Разстояние от точка до вектор в равнина. Разстояние от точка до линия

О-о-о-о-о-о ... е, тенекиен е, сякаш си прочете изречението =) Но тогава релаксът ще помогне, особено след като днес купих подходящи аксесоари. Затова нека да продължим към първия раздел, надявам се, че до края на статията ще запазя весело настроение.

Взаимно разположение на две прави линии

Случаят, когато залата пее в хор. Две линии могат:

1) мач;

2) да са успоредни: ;

3) или се пресичат в една точка: .

Помощ за манекени : моля, запомнете математически знакпресичане, ще се случва много често. Записът означава, че правата се пресича с правата в точката.

Как да определим относителната позиция на две линии?

Да започнем с първия случай:

Две прави съвпадат тогава и само тогава, когато съответните им коефициенти са пропорционални, тоест има такова число "ламбда", че равенствата

Нека разгледаме прави линии и съставим три уравнения от съответните коефициенти: . От всяко уравнение следва, че следователно тези линии съвпадат.

Наистина, ако всички коефициенти на уравнението умножете по -1 (променете знаците) и всички коефициенти на уравнението намалите с 2, получавате същото уравнение: .

Вторият случай, когато линиите са успоредни:

Две прави са успоредни тогава и само ако техните коефициенти при променливите са пропорционални: , но.

Като пример разгледайте две прави линии. Проверяваме пропорционалността на съответните коефициенти за променливите:

Въпреки това е ясно, че.

И третият случай, когато линиите се пресичат:

Две прави се пресичат тогава и само ако техните коефициенти на променливите НЕ са пропорционални, тоест НЯМА такава стойност на "ламбда", че равенствата да са изпълнени

И така, за прави линии ще съставим система:

От първото уравнение следва, че , а от второто уравнение: , следователно, системата е непоследователна(няма решения). Следователно коефициентите при променливите не са пропорционални.

Заключение: линиите се пресичат

В практически задачи може да се използва току-що разгледаната схема за решение. Между другото, той е много подобен на алгоритъма за проверка на вектори за колинеарност, който разгледахме в урока. Концепцията за линейна (не) зависимост на векторите. Векторна основа. Но има по-цивилизован пакет:

Пример 1

Разберете относителната позиция на линиите:

Решениевъз основа на изследването на насочващите вектори на прави линии:

а) От уравненията намираме насочващите вектори на правите: .

, така че векторите не са колинеарни и правите се пресичат.

За всеки случай ще сложа камък с указатели на кръстопътя:

Останалите прескачат камъка и го следват, право към Кашчей Безсмъртния =)

б) Намерете насочващите вектори на правите:

Правите имат един и същ вектор на посоката, което означава, че са или успоредни, или еднакви. Тук детерминантата не е необходима.

Очевидно коефициентите на неизвестните са пропорционални, докато .

Нека разберем дали равенството е вярно:

По този начин,

в) Намерете насочващите вектори на правите:

Нека изчислим детерминантата, съставена от координатите на тези вектори:
, следователно векторите на посоката са колинеарни. Правите са или успоредни, или съвпадат.

Коефициентът на пропорционалност "ламбда" е лесно да се види директно от съотношението на векторите на колинеарна посока. Но може да се намери и чрез коефициентите на самите уравнения: .

Сега нека разберем дали равенството е вярно. И двата безплатни термина са нула, така че:

Получената стойност удовлетворява това уравнение(по принцип подхожда на всяко число).

Така линиите съвпадат.

Отговор:

Много скоро ще се научите (или дори вече сте се научили) да решавате разглеждания проблем устно буквално за секунди. В тази връзка не виждам причина да предлагам нещо за независимо решение, по-добре е да поставите друга важна тухла в геометричната основа:

Как да начертаем права, успоредна на дадена?

Заради невежеството на това най-простата задачанаказва сурово Славея Разбойника.

Пример 2

Правата линия е дадена от уравнението. Напишете уравнение за успоредна права, която минава през точката.

Решение: Означете непознатия ред с буквата . Какво казва условието за това? Правата минава през точката. И ако правите са успоредни, тогава е очевидно, че насочващият вектор на правата "ce" също е подходящ за построяване на правата "de".

Изваждаме вектора на посоката от уравнението:

Отговор:

Геометрията на примера изглежда проста:

Аналитичната проверка се състои от следните стъпки:

1) Проверяваме дали линиите имат еднакъв насочващ вектор (ако уравнението на правата не е правилно опростено, тогава векторите ще бъдат колинеарни).

2) Проверете дали точката удовлетворява полученото уравнение.

Аналитичната проверка в повечето случаи се извършва лесно устно. Погледнете двете уравнения и много от вас бързо ще разберат как линиите са успоредни без никакъв чертеж.

Примерите за самостоятелно решаване днес ще бъдат креативни. Защото все още трябва да се състезавате с Баба Яга, а тя, знаете, е любител на всякакви гатанки.

Пример 3

Напишете уравнение за права, минаваща през точка, успоредна на правата, ако

Има рационален и не много рационален начин за решаване. Най-краткият път е в края на урока.

Поработихме малко с успоредни прави и ще се върнем към тях по-късно. Случаят на съвпадащи линии не представлява голям интерес, така че помислете за проблем, който ви е добре познат от училищна програма:

Как да намерим пресечната точка на две прави?

