14.3 Równanie ogólne prostej
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Dane jest równanie prostej $k$. Przedstaw to równanie w postaci ogólnej.
a) $\frac{x}{4} = \frac{16 - x}{4}$
b) $y = \frac{-x + 7}{5}$
c) $y + \frac{x - 2}{3} = \frac{x + 1}{4}$
a) $2x - 16 = 0$ lub $x-8=0$
b) $x + 5y - 7 = 0$
c) $x + 12y - 11 = 0$
Wskazówki:
a) Aby pozbyć się ułamków, pomnóż obie strony równania przez wspólny mianownik. Następnie przenieś wszystkie wyrazy na jedną stronę równania, tak aby po drugiej stronie zostało $0$.
b) Aby pozbyć się ułamka, pomnóż obie strony równania przez mianownik. Następnie przenieś wszystkie wyrazy na jedną stronę równania, tak aby po drugiej stronie zostało $0$.
c) Znajdź wspólny mianownik dla wszystkich ułamków w równaniu. Pomnóż całe równanie przez ten wspólny mianownik, aby pozbyć się ułamków. Następnie przenieś wszystkie wyrazy na jedną stronę równania, tak aby po drugiej stronie zostało $0$. Pamiętaj, że postać ogólna równania prostej to $Ax + By + C = 0$.
Rozwiązanie:
a)
Mnożymy obie strony przez $4$:$$4 \cdot \frac{x}{4} = 4 \cdot \frac{16-x}{4}$$$$x = 16 - x$$Przenosimy wyrazy na lewą stronę:$$x + x - 16 = 0$$$$2x - 16 = 0$$b)
Mnożymy obie strony przez $5$:$$5 \cdot y = 5 \cdot \frac{-x+7}{5}$$$$5y = -x + 7$$Przenosimy wszystko na lewą stronę (zaczynając od $x$):$$x + 5y - 7 = 0$$c)
Mnożymy całe równanie przez $12$ (Wspólny mianownik dla $3$ i $4$):$$12 \cdot \left( y + \frac{x-2}{3} \right) = 12 \cdot \frac{x+1}{4}$$$$12y + 4\left( x-2 \right) = 3\left( x+1 \right)$$Wymnażamy nawiasy:$$12y + 4x - 8 = 3x + 3$$Przenosimy wyrazy na lewą stronę i porządkujemy:$$4x - 3x + 12y - 8 - 3 = 0$$$$x + 12y - 11 = 0$$
Zadanie 2 (2 pkt)
Punkty $A$ i $B$ należą do prostej $k$. Wyznacz równanie ogólne prostej $k$.
a) $A\left(1, 5\right)$, $B\left(3, 11\right)$
b) $A\left(0, -4\right)$, $B\left(2, 0\right)$
a) $3x - y + 2 = 0$
b) $2x - y - 4 = 0$
Wskazówki:
Wyznacz współczynnik kierunkowy $a$ korzystając ze wzoru: $a = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A}$.
Wyznacz wyraz wolny $b$ podstawiając jeden z punktów do równania $y = ax + b$.
Przekształć postać kierunkową do postaci ogólnej $Ax + By + C = 0$.
Rozwiązanie:
a)
Obliczamy współczynnik $a$:$$a = \frac{11 - 5}{3 - 1} = \frac{6}{2} = 3$$Podstawiamy $a = 3$ i punkt $A\left( 1, 5 \right)$ do równania $y = ax + b$:$$5 = 3 \cdot 1 + b$$$$5 = 3 + b \implies b = 2$$Postać kierunkowa: $y = 3x + 2$.
Postać ogólna (przenosimy $y$ na drugą stronę):$$3x - y + 2 = 0$$b)
Z punktu $A\left( 0, -4 \right)$ wynika bezpośrednio, że $b = -4$.
Podstawiamy punkt $B\left( 2, 0 \right)$ do równania $y = ax - 4$:$$0 = a \cdot 2 - 4$$$$2a = 4 \implies a = 2$$Postać kierunkowa: $y = 2x - 4$.
Postać ogólna:$$2x - y - 4 = 0$$
Zadanie 3 (2 pkt)
Dane są równania ogólne prostych $k$ i $m$. Czy proste $k$ i $m$ są równoległe? Odpowiedź uzasadnij.
a) $k: 4x - 6y + 12 = 0$, $m: -2x + 3y - 5 = 0$
b) $k: 5x - 15 = 0$, $m: 4y + 12 = 0$
a) Proste $k$ i $m$ są równoległe, ponieważ ich współczynniki kierunkowe są równe $a_k = \frac{2}{3}$ i $a_m = \frac{2}{3}$.
b) Proste $k$ i $m$ nie są równoległe. Prosta $k$ jest prostą pionową ($x = 3$), a prosta $m$ jest prostą poziomą ($y = -3$). Prosta pionowa i pozioma nigdy nie są równoległe.
