Класс 10 → Координатная геометрия ↓
Введение в декартову систему в координатной геометрии
Декартова система — это фундаментальная концепция в координатной геометрии, раздела математики, который занимается определением и представлением геометрических фигур в числовом формате. Названная в честь французского математика Рене Декарта, декартова система — это координатная система, устанавливающая набор правил для указания точного местоположения точек на плоскости с использованием упорядоченной пары чисел. Она образует основу аналитической геометрии и важна для связи алгебры и геометрии.
Основы декартовой системы
Декартова координатная система создается с использованием двух перпендикулярных числовых осей: оси x (горизонтальная) и оси y (вертикальная). Эти оси пересекаются в точке, называемой началом координат, представляемом как (0, 0)
.
Понимание координат
В декартовой координатной системе каждая точка на плоскости представляется упорядоченной парой (x, y)
, где:
x
— это горизонтальное расстояние по оси x от начала координат.y
— это вертикальное расстояние по оси y от начала координат.
Эти координаты могут быть положительными или отрицательными в зависимости от квадранта, в котором расположена точка.
Квадранты декартовой плоскости
Декартова плоскость разделена на четыре области, называемые квадрантами, и нумеруется против часовой стрелки, начиная с положительной стороны оси x:
- Квадрант I: И
x
, иy
положительные. - Квадрант II:
x
отрицательный,y
положительный. - Квадрант III: И
x
, иy
отрицательные. - Четвертый квадрант:
x
положительный,y
отрицательный.
Обратите внимание, как знак x
и y
меняется в каждом квадранте. Эта информация важна для интерпретации местоположения точек на декартовой плоскости.
Рисуем точки на декартовой плоскости
Построение точки на декартовой плоскости означает ее рисование в указанном месте, заданном координатами. Это включает в себя использование значений x
и y
для определения точного местоположения точки.
Пример: построение точек
Пример: Постройте следующие точки на декартовой плоскости: (4, 3)
, (-2, 5)
, (-3, -4)
и (5, -6)
.
Координаты определяют положение каждой точки следующим образом:
(4, 3)
находится на 4 единицы вправо от начала координат на оси x и на 3 единицы вверх на оси y, что помещает его в квадрант I.(-2, 5)
находится на 2 единицы влево и 5 единиц вверх от начала координат, что помещает его в квадрант II.(-3, -4)
находится на 3 единицы вверх и 4 единиц вниз, что помещает его в квадрант III.(5, -6)
находится на 5 единиц вправо и 6 единиц вниз, что помещает его в четвертый квадрант.
Уравнения в декартовой системе
Уравнения могут представлять геометрические фигуры на декартовой плоскости. Самая простая форма — это уравнение прямой, обычно заданное в форме наклон-перехват y = mx + c
, где m
— это наклон, а c
— это перехват по оси y.
Пример: уравнение прямой
Пример: Рассмотрим уравнение прямой y = 2x + 1
.
Для построения этого графика выберите несколько значений для x
и рассчитайте соответствующее значение y
:
x | y ------ 0 | 1 (y = 2*0 + 1) 1 | 3 (y = 2*1 + 1) 2 | 5 (y = 2*2 + 1)
Обратите внимание, как прямая проходит через точки (0, 1)
, (1, 3)
и (2, 5)
, подтверждая свое уравнение y = 2x + 1
.
Формула расстояния
Формула расстояния используется для расчета расстояния между двумя точками на декартовой плоскости. Учитывая две точки (x1, y1)
и (x2, y2)
, расстояние d
между ними рассчитывается следующим образом:
d = √((x2 - x1) 2 + (y2 - y1) 2)
Пример: расчет расстояния
Пример: Рассчитайте расстояние между (2, 3)
и (5, 7)
.
Подставляем значения в формулу расстояния:
d = √((5 - 2) 2 + (7 - 3) 2) d = √(3 2 + 4 2) d = √(9 + 16) d = √25 d = 5
Таким образом, расстояние между (2, 3)
и (5, 7)
составляет 5 единиц.
Формула середины
Формула середины используется для нахождения середины отрезка на декартовой плоскости. Середина отрезка M
, соединяющего две точки (x1, y1)
и (x2, y2)
, задается следующим образом:
M = ((x1 + x2)/2, (y1 + y2)/2)
Пример: нахождение середины
Пример: Найдите середину отрезка, соединяющего (3, 4)
и (7, 8)
.
Использование формулы середины:
M = ((3 + 7)/2, (4 + 8)/2) M = (10/2, 12/2) M = (5, 6)
Таким образом, середина отрезка составляет (5, 6)
.
Наклон линии
Наклон линии измеряет ее крутизну и направление. Он рассчитывается как отношение изменения y
к изменению x
между двумя точками на линии. С учетом точек (x1, y1)
и (x2, y2)
, наклон m
определяется следующим образом:
m = (y2 - y1) / (x2 - x1)
Пример: расчет наклона
Пример: Определите наклон линии, проходящей через (1, 2)
и (4, 6)
.
Применение формулы наклона:
m = (6 - 2) / (4 - 1) m = 4 / 3
Наклон линии составляет 4/3
.
Заключение
Декартова система — это важная структура в координатной геометрии, которая позволяет нам находить точки, строить фигуры и понимать геометрические отношения алгебраически. Исследуя координаты, рассчитывая расстояния, находя середины и определяя наклоны, декартова система образует основу аналитической геометрии и разнообразных приложений в науке и технике. Понимание этой системы помогает решать сложные задачи и является фундаментом для перехода к более продвинутым математическим концепциям.