Ако прав се пресичат в точката , тогава нейните координати са решението системи от линейни уравнения

Как да намерим пресечната точка на линиите? Решете системата.

Ето за вас геометричен смисълдве линейни уравненияс две неизвестниса две пресичащи се (най-често) прави в равнина.

Пример 4

Намерете пресечната точка на линиите

Решение: Има два начина за решаване - графичен и аналитичен.

Графичен начине просто да начертаете дадените линии и да намерите пресечната точка директно от чертежа:

Ето нашата гледна точка: . За да проверите, трябва да замените координатите му във всяко уравнение на права линия, те трябва да пасват и там, и там. С други думи, координатите на точка са решението на системата . Всъщност обмислихме графичен начин за решаване системи от линейни уравненияс две уравнения, две неизвестни.

Графичният метод, разбира се, не е лош, но има забележими недостатъци. Не, въпросът не е, че седмокласниците решават така, въпросът е, че ще отнеме време, за да се направи правилен и ТОЧЕН чертеж. Освен това някои линии не са толкова лесни за конструиране, а самата пресечна точка може да бъде някъде в тридесетото царство извън листа на тетрадката.

Следователно е по-целесъобразно да се търси пресечната точка по аналитичния метод. Нека решим системата:

За решаване на системата е използван методът на почленно събиране на уравнения. За да развиете съответните умения, посетете урока Как се решава система от уравнения?

Отговор:

Проверката е тривиална - координатите на пресечната точка трябва да удовлетворяват всяко уравнение на системата.

Пример 5

Намерете пресечната точка на правите, ако се пресичат.

Това е пример за „направи си сам“. Задачата може удобно да се раздели на няколко етапа. Анализът на състоянието предполага, че е необходимо:
1) Напишете уравнението на права линия.
2) Напишете уравнението на права линия.
3) Намерете относителната позиция на линиите.
4) Ако линиите се пресичат, намерете пресечната точка.

Разработването на алгоритъм за действие е типично за мнозина геометрични задачи, и ще се съсредоточа върху това многократно.

Цялостно решениеи отговорът в края на урока:

Чифт обувки все още не е износен, тъй като стигнахме до втория раздел на урока:

Перпендикулярни линии. Разстоянието от точка до права.
Ъгъл между линиите

Да започнем с типичен и много важна задача. В първата част научихме как да изградим права линия, успоредна на дадената, а сега колибата на пилешките крака ще се обърне на 90 градуса:

Как да начертаем права, перпендикулярна на дадена?

Пример 6

Правата линия е дадена от уравнението. Напишете уравнение за перпендикулярна права, минаваща през точка.

Решение: По предположение е известно, че . Би било хубаво да се намери насочващият вектор на правата линия. Тъй като линиите са перпендикулярни, трикът е прост:

От уравнението „премахваме“ нормалния вектор: , който ще бъде насочващият вектор на правата линия.

Съставяме уравнението на права линия от точка и насочващ вектор:

Отговор:

Нека разгънем геометричната скица:

Хммм... Оранжево небе, оранжево море, оранжева камила.

Аналитична проверкарешения:

1) Извлечете векторите на посоката от уравненията и с помощта точково произведение на векторизаключаваме, че правите наистина са перпендикулярни: .

Между другото, можете да използвате нормални вектори, дори е по-лесно.

2) Проверете дали точката удовлетворява полученото уравнение .

Проверката отново е лесна за вербална.

Пример 7

Намерете пресечната точка на перпендикулярни прави, ако уравнението е известно и точка.

Това е пример за „направи си сам“. В задачата има няколко действия, така че е удобно да подредите решението точка по точка.

Нашите забавно пътуванепродължава:

Разстояние от точка до линия

Пред нас е права ивица от реката и нашата задача е да я достигнем по най-краткия път. Няма препятствия, а най-оптималният маршрут ще бъде движението по перпендикуляра. Тоест разстоянието от точка до права е дължината на перпендикулярния сегмент.

Разстоянието в геометрията традиционно се обозначава с гръцката буква "ro", например: - разстоянието от точката "em" до правата линия "de".

Разстояние от точка до линия се изразява с формулата

Пример 8

Намерете разстоянието от точка до права

Решение: всичко, от което се нуждаете, е внимателно да замените числата във формулата и да направите изчисленията:

Отговор:

Нека изпълним чертежа:

Намереното разстояние от точката до правата е точно дължината на червения сегмент. Ако направите рисунка върху карирана хартия в мащаб 1 единица. \u003d 1 cm (2 клетки), тогава разстоянието може да се измери с обикновена линийка.

Помислете за друга задача според същия чертеж:

Задачата е да се намерят координатите на точката, която е симетрична на точката спрямо правата . Предлагам да извършите действията сами, но ще обознача алгоритъма за решение с междинни резултати:

1) Намерете права, която е перпендикулярна на права.

2) Намерете пресечната точка на линиите: .

И двете действия са разгледани подробно в този урок.

3) Точката е средата на отсечката. Знаем координатите на средата и единия от краищата. от формули за координатите на средата на сегментанамирам .

Няма да е излишно да проверите дали разстоянието също е равно на 2,2 единици.

Тук могат да възникнат трудности при изчисленията, но в кулата микрокалкулаторът помага много, позволявайки ви да броите обикновени дроби. Съветвал съм много пъти и ще препоръчам отново.

