Уравнение линии

Любое математическое выражение, содержащее переменные x и y (например, y + 2x + x - 2 = 0), называется уравнением. Подставляя в него различные значения x, можно найти соответствующие значения y, получая пары чисел (x, y). Каждая такая пара задаёт точку в системе координат.

  • Множество всех точек, координаты которых удовлетворяют уравнению, образует на плоскости сплошную линию.
  • Разным уравнениям соответствуют разные наборы точек, а значит, и разные линии.

Таким образом, уравнение вида f(x, y) = 0 является правилом, определяющим расположение точек.

Определение уравнения линии

Уравнение f(x, y) = 0 называется уравнением линии L, если:

  • Координаты любой точки, лежащей на L, удовлетворяют этому уравнению.
  • Координаты всякой точки, не лежащей на L, не удовлетворяют уравнению.

Пример: задача о движении котёнка по лестнице

Лестница длиной L скользит концами по стене и полу. Требуется найти траекторию движения котёнка, сидящего на её середине.

  • В произвольный момент движения котёнок находится в точке C с текущими координатами (x, y).
  • В прямоугольном треугольнике, образованном лестницей, отрезок от точки C до стены (db) равен x, а до пола (cd) равен y.
  • По теореме Пифагора для треугольника cdb, где CB = L/2, получаем уравнение: x² + y² = (L/2)².

Полученному уравнению будут удовлетворять координаты любой точки, в которой будет находиться котёнок.

Это уравнение является уравнением окружности с центром в точке O (угол между стеной и полом) и радиусом L/2. Следовательно, траектория движения котёнка — часть этой окружности, расположенная в первом квадранте.

Итоги и значение

Установлено взаимно однозначное соответствие не только между точкой и парой чисел, но и между множеством точек линии и уравнением.

  • Это позволяет использовать алгебраические методы для решения геометрических задач.
  • Например, для нахождения точек пересечения двух линий достаточно решить систему, составленную из их уравнений.