.10

Запишіть стандартну форму рівняння кола з радіусом8 і центром(0,0).

Відповідь

x2+y2=64

В останньому прикладі центр був(0,0). Зверніть увагу, що сталося з рівнянням. Всякий раз(0,0), коли центр є, стандартна форма стаєx2+y2=r2.

Приклад11.2.6

Запишіть стандартну форму рівняння кола з радіусом2 і центром(1,3).

Рішення:

Використовуйте стандартну форму рівняння кола. (xh)2+(yk)2=r2
Підставляємо в значеннях. (x(1))2+(y3)2=22
.  
Спростити. (x+1)2+(y3)2=4
Таблиця 11.1.5
Вправа11.2.11

Запишіть стандартну форму рівняння кола з радіусом7 і центром(2,4).

Відповідь

(x2)2+(y+4)2=49

Вправа11.2.12

Запишіть стандартну форму рівняння кола з радіусом9 і центром(3,5).

Відповідь

(x+3)2+(y+5)2=81

У наступному прикладі радіус не задано. Для обчислення радіуса використовуємо формулу відстані з двома заданими точками.

Приклад11.2.7

Запишіть стандартну форму рівняння кола з центром(2,4), який також містить точку(2,1).

Цей графік показує коло з центром в (2, 4, радіусом 5 і точкою на колі мінус 2, 1.
Малюнок 11.1.15

Рішення:

Радіус - це відстань від центру до будь-якої точки на колі, тому ми можемо використовувати формулу відстані для її обчислення. Ми будемо використовувати центр(2,4) і точку(2,1)

Використовуйте формулу відстані, щоб знайти радіус.

r=(x2x1)2+(y2y1)2

Підставляємо значення. (x1,y12,4),(x2,y22,1)

r=(22)2+(14)2

Спростити.

r=(4)2+(3)2
r=16+9
r=25
r=5

Тепер, коли ми знаємо радіус і центр(2,4), ми можемо використовувати стандартну форму рівняння кола, щоб знайти рівняння.r=5

Використовуйте стандартну форму рівняння кола.

(xh)2+(yk)2=r2

Підставляємо в значеннях.

(x2)2+(y4)2=52

Спростити.

(x2)2+(y4)2=25

Вправа11.2.13

Запишіть стандартну форму рівняння кола з центром(2,1), який також містить точку(2,2).

Відповідь

(x2)2+(y1)2=25

Вправа11.2.14

Запишіть стандартну форму рівняння кола з центром(7,1), який також містить точку(1,5).

Відповідь

(x7)2+(y1)2=100

Графік кола

Будь-яке рівняння виду(xh)2+(yk)2=r2 є стандартною формою рівняння кола з центром(h,k), і радіусом,r. Потім ми можемо намалювати коло на прямокутній системі координат.

Зверніть увагу, що стандартна форма вимагає віднімання зx іy. У наступному прикладі рівняння маєx+2, тому нам потрібно переписати додавання як віднімання негативу.

Приклад11.2.8

Знайдіть центр і радіус, потім намалюйте графік кола:(x+2)2+(y1)2=9.

Рішення:

  .

Використовуйте стандартну форму рівняння кола.

Визначте центр,(h,k) і радіус,r.

.
  Центр:(2,1) радіус:3
Графік кола. .
Таблиця 11.1.6
Вправа11.2.15
  1. Знайдіть центр і радіус, потім
  2. Графік кола:(x3)2+(y+4)2=4.
Відповідь
  1. Коло по центру(3,4) з радіусом2.
Цей графік показує коло з центром в (3, від'ємний 4) і радіусом 2.
Малюнок 11.1.19
Вправа11.2.16
  1. Знайдіть центр і радіус, потім
  2. Графік кола:(x3)2+(y1)2=16.
Відповідь
  1. Коло по центру(3,1) з радіусом4.
Цей графік показує коло з центром в (3, 1) і радіусом 4.
Малюнок 11.1.20

Щоб знайти центр і радіус, ми повинні написати рівняння в стандартному вигляді. У наступному прикладі ми повинні спочатку отримати коефіцієнтx2,y2 бути одиницею.

Приклад11.2.9

Знайдіть центр і радіус, а потім графік кола,4x2+4y2=64.

Рішення:

  .
Розділіть кожну сторону на4. .
Використовуйте стандартну форму рівняння кола.
Визначте центр,(h,k) і радіус,r.
.
  Центр:(0,0) радіус:4
Графік кола. .
Таблиця 11.1.7
Вправа11.2.17
  1. Знайдіть центр і радіус, потім
  2. Графік кола:3x2+3y2=27
Відповідь
  1. Коло по центру(0,0) з радіусом3.
Цей графік показує коло з центром в (0, 0) і радіусом 3.
Малюнок 11.1.25
Вправа11.2.18
  1. Знайдіть центр і радіус, потім
  2. Графік кола:5x2+5y2=125
Відповідь
  1. Коло по центру(0,0) з радіусом5.
Цей графік показує коло з центром в (0, 0) і радіусом 5.
Малюнок 11.1.26

Якщо розгорнути рівняння з прикладу 11.1.8(x+2)2+(y1)2=9, рівняння кола виглядає зовсім інакше.