Как да намерим разстоянието между две успоредни прави?

Пример 9

Намерете разстоянието между две успоредни прави

Това е още един пример за независимо решение. Малък съвет: има безкрайно много начини за решаване. Разбор в края на урока, но по-добре се опитайте да познаете сами, мисля, че успяхте да разпръснете изобретателността си добре.

Ъгъл между две прави

Какъвто и да е ъгълът, тогава джамът:

В геометрията ъгълът между две прави се приема за ПО-МАЛКИ ъгъл, от което автоматично следва, че той не може да бъде тъп. На фигурата ъгълът, обозначен с червената дъга, не се счита за ъгъл между пресичащите се линии. И неговият „зелен“ съсед или противоположно ориентиранипурпурен ъгъл.

Ако правите са перпендикулярни, тогава всеки от 4-те ъгъла може да се приеме за ъгъл между тях.

Как се различават ъглите? Ориентация. Първо, посоката на "превъртане" на ъгъла е фундаментално важна. Второ, отрицателно ориентиран ъгъл се записва със знак минус, например, ако .

Защо казах това? Изглежда, че можете да се справите с обичайната концепция за ъгъл. Факт е, че във формулите, по които ще намерим ъглите, лесно може да се окаже отрицателен резултати не трябва да ви изненадва. Ъгъл със знак минус не е по-лош и има много специфично геометрично значение. На чертежа за отрицателен ъгъл е задължително да посочите ориентацията му (по часовниковата стрелка) със стрелка.

Как да намерим ъгъла между две прави?Има две работни формули:

Пример 10

Намерете ъгъла между линиите

Решениеи Метод първи

Помислете за две прави линии, дадени от уравнения в общ вид:

Ако прав не перпендикулярно, тогава ориентиранаъгълът между тях може да се изчисли по формулата:

Повечето внимателно вниманиеобърнете се към знаменателя - това е точно скаларно произведениенасочващи вектори на прави линии:

Ако , тогава знаменателят на формулата изчезва и векторите ще бъдат ортогонални и линиите ще бъдат перпендикулярни. Ето защо е направена уговорка за неперпендикулярността на линиите във формулировката.

Въз основа на гореизложеното решението е удобно формализирано в две стъпки:

1) Изчислете скаларното произведение на насочващи вектори на прави линии:
така че линиите не са перпендикулярни.

2) Намираме ъгъла между линиите по формулата:

Като се използва обратна функциялесно намиране на самия ъгъл. В този случай използваме нечетността на аркутангенса (виж Фиг. Графики и свойства на елементарни функции):

Отговор:

В отговора посочваме точната стойност, както и приблизителната стойност (за предпочитане както в градуси, така и в радиани), изчислена с помощта на калкулатор.

Е, минус, значи минус, всичко е наред. Ето геометрична илюстрация:

Не е изненадващо, че ъгълът се оказа с отрицателна ориентация, тъй като в условието на задачата първото число е права линия и "усукването" на ъгъла започва именно от нея.

Ако наистина искате да получите положителен ъгъл, трябва да размените редовете, тоест да вземете коефициентите от второто уравнение и вземете коефициентите от първото уравнение. Накратко, трябва да започнете с директен .

Вашата поверителност е важна за нас. Поради тази причина разработихме Политика за поверителност, която описва как използваме и съхраняваме вашата информация. Моля, прочетете нашата политика за поверителност и ни уведомете, ако имате въпроси.

Събиране и използване на лична информация

Личната информация се отнася до данни, които могат да бъдат използвани за идентифициране или контакт с конкретно лице.

Може да бъдете помолени да предоставите вашата лична информация по всяко време, когато се свържете с нас.

По-долу са дадени някои примери за видовете лична информация, която можем да събираме и как можем да използваме тази информация.

Каква лична информация събираме:

Когато подадете заявление на сайта, ние може да съберем различна информация, включително вашето име, телефонен номер, адрес електронна пощаи т.н.

Как използваме вашата лична информация:

Събрани от нас лична информацияни позволява да се свързваме с вас и да ви информираме за уникални оферти, промоции и други събития и предстоящи събития.
От време на време може да използваме вашата лична информация, за да ви изпращаме важни известия и съобщения.
Може също така да използваме лична информация за вътрешни цели, като например извършване на одити, анализ на данни и различни изследвания, за да подобрим услугите, които предоставяме, и да ви предоставим препоръки относно нашите услуги.
Ако участвате в томбола, състезание или подобен стимул, ние може да използваме предоставената от вас информация за администриране на такива програми.

Разкриване на трети страни

Ние не разкриваме информация, получена от вас, на трети страни.

Изключения:

При необходимост - в съответствие със закона, съдебен ред, в съдебни производства и/или въз основа на публични искания или искания от правителствени агенциина територията на Руската федерация - разкрийте вашата лична информация. Може също така да разкрием информация за вас, ако преценим, че такова разкриване е необходимо или подходящо за целите на сигурността, правоприлагането или други цели от обществен интерес.
В случай на реорганизация, сливане или продажба, можем да прехвърлим личната информация, която събираме, на съответния приемник на трета страна.

Защита на личната информация

Ние вземаме предпазни мерки – включително административни, технически и физически – за да защитим вашата лична информация от загуба, кражба и злоупотреба, както и от неоторизиран достъп, разкриване, промяна и унищожаване.

