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v1 · padrão canônico

第23课 — 直线的相对位置

Paralelismo, perpendicularidade, interseção. Ângulo entre retas. Distância ponto-reta.

Used in: 1.º ano do EM (15–16 anos) · Equiv. Math I japonês cap. 3 · Equiv. Klasse 10 alemã (Analytische Geometrie)

rs    mr=ms,rs    mrms=1r \parallel s \iff m_r = m_s, \qquad r \perp s \iff m_r \cdot m_s = -1
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Rigorous notation, full derivation, hypotheses

判别准则与公式

平行与垂直

给定直线 r:y=mrx+nrr: y = m_r x + n_rs:y=msx+nss: y = m_s x + n_s

位置判别准则(斜截式)判别准则(一般式)
不重合的平行mr=msm_r = m_snrnsn_r \neq n_sAr/As=Br/BsCr/CsA_r/A_s = B_r/B_s \neq C_r/C_s
重合mr=msm_r = m_snr=nsn_r = n_sAr/As=Br/Bs=Cr/CsA_r/A_s = B_r/B_s = C_r/C_s
相交mrmsm_r \neq m_sArBsAsBr0A_r B_s - A_s B_r \neq 0
垂直mrms=1m_r \cdot m_s = -1ArAs+BrBs=0A_r A_s + B_r B_s = 0

含垂直直线的情形:x=ax = a 是垂直的,y=by = b 是水平的。两条垂直线之间相互平行;垂直线与水平线相互垂直。

直线之间的夹角

tanθ=mrms1+mrms\tan\theta = \left|\frac{m_r - m_s}{1 + m_r m_s}\right|

(假设没有垂直线。)

点到直线的距离

P0=(x0,y0)P_0 = (x_0, y_0) 与直线 Ax+By+C=0Ax + By + C = 0

d(P0,r)=Ax0+By0+CA2+B2d(P_0, r) = \frac{|A x_0 + B y_0 + C|}{\sqrt{A^2 + B^2}}

平行直线之间的距离

对于 r:Ax+By+C1=0r: Ax + By + C_1 = 0s:Ax+By+C2=0s: Ax + By + C_2 = 0d(r,s)=C1C2A2+B2d(r, s) = \frac{|C_1 - C_2|}{\sqrt{A^2 + B^2}}

中垂线

AABB 等距的点的集合。是过 AB\overline{AB} 中点且与之垂直的直线。

Exercise list

30 exercises · 7 with worked solution (25%)