(x+2)2+(y1)2=9

Квадратні двочлени.

x2+4x+4+y22y+1=9

Впорядкуйте терміни в порядку зменшення ступеня, і отримайте нуль праворуч

x2+y2+4x2y4=0

Така форма рівняння називається загальною формою рівняння кола.

Визначення11.2.5

Загальна форма рівняння кола дорівнює

x2+y2+ax+by+c=0

Якщо нам дано рівняння в загальному вигляді, ми можемо змінити його на стандартну форму, заповнивши квадрати в обохx іy. Тоді ми можемо намалювати коло, використовуючи його центр і радіус.

Приклад11.2.10
  1. Знайдіть центр і радіус, потім
  2. Графік кола:x2+y24x6y+4=0

Рішення:

Нам потрібно переписати цю загальну форму в стандартну форму, щоб знайти центр і радіус.

 
.
Малюнок 11.1.27
Згрупуйтеx -терміни іy -терміни.
Зберіть константи з правого боку.
.
Малюнок 11.1.28
Завершіть квадрати.
.
Малюнок 11.1.29
Перепишіть як біноміальні квадрати.
.
Малюнок 11.1.30
Визначте центр і радіус. Центр:(2,3) радіус:3
Графік кола.
.
Малюнок 11.1.31
Таблиця 11.1.8
Вправа11.2.19
  1. Знайдіть центр і радіус, потім
  2. Графік кола:x2+y26x8y+9=0.
Відповідь
  1. Коло по центру(3,4) з радіусом4.
Цей графік показує коло з центром в (3, 4) і радіусом 4.
Малюнок 11.1.32
Вправа11.2.20
  1. Знайдіть центр і радіус, потім
  2. Графік кола:x2+y2+6x2y+1=0
Відповідь
  1. Коло по центру(3,1) з радіусом3.
Цей графік показує коло з центром в (від'ємний 3, 1) і радіусом 3.
Малюнок 11.1.33

У наступному прикладі єy -термін і ay2 -термін. Але зверніть увагу, що немаєx -термін, тількиx2 -термін. Ми бачили це раніше і знаємо, щоh це означає0. Нам потрібно буде заповнити квадрат дляy термінів, але не дляx термінів.

Приклад11.2.11
  1. Знайдіть центр і радіус, потім
  2. Графік кола:x2+y2+8y=0

Рішення:

Нам потрібно переписати цю загальну форму в стандартну форму, щоб знайти центр і радіус.

  .
Згрупуйтеx -терміни іy -терміни. .
Немає констант для збору з правого боку.  
Завершіть квадрат дляy2+8y. .
Перепишіть як біноміальні квадрати. .
Визначте центр і радіус. Центр:(0,4) радіус:4
Графік кола. .
Таблиця 11.1.9
Вправа11.2.21
  1. Знайдіть центр і радіус, потім
  2. Графік кола:x2+y22x3=0.
Відповідь
  1. Коло по центру(1,0) з радіусом2.
Цей графік показує коло з центром в (1, 0) і радіусом 2.
Малюнок 11.1.39
Вправа11.2.22
  1. Знайдіть центр і радіус, потім
  2. Графік кола:x2+y212y+11=0.
Відповідь
  1. Коло по центру(0,6) з радіусом5.
Цей графік показує коло з центром в (0, 6) і радіусом 5.
Малюнок 11.1.40

Отримайте доступ до цих онлайн-ресурсів для отримання додаткових інструкцій та практики за допомогою формул відстані та середньої точки та графічних кіл.

  • Формули та кола відстань-середина
  • Пошук відстані та середини між двома точками
  • Завершення квадрата для написання рівняння у стандартній формі кола

Ключові концепції

  • Відстань формула: відстаньd між двома точками(x1,y1) і(x2,y2)

    d=(x2x1)2+(y2y1)2

  • середина формули: середина відрізка лінії, кінцеві точки якої дві точки(x1,y1) і(x2,y2)

    (x1+x22,y1+y22)

    Щоб знайти середню точку відрізка лінії, ми знаходимо середнє значенняx -координат та середнє значенняy -координат кінцевих точок.
  • Коло: Коло - це всі точки на площині, які є фіксованою відстанню від фіксованої точки на площині. Задана точка називається центром(h,k), а фіксована відстань називається rрадіусом кола.
  • Стандартна форма рівняння кола: стандартна форма рівняння кола з центром(h,k), і радіусомr
На малюнку показано коло з центром у (h, k) і радіусом r. Точка на колі позначена x, y. Формулою є відкриті дужки x мінус h закриті дужки у квадраті плюс відкриті дужки y мінус k закриті дужки у квадраті дорівнює r у квадраті.
Малюнок 11.1.41
  • Загальна форма рівняння кола: загальна форма рівняння кола

    x2+y2+ax+by+c=0

Глосарій

коло
Коло - це всі точки в площині, які є фіксованою відстанню від фіксованої точки в площині.