Поддържане на вашата поверителност на фирмено ниво

За да гарантираме, че вашата лична информация е защитена, ние съобщаваме практиките за поверителност и сигурност на нашите служители и стриктно прилагаме практиките за поверителност.

Тази статия говори по темата « разстояние от точка до линия », дефинициите на разстоянието от точка до права се разглеждат с илюстрирани примери по метода на координатите. Всеки блок от теория в края показва примери за решаване на подобни проблеми.

Yandex.RTB R-A-339285-1

Разстоянието от точка до права се намира чрез определяне на разстоянието от точка до точка. Нека разгледаме по-подробно.

Нека има права a и точка M 1, които не принадлежат на дадената права. Начертайте линия през нея, разположена перпендикулярно на правата a. Вземете точката на пресичане на линиите като H 1. Получаваме, че M 1 H 1 е перпендикуляр, който е спуснат от точката M 1 до правата a.

Определение 1

Разстояние от точка M 1 до права линия aсе нарича разстояние между точките M 1 и H 1 .

Има записи на определението с фигурата на дължината на перпендикуляра.

Определение 2

Разстояние от точка до линияе дължината на перпендикуляра, прекаран от дадена точка към дадена права.

Дефинициите са еквивалентни. Разгледайте фигурата по-долу.

Известно е, че разстоянието от точка до права линия е най-малкото от всички възможни. Нека да разгледаме това с пример.

Ако вземем точката Q, лежаща на линията a, която не съвпада с точката M 1, тогава получаваме, че сегментът M 1 Q се нарича наклонен, спуснат от M 1 до линията a. Необходимо е да се посочи, че перпендикулярът от точката M 1 е по-малък от всеки друг наклонен, изтеглен от точката към правата линия.

За да докажете това, разгледайте триъгълника M 1 Q 1 H 1 , където M 1 Q 1 е хипотенузата. Известно е, че дължината му винаги е по-голяма от дължината на който и да е от краката. Следователно имаме, че M 1 H 1< M 1 Q . Рассмотрим рисунок, приведенный ниже.

Изходните данни за намиране от точка до права линия позволяват използването на няколко метода за решаване: чрез Питагоровата теорема, дефиниции на синус, косинус, тангенс на ъгъл и др. Повечето задачи от този тип се решават в училище в часовете по геометрия.

Когато при намиране на разстоянието от точка до права е възможно да се въведе правоъгълна координатна система, тогава се използва координатният метод. AT този параграфразгледайте основните два метода за намиране на желаното разстояние от дадена точка.

Първият метод включва намиране на разстоянието като перпендикуляр, прекаран от M 1 към правата a. Вторият метод използва нормално уравнениеправа линия a, за да намерите желаното разстояние.

Ако има точка на равнината с координати M 1 (x 1, y 1), разположена в правоъгълна системакоординати, права линия a, но е необходимо да се намери разстоянието M 1 H 1, можете да изчислите по два начина. Нека ги разгледаме.

Първи начин

Ако има координати на точката H 1, равни на x 2, y 2, тогава разстоянието от точката до правата се изчислява от координатите от формулата M 1 H 1 = (x 2 - x 1) 2 + (y 2 - у 1) 2.

Сега нека да преминем към намирането на координатите на точката H 1.

Известно е, че права линия в O x y съответства на уравнението на права линия в равнина. Нека вземем начин да дефинираме права линия a чрез написване на общо уравнение на права линия или уравнение с наклон. Съставяме уравнението на права линия, която минава през точката M 1 перпендикулярно на дадена права a. Нека означим правата с бук b . H 1 е пресечната точка на правите a и b, така че за да определите координатите, трябва да използвате статията, в която въпросниятвърху координатите на пресечните точки на две прави.

Вижда се, че алгоритъмът за намиране на разстоянието от дадена точка M 1 (x 1, y 1) до правата линия a се извършва според точките:

Определение 3

намиране на общото уравнение на правата линия a , имащо формата A 1 x + B 1 y + C 1 \u003d 0, или уравнение с коефициент на наклон, имащо формата y \u003d k 1 x + b 1;
получаване на общото уравнение на линията b, което има формата A 2 x + B 2 y + C 2 \u003d 0 или уравнение с наклон y \u003d k 2 x + b 2, ако линията b пресича точката M 1 и е перпендикулярна на дадената права a;
определяне на координатите x 2, y 2 на точката H 1, която е пресечната точка на a и b, за това се решава системата от линейни уравнения A 1 x + B 1 y + C 1 = 0 A 2 x + B 2 y + C 2 = 0 или y = k 1 x + b 1 y = k 2 x + b 2 ;
изчисляване на необходимото разстояние от точка до права линия по формулата M 1 H 1 = (x 2 - x 1) 2 + (y 2 - y 1) 2.

Втори начин

Теоремата може да помогне да се отговори на въпроса за намиране на разстоянието от дадена точка до дадена права на равнина.

Теорема

Правоъгълна координатна система има O x y има точка M 1 (x 1, y 1), от която е начертана права линия a към равнината, дадена от нормалното уравнение на равнината, имаща формата cos α x + cos β y - p \u003d 0, равна на модула на стойността, получена от лявата страна на уравнението на нормалната права линия, изчислена при x = x 1, y = y 1, означава, че M 1 H 1 = cos α · x 1 + cos β · y 1 - p.

