Класс 9 → Координатная геометрия ↓
Формула отрезка
Формула отрезка в координатной геометрии — это метод, используемый для нахождения координат точки, которая делит отрезок на две части в заданном отношении. Это полезный инструмент в математике для решения задач, связанных с делением отрезка определенным образом. Давайте рассмотрим эту концепцию подробно с подробными примерами и математическими выводами.
Понимание отрезков
Отрезок — это часть прямой, которая имеет две конечные точки. Представьте прямую линию, проведенную между этими конечными точками. Если вы хотите найти конкретную точку на этой линии, которая делит ее в отношении 2:3, как бы вы это сделали? Это как раз тот случай, когда используется формула отрезка.
Типы делений
Формула отрезка может быть использована для двух типов делений:
- Внутренние деления
- Внешние деления
Внутренние деления
Внутреннее деление означает, что точка, делящая отрезок, находится между двумя конечными точками.
Нахождение точки раздела внутренне
Предположим, у вас есть отрезок, определяемый двумя точками, точка A(x 1, y 1) и точка B(x 2, y 2). Если точка P делит отрезок AB внутренне в отношении m:n, то координаты точки P можно рассчитать с помощью следующей формулы отрезка:
P(x, y) = ( (mx2 + nx1) / (m + n), (my2 + ny1) / (m + n) )
В приведенной выше формуле:
- x = (mx 2 + nx 1) / (m + n)
- y = (m y 2 + ny 1) / (m + n)
Пример внутреннего деления
Давайте рассмотрим пример, чтобы лучше понять эту концепцию.
Пример 1:
Предположим, у вас есть отрезок с конечными точками A(2, 3) и B(8, 5). Найдите точку, которая делит отрезок внутренне в отношении 3:2.
Используя формулу отрезка:
P(x, y) = ( (3 * 8 + 2 * 2) / (3 + 2), (3 * 5 + 2 * 3) / (3 + 2) ) = ( (24 + 4) / 5, (15 + 6) / 5 ) = (28/5, 21/5)
Таким образом, координаты точки, делящей отрезок в отношении 3:2, равны (28/5, 21/5).
Визуальный пример
Внешние деления
Внешнее деление означает, что точка, делящая отрезок, не лежит между двумя конечными точками, а выходит за пределы отрезка.
Обнаружение точек раздела внешне
Когда точка P делит отрезок AB внешне в отношении m:n, вы используете формулу отрезка немного иначе:
P(x, y) = ( (mx2 - nx1) / (m - n), (my2 - ny1) / (m - n) )
В приведенной выше формуле:
- x = ( mx2 - nx1 ) / (m - n)
- y = (m y 2 - ny 1) / (m - n)
Пример внешнего деления
Давайте рассмотрим пример, чтобы увидеть, как это работает.
Пример 2:
Рассмотрим отрезок с конечными точками A(1, 2) и B(5, 6). Найдите точку, которая делит отрезок внешне в отношении 1:2.
Применяя формулу отрезка к внешнему делению:
P(x, y) = ( (1 * 5 - 2 * 1) / (1 - 2), (1 * 6 - 2 * 2) / (1 - 2) ) = ( (5 - 2) / -1, (6 - 4) / -1 ) = (3/-1, 2/-1) = (-3, -2)
Таким образом, координаты точки, делящей отрезок внешне в отношении 1:2, равны (-3, -2).
Визуальный пример
Особые случаи
Формула отрезка не ограничивается только нахождением некоторых произвольных точек, которые делят отрезок. Существуют особые случаи, когда ее можно применить к определенным геометрическим отношениям, таким как нахождение средних точек или центроидов.
Середина
Средняя точка делит отрезок на две равные части. Среднюю точку можно найти, установив m:n в отношение 1:1. Это упрощает формулу до очень простой формы:
Средняя точка M(x, y) = ( (x1 + x2) / 2, (y1 + y2) / 2 )
Пример:
Чтобы найти среднюю точку отрезка с конечными точками A(4, 8) и B(10, 6).
Средняя точка M(x, y) = ( (4 + 10) / 2, (8 + 6) / 2 ) = (14/2, 14/2) = (7, 7)
Средняя точка отрезка равна (7, 7).
Практические задачи
Теперь решите эти практические задачи, чтобы закрепить ваше понимание формулы отрезка:
- Найдите точку, которая делит внутренне отрезок, соединяющий точки A(-3, 4) и B(5, -2), в отношении 2:3.
- Определите точку, которая делит отрезок между координатами A(0, 2) и B(10, -4) пополам.
- Найдите точку внешнего деления для отрезка, чьи конечные точки A(2, 3) и B(6, 7) находятся в отношении 5:3.
- Вычислите точку, которая делит отрезок, соединяющий A(-7, -4) и B(3, 9) внутренне в отношении 4:7 и внешне в отношении 3:2.
Заключение
Формула отрезка — это фундаментальный инструмент в координатной геометрии, который помогает найти точную точку на линии, делящей ее в заданных отношениях. Независимо от того, внутренне или внешне, формула предоставляет структурированный подход к решению геометрических задач, связанных с отрезками. Практикуясь и применяя ее в различных сценариях, вы можете повысить свои понимание и навыки решения задач в геометрии.