Application 15Understanding 2Modeling 10Challenge 2Proof 1
  1. Ex. 23.1Application
    验证 y=2x+1y = 2x + 1y=2x5y = 2x - 5 是否平行。(答:是,mm 相同。)
  2. Ex. 23.2Application
    验证 y=3x+2y = 3x + 2y=x/3+4y = -x/3 + 4 是否垂直。(答:是。)
  3. Ex. 23.3Application
    (0,7)(0, 7) 平行于 y=5x2y = 5x - 2 的直线。
  4. Ex. 23.4Application
    (4,1)(4, 1) 垂直于 y=x/2+3y = -x/2 + 3 的直线。
  5. Ex. 23.5Application
    kk 为何值时,直线 y=kx+1y = kx + 1y=4x3y = 4x - 3 平行?(答:k=4k = 4。)
  6. Ex. 23.6ApplicationAnswer key
    kk 为何值时,直线 y=kx+1y = kx + 1y=4x3y = 4x - 3 垂直?(答:k=1/4k = -1/4。)
  7. Ex. 23.7ApplicationAnswer key
    2x+y=52x + y = 5xy=1x - y = 1 的交点。(答:(2,1)(2, 1)。)
  8. Ex. 23.8Application
    (2,3)(2, 3) 到直线 3x+4y12=03x + 4y - 12 = 0 的距离。
  9. Ex. 23.9Application
    y=2x+3y = 2x + 3y=2x5y = 2x - 5 之间的距离。
  10. Ex. 23.10Application
    y=xy = xy=xy = -x 的夹角。(答:90°。)
  11. Ex. 23.11Application
    y=xy = xxx 轴的夹角。(答:45°。)
  12. Ex. 23.12ApplicationAnswer key
    证明正方形 (0,0),(1,0),(1,1),(0,1)(0,0), (1,0), (1,1), (0,1) 的对角线相互垂直。
  13. Ex. 23.13Application
    (2,3)(8,11)\overline{(2,3)(8,11)} 的中垂线——方程?
  14. Ex. 23.14Application
    (0,0)(0, 0) 斜率为 tan60°\tan 60° 的直线。
  15. Ex. 23.15Application
    判断 (1,2),(3,4),(5,6)(1,2), (3,4), (5,6) 是否在同一条直线上。
  16. Ex. 23.16Modeling
    在城市地图上,平行街道的方程为 3x+4y=c3x + 4y = ccc 取多个值。c=0c = 0c=25c = 25 之间的距离?(答:5。)
  17. Ex. 23.17ModelingAnswer key
    两种资费:A 固定 R$ 60,B 固定 R$ 30 + 每分钟 R$ 0.10。多少分钟 xx 时两种资费相等?(答:300分钟。)
  18. Ex. 23.18Modeling
    飞机1的轨迹:y=3x+100y = 3x + 100。飞机2的轨迹:y=2x+500y = -2x + 500。在哪里交叉?(对空中交通管制重要。)
  19. Ex. 23.19Modeling
    中垂线作为决策:在 (0,0)(0, 0)(10,0)(10, 0) 处有2个天线。离第二个更近的点形成什么区域?
  20. Ex. 23.20Modeling
    你在原点。敌人在 (10,0)(10, 0)。射击轨迹:y=mxy = mx。敌人可以沿直线 x+y=10x + y = 10 移动。mm 取何值时他刚好能拦截?
  21. Ex. 23.21ModelingAnswer key
    机器人从 (0,0)(0, 0) 沿方向 (3,4)(3, 4) 直线运动。障碍物在 (8,1)(8, 1),半径2。轨迹是否经过障碍物?
  22. Ex. 23.22ModelingAnswer key
    在 CG 中,多边形被直线 x=5x = 5 裁剪——x<5x < 5 的点保留,x>5x > 5 的点剔除。Sutherland-Hodgman 算法。
  23. Ex. 23.23Modeling
    在 GPS 中,你的位置 (2,3)(2, 3)。道路被建模为 4x3y+6=04x - 3y + 6 = 0。到道路的正交距离?
  24. Ex. 23.24Modeling
    在 ML 中,线性分类器的决策边界:w1x1+w2x2+b=0w_1 x_1 + w_2 x_2 + b = 0。新点到边界的距离表示"置信度"。
  25. Ex. 23.25Modeling
    在经济学中,供给曲线和需求曲线是直线;均衡是交点。对于 S(p)=2p4S(p) = 2p - 4D(p)=162pD(p) = 16 - 2p,均衡?
  26. Ex. 23.26Understanding
    用直线 y=xy = xy=2xy = 2x 验证公式 tanθ=(m1m2)/(1+m1m2)\tan\theta = |(m_1 - m_2)/(1 + m_1 m_2)|
  27. Ex. 23.27Understanding
    通过 tan\tan 公式证明两条 m1m2=1m_1 m_2 = -1 的直线成 90°90° 角。
  28. Ex. 23.28Challenge
    求过 (0,5)(0, 5)y=xy = x45°45° 的直线。
  29. Ex. 23.29Challenge
    从点 (2,0)(2, 0) 到圆 x2+y2=1x^2 + y^2 = 1 的两条切线方程。
  30. Ex. 23.30ProofAnswer key
    证明点到直线距离公式。(使用向量投影——预告第27课。)

参考来源

Updated on 2026-04-30 · Author(s): Clube da Matemática

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