Доказателство

Правата a съответства на нормалното уравнение на равнината, което има формата cos α x + cos β y - p = 0, тогава се разглежда n → = (cos α , cos β) нормален векторлиния a на разстоянието от началото до линия a с p единици. Необходимо е да изобразите всички данни на фигурата, добавете точка с координати M 1 (x 1, y 1) , където радиус векторът на точката M 1 - O M 1 → = (x 1 , y 1) . Необходимо е да се начертае права линия от точка до права линия, която ще обозначим с M 1 H 1 . Необходимо е да се покажат проекциите M 2 и H 2 на точките M 1 и H 2 на права линия, минаваща през точка O с насочващ вектор под формата n → = (cos α, cos β) , и числената проекция на вектора ще се означи като O M 1 → = (x 1 , y 1) към посоката n → = (cos α , cos β) като n p n → O M 1 → .

Вариациите зависят от местоположението на самата точка M 1. Разгледайте фигурата по-долу.

Фиксираме резултатите с помощта на формулата M 1 H 1 = n p n → O M → 1 - p . След това привеждаме равенството към тази форма M 1 H 1 = cos α · x 1 + cos β · y 1 - p, за да получим n p n → O M → 1 = cos α · x 1 + cos β · y 1 .

Скаларно произведениевектори като резултат дава трансформирана формула под формата n → , O M → 1 = n → n p n → O M 1 → = 1 n p n → O M 1 → = n p n → O M 1 → , която е произведение в координатна форма на формата n → , O M 1 → = cos α · x 1 + cos β · y 1 . Оттук получаваме, че n p n → O M 1 → = cos α · x 1 + cos β · y 1 . От това следва, че M 1 H 1 = n p n → O M 1 → - p = cos α · x 1 + cos β · y 1 - p . Теоремата е доказана.

Получаваме, че за да намерим разстоянието от точката M 1 (x 1, y 1) до правата линия a на равнината, трябва да се извършат няколко действия:

Определение 4

получаване на нормалното уравнение на правата a cos α · x + cos β · y - p = 0, при положение, че не е в задачата;
изчисляване на израза cos α · x 1 + cos β · y 1 - p , където получената стойност приема M 1 H 1 .

Нека приложим тези методи за решаване на задачи с намиране на разстоянието от точка до равнина.

Пример 1

Намерете разстоянието от точката с координати M 1 (- 1 , 2) до правата 4 x - 3 y + 35 = 0 .

Решение

Нека използваме първия метод за решаване.

За да направите това, трябва да намерите общото уравнение на правата b, която минава през дадена точка M 1 (- 1 , 2), перпендикулярна на правата 4 x - 3 y + 35 = 0 . От условието се вижда, че правата b е перпендикулярна на правата a, тогава нейният насочващ вектор има координати, равни на (4, - 3) . По този начин имаме възможност да напишем каноничното уравнение на правата b на равнината, тъй като има координати на точката M 1, принадлежи на правата b. Да определим координатите на насочващия вектор на правата b . Получаваме, че x - (- 1) 4 = y - 2 - 3 ⇔ x + 1 4 = y - 2 - 3 . Полученото канонично уравнение трябва да се преобразува в общо. Тогава разбираме това

x + 1 4 = y - 2 - 3 ⇔ - 3 (x + 1) = 4 (y - 2) ⇔ 3 x + 4 y - 5 = 0

Нека намерим координатите на точките на пресичане на линиите, които ще приемем като обозначение H 1. Трансформациите изглеждат така:

4 x - 3 y + 35 = 0 3 x + 4 y - 5 = 0 ⇔ x = 3 4 y - 35 4 3 x + 4 y - 5 = 0 ⇔ x = 3 4 y - 35 4 3 3 4 y - 35 4 + 4 y - 5 = 0 ⇔ ⇔ x = 3 4 y - 35 4 y = 5 ⇔ x = 3 4 5 - 35 4 y = 5 ⇔ x = - 5 y = 5

От горното имаме, че координатите на точката H 1 са (- 5; 5) .

Необходимо е да се изчисли разстоянието от точка M 1 до правата линия a. Имаме, че координатите на точките M 1 (- 1, 2) и H 1 (- 5, 5), след което заместваме във формулата за намиране на разстоянието и получаваме това

M 1 H 1 \u003d (- 5 - (- 1) 2 + (5 - 2) 2 \u003d 25 \u003d 5

Второто решение.

За да се реши по друг начин, е необходимо да се получи нормалното уравнение на права линия. Изчисляваме стойността на нормализиращия коефициент и умножаваме двете страни на уравнението 4 x - 3 y + 35 = 0 . От тук получаваме, че нормализиращият коефициент е - 1 4 2 + (- 3) 2 = - 1 5 , а нормалното уравнение ще бъде във формата - 1 5 4 x - 3 y + 35 = - 1 5 0 ⇔ - 4 5 x + 3 5 y - 7 = 0 .

Според алгоритъма за изчисление е необходимо да се получи нормалното уравнение на права линия и да се изчисли със стойностите x = - 1, y = 2. Тогава разбираме това

4 5 - 1 + 3 5 2 - 7 = - 5

От тук получаваме, че разстоянието от точката M 1 (- 1 , 2) до дадената права линия 4 x - 3 y + 35 = 0 има стойност - 5 = 5 .

Отговор: 5 .

Вижда се, че в този методважно е да се използва нормалното уравнение на права линия, тъй като този метод е най-краткият. Но първият метод е удобен с това, че е последователен и логичен, въпреки че има повече изчислителни точки.

Пример 2

В равнината има правоъгълна координатна система O x y с точка M 1 (8, 0) и права линия y = 1 2 x + 1. Намерете разстоянието от дадена точка до права линия.

Решение

Решението по първия начин предполага намаляване дадено уравнениес наклон към уравнението общ изглед. За да опростите, можете да го направите по различен начин.

Ако произведението на наклоните на перпендикулярните линии има стойност - 1, тогава наклонправата, перпендикулярна на даденото y = 1 2 x + 1, има стойност 2 . Сега получаваме уравнението на права линия, минаваща през точка с координати M 1 (8, 0) . Имаме, че y - 0 = - 2 (x - 8) ⇔ y = - 2 x + 16 .

Пристъпваме към намиране на координатите на точката H 1, т.е. пресечните точки y \u003d - 2 x + 16 и y \u003d 1 2 x + 1. Съставяме система от уравнения и получаваме:

y = 1 2 x + 1 y = - 2 x + 16 ⇔ y = 1 2 x + 1 1 2 x + 1 = - 2 x + 16 ⇔ y = 1 2 x + 1 x = 6 ⇔ ⇔ y = 1 2 6 + 1 x \u003d 6 \u003d y \u003d 4 x \u003d 6 ⇒ H 1 (6, 4)

От това следва, че разстоянието от точката с координати M 1 (8 , 0) до правата y = 1 2 x + 1 е равно на разстоянието от началната точка и крайната точка с координати M 1 (8 , 0) и H 1 (6 , 4) . Нека изчислим и получаваме, че M 1 H 1 = 6 - 8 2 + (4 - 0) 2 20 = 2 5 .

Решението по втория начин е да преминем от уравнението с коефициент към нормалната му форма. Тоест, получаваме y \u003d 1 2 x + 1 ⇔ 1 2 x - y + 1 \u003d 0, тогава стойността на нормализиращия коефициент ще бъде - 1 1 2 2 + (- 1) 2 \u003d - 2 5 . От това следва, че нормалното уравнение на права линия приема формата - 2 5 1 2 x - y + 1 = - 2 5 0 ⇔ - 1 5 x + 2 5 y - 2 5 = 0 . Нека изчислим от точката M 1 8 , 0 до права линия от вида - 1 5 x + 2 5 y - 2 5 = 0 . Получаваме:

M 1 H 1 \u003d - 1 5 8 + 2 5 0 - 2 5 \u003d - 10 5 \u003d 2 5

Отговор: 2 5 .

Пример 3

Необходимо е да се изчисли разстоянието от точката с координати M 1 (- 2 , 4) до правите линии 2 x - 3 = 0 и y + 1 = 0 .

Решение

Получаваме уравнението на нормалната форма на правата линия 2 x - 3 = 0:

2 x - 3 = 0 ⇔ 1 2 2 x - 3 = 1 2 0 ⇔ x - 3 2 = 0

След това пристъпваме към изчисляване на разстоянието от точката M 1 - 2, 4 до правата x - 3 2 = 0. Получаваме:

M 1 H 1 = - 2 - 3 2 = 3 1 2

Уравнението на правата линия y + 1 = 0 има нормализиращ фактор със стойност -1. Това означава, че уравнението ще приеме формата - y - 1 = 0 . Пристъпваме към изчисляване на разстоянието от точката M 1 (- 2 , 4) до правата линия - y - 1 = 0 . Получаваме, че е равно на - 4 - 1 = 5.

Отговор: 3 1 2 и 5 .

Нека разгледаме по-отблизо намирането на разстоянието от дадена точка на равнината до координатни оси O x и O y.

В правоъгълна координатна система оста O y има уравнение на права линия, което е непълно и има формата x \u003d 0 и O x - y \u003d 0. Уравненията са нормални за координатните оси, тогава е необходимо да се намери разстоянието от точката с координати M 1 x 1, y 1 до правите линии. Това се прави въз основа на формулите M 1 H 1 = x 1 и M 1 H 1 = y 1 . Разгледайте фигурата по-долу.

Пример 4

Намерете разстоянието от точката M 1 (6, - 7) до координатните линии, разположени в равнината O x y.

Решение

Тъй като уравнението y \u003d 0 се отнася до линията O x, можете да намерите разстоянието от M 1 с дадени координати до тази линия, като използвате формулата. Получаваме, че 6 = 6 .

Тъй като уравнението x \u003d 0 се отнася до линията O y, можете да намерите разстоянието от M 1 до тази линия с помощта на формулата. Тогава получаваме, че - 7 = 7 .

Отговор:разстоянието от M 1 до O x има стойност 6, а от M 1 до O y има стойност 7.

Когато в триизмерно пространствоимаме точка с координати M 1 (x 1, y 1, z 1), трябва да намерите разстоянието от точка A до линия a.

Помислете за два начина, които ви позволяват да изчислите разстоянието от точка до права линия a, разположена в пространството. Първият случай разглежда разстоянието от точката M 1 до правата, където точката на правата се нарича H 1 и е основата на перпендикуляра, прекаран от точката M 1 към правата a. Вторият случай предполага, че точките на тази равнина трябва да се търсят като височина на успоредника.

Първи начин

От дефиницията имаме, че разстоянието от точката M 1, разположена на правата линия a, е дължината на перпендикуляра M 1 H 1, тогава получаваме това с намерените координати на точката H 1, след което намираме разстоянието между M 1 (x 1, y 1, z 1 ) и H 1 (x 1, y 1, z 1) въз основа на формулата M 1 H 1 = x 2 - x 1 2 + y 2 - y 1 2 + z 2 - z 1 2 .

Получаваме, че цялото решение отива в намирането на координатите на основата на перпендикуляра, прекаран от M 1 към правата a. Това се прави по следния начин: H 1 е точката, в която правата a се пресича с равнината, която минава през дадената точка.

Това означава, че алгоритъмът за определяне на разстоянието от точката M 1 (x 1, y 1, z 1) до правата линия a на пространството предполага няколко точки:

Определение 5

съставяне на уравнението на равнината χ като уравнение на равнината, минаваща през дадена точка, перпендикулярна на правата;
определяне на координатите (x2, y2, z2), принадлежащи на точката H1, която е пресечната точка на правата a и равнината χ;
изчисляване на разстоянието от точка до права по формулата M 1 H 1 = x 2 - x 1 2 + y 2 - y 1 2 + z 2 - z 1 2 .

Втори начин

От условието имаме права линия a, тогава можем да определим насочващия вектор a → = a x, a y, a z с координати x 3, y 3, z 3 и определена точка M 3, принадлежащ на правата a. Като се имат предвид координатите на точките M 1 (x 1 , y 1) и M 3 x 3 , y 3 , z 3 , M 3 M 1 → може да се изчисли:

M 3 M 1 → = (x 1 - x 3, y 1 - y 3, z 1 - z 3)

Необходимо е да отложите векторите a → \u003d a x, a y, a z и M 3 M 1 → \u003d x 1 - x 3, y 1 - y 3, z 1 - z 3 от точката M 3, свържете и вземете фигура успоредник. M 1 H 1 е височината на успоредника.

Разгледайте фигурата по-долу.

Имаме, че височината M 1 H 1 е желаното разстояние, тогава трябва да го намерите с помощта на формулата. Тоест, ние търсим M 1 H 1 .

Обозначете площта на успоредника с буквата S, намира се по формулата с помощта на вектора a → = (a x , a y , a z) и M 3 M 1 → = x 1 - x 3 . y 1 - y 3, z 1 - z 3. Формулата за площ има формата S = a → × M 3 M 1 → . Също така, площта на фигурата е равна на произведението на дължините на нейните страни и височината, получаваме, че S \u003d a → M 1 H 1 с a → \u003d a x 2 + a y 2 + a z 2, което е дължината на вектора a → \u003d (a x, a y, a z) , като равна странауспоредник. Следователно M 1 H 1 е разстоянието от точката до правата. Намира се по формулата M 1 H 1 = a → × M 3 M 1 → a → .

За да намерите разстоянието от точка с координати M 1 (x 1, y 1, z 1) до права линия a в пространството, трябва да изпълните няколко точки от алгоритъма:

Определение 6

определяне на насочващия вектор на правата a - a → = (a x , a y , a z) ;
изчисляване на дължината на насочващия вектор a → = a x 2 + a y 2 + a z 2 ;
получаване на координатите x 3 , y 3 , z 3, принадлежащи на точката M 3, разположена на правата a;
изчисляване на координатите на вектора M 3 M 1 → ;
намиране на кръстосаното произведение на вектори a → (a x, a y, a z) и M 3 M 1 → = x 1 - x 3, y 1 - y 3, z 1 - z 3 като a → × M 3 M 1 → = i → j → k → a x a y a z x 1 - x 3 y 1 - y 3 z 1 - z 3, за да се получи дължината по формулата a → × M 3 M 1 → ;
изчисляване на разстоянието от точка до права M 1 H 1 = a → × M 3 M 1 → a → .

Решаване на задачи за намиране на разстоянието от дадена точка до дадена права линия в пространството

Пример 5

Намерете разстоянието от точката с координати M 1 2 , - 4 , - 1 до правата x + 1 2 = y - 1 = z + 5 5 .

Решение

Първият метод започва с написването на уравнението на равнината χ, минаваща през M 1 и перпендикулярна на дадена точка. Получаваме израз като:

2 (x - 2) - 1 (y - (- 4)) + 5 (z - (- 1)) = 0 ⇔ 2 x - y + 5 z - 3 = 0

Необходимо е да се намерят координатите на точката H 1, която е точката на пресичане с равнината χ на правата, дадена от условието. Необходимо е да се премине от каноничната форма към пресичащата се. Тогава получаваме система от уравнения от вида:

x + 1 2 = y - 1 = z + 5 5 ⇔ - 1 (x + 1) = 2 y 5 (x + 1) = 2 (z + 5) 5 y = - 1 (z + 5) ⇔ x + 2 y + 1 = 0 5 x - 2 z - 5 = 0 5 y + z + 5 = 0 ⇔ x + 2 y + 1 = 0 5 x - 2 z - 5 = 0

Необходимо е да се изчисли системата x + 2 y + 1 = 0 5 x - 2 z - 5 = 0 2 x - y + 5 z - 3 = 0 ⇔ x + 2 y = - 1 5 x - 2 z = 5 2 x - y + 5 z = 3 по метода на Крамър, тогава получаваме, че:

∆ = 1 2 0 5 0 - 2 2 - 1 5 = - 60 ∆ x = - 1 2 0 5 0 - 2 3 - 1 5 = - 60 ⇔ x = ∆ x ∆ = - 60 - 60 = 1 ∆ y = 1 - 1 0 5 5 2 2 3 5 = 60 ⇒ y = ∆ y ∆ = 60 - 60 = - 1 ∆ z = 1 2 - 1 5 0 5 2 - 1 3 = 0 ⇒ z = ∆ z ∆ = 0 - 60 = 0

Следователно имаме, че H 1 (1, - 1, 0) .

M 1 H 1 \u003d 1 - 2 2 + - 1 - - 4 2 + 0 - - 1 2 \u003d 11

Вторият начин е да започнете с търсене на координати в канонично уравнение. За да направите това, обърнете внимание на знаменателите на фракцията. Тогава a → = 2 , - 1 , 5 е векторът на посоката на правата x + 1 2 = y - 1 = z + 5 5 . Необходимо е да се изчисли дължината по формулата a → = 2 2 + (- 1) 2 + 5 2 = 30.

Ясно е, че правата x + 1 2 = y - 1 = z + 5 5 пресича точката M 3 (- 1 , 0 , - 5), следователно имаме, че векторът с начало M 3 (- 1 , 0 , - 5) и неговият край в точката M 1 2 , - 4 , - 1 е M 3 M 1 → = 3 , - 4 , 4 . Намерете векторното произведение a → = (2, - 1, 5) и M 3 M 1 → = (3, - 4, 4) .

Получаваме израз във формата a → × M 3 M 1 → = i → j → k → 2 - 1 5 3 - 4 4 = - 4 i → + 15 j → - 8 k → + 20 i → - 8 j → = 16 i → + 7 j → - 5 k →

получаваме, че дължината на напречното произведение е a → × M 3 M 1 → = 16 2 + 7 2 + - 5 2 = 330 .

Имаме всички данни, за да използваме формулата за изчисляване на разстоянието от точка за права линия, така че я прилагаме и получаваме:

M 1 H 1 = a → × M 3 M 1 → a → = 330 30 = 11

Отговор: 11 .

Ако забележите грешка в текста, моля, маркирайте я и натиснете Ctrl+Enter

Разстоянието от точка до права е дължината на перпендикуляра от точката до правата. AT дескриптивна геометриято е определено графичноспоред алгоритъма по-долу.

Алгоритъм

Правата линия се прехвърля в позиция, в която ще бъде успоредна на всяка проекционна равнина. За да направите това, приложете методите за трансформация на ортогонални проекции.
Начертайте перпендикуляр от точка към права. В основата тази конструкцияе теорема за проекцията под прав ъгъл.
Дължината на перпендикуляра се определя чрез преобразуване на неговите проекции или чрез използване на метода на правоъгълния триъгълник.

Следващата фигура е сложен чертеж на точка M и линия b, даден от сегмента CD. Трябва да намерите разстоянието между тях.

Според нашия алгоритъм първото нещо, което трябва да направите, е да преместите линията на позицията успоредна на равнинатапроекции. Важно е да разберете, че след трансформациите действителното разстояние между точката и линията не трябва да се променя. Ето защо тук е удобно да се използва методът за заместване на равнината, който не включва движещи се фигури в пространството.

Резултатите от първия етап от строителството са показани по-долу. Фигурата показва как се въвежда допълнителна фронтална равнина P 4, успоредна на b. AT нова система(P 1 , P 4) точките C"" 1 , D"" 1 , M"" 1 са на същото разстояние от оста X 1 като C"", D"", M"" от оста X.

Изпълнявайки втората част от алгоритъма, от M"" 1 спускаме перпендикуляра M"" 1 N"" 1 към правата b"" 1, тъй като правият ъгъл MND между b и MN се проектира върху равнината P 4 в цял размер. Определяме позицията на точка N" по линията на комуникация и чертаем проекцията M"N" на отсечката MN.

На финален етапнеобходимо е да се определи стойността на сегмента MN чрез неговите проекции M"N" и M"" 1 N"" 1 . За това ние изграждаме правоъгълен триъгълник M"" 1 N"" 1 N 0 , чийто катет N"" 1 N 0 е равен на разликата (Y M 1 – Y N 1) на отстраняването на точки M" и N" от оста X 1. Дължината на хипотенузата M"" 1 N 0 на триъгълника M"" 1 N"" 1 N 0 съответства на желаното разстояние от M до b.

Вторият начин за решаване

Успоредно на CD въвеждаме нова фронтална равнина П 4 . Тя пресича P 1 по оста X 1 и X 1 ∥C"D". В съответствие с метода на замяна на равнини, ние определяме проекциите на точките C "" 1, D"" 1 и M"" 1, както е показано на фигурата.
Перпендикулярно на C"" 1 D"" 1 изграждаме допълнителна хоризонтална равнина P 5, на която правата b се проектира към точката C "2 = b" 2.
Разстоянието между точка M и правата b се определя от дължината на сегмента M "2 C" 2, маркиран в червено.