Wskazówki:
a) Przekształć oba równania ogólne do postaci kierunkowej $y = ax + b$. Proste są równoległe wtedy i tylko wtedy, gdy ich współczynniki kierunkowe $a$ są sobie równe. Możesz też sprawdzić, czy współczynniki przy $x$ i $y$ w obu równaniach są do siebie proporcjonalne.
b) Przyjrzyj się, które zmienne występują w równaniach. Jeśli jedno równanie zawiera tylko $x$, a drugie tylko $y$, zastanów się, jak te proste są położone względem osi układu współrzędnych.
Rozwiązanie:
a)$$k : 4x - 6y + 12 = 0$$$$m : -2x + 3y - 5 = 0$$Dla prostej $k$:$$-6y = -4x - 12$$$$y = \frac{-4}{-6}x + \frac{-12}{-6}$$$$y = \frac{2}{3}x + 2$$$$a_{1} = \frac{2}{3}$$Dla prostej $m$:$$3y = 2x + 5$$$$y = \frac{2}{3}x + \frac{5}{3}$$$$a_{2} = \frac{2}{3}$$Ponieważ $a_{1} = a_{2}$, proste $k$ i $m$ są równoległe.
b)$$k : 5x - 15 = 0$$$$m : 4y + 12 = 0$$Dla prostej $k$:$$5x = 15$$$$x = 3$$Jest to prosta pionowa.
Dla prostej $m$:$$4y = -12$$$$y = -3$$Jest to prosta pozioma.
Prosta pionowa i prosta pozioma są względem siebie prostopadłe, więc proste $k$ i $m$ nie są równoległe.
Zadanie 4 (4 pkt)
Napisz równanie ogólne prostej $m$ równoległej do prostej:
a) $k: 2x - 5y + 7 = 0$ i przechodzącej przez punkt $P\left(2, -3\right)$
b) $k: 3x + 7y = 0$ i przecinającej oś $OY$ w punkcie $P\left(0, -2\right)$
c) $k: 5x + 15 = 0$ i przecinającej oś $OX$ w punkcie $P\left(1, 0\right)$
d) $k: y + 3 = 0$ i przechodzącej przez punkt $P\left(-4, 6\right)$.
a) $2x - 5y - 19 = 0$
b) $3x + 7y + 14 = 0$
c) $x - 1 = 0$
d) $y - 6 = 0$
1. Równanie ogólne prostej ma postać $Ax + By + C = 0$.
2. Dwie proste są równoległe, gdy mają takie same współczynniki przy zmiennych $x$ oraz $y$. Zatem prosta równoległa do prostej $Ax + By + C = 0$ będzie miała postać $Ax + By + D = 0$.
3. Aby wyznaczyć brakujący wyraz wolny $D$, należy podstawić współrzędne punktu $P(x_0, y_0)$, przez który przechodzi prosta, do równania $Ax_0 + By_0 + D = 0$ i rozwiązać je względem $D$.
Rozwiązanie:
Zadanie a)
Dana jest prosta $k: 2x - 5y + 7 = 0$ oraz punkt $P(2, -3)$.
Szukana prosta $m$ jest równoległa do $k$, więc jej równanie zaczyna się tak samo:$$2x - 5y + D = 0$$Podstawiamy współrzędne punktu $P$, czyli $x = 2$ oraz $y = -3$:$$2 \cdot 2 - 5 \cdot (-3) + D = 0$$$$4 + 15 + D = 0$$$$19 + D = 0$$Przenosimy $19$ na drugą stronę zmieniając znak:$$D = -19$$Równanie prostej $m$:$$2x - 5y - 19 = 0$$Zadanie b)
Dana jest prosta $k: 3x + 7y = 0$ oraz punkt $P(0, -2)$.
Równanie prostej $m$:$$3x + 7y + D = 0$$Podstawiamy $x = 0$ oraz $y = -2$:$$3 \cdot 0 + 7 \cdot (-2) + D = 0$$$$0 - 14 + D = 0$$$$-14 + D = 0$$Przenosimy $-14$ na drugą stronę zmieniając znak:$$D = 14$$Równanie prostej $m$:$$3x + 7y + 14 = 0$$Zadanie c)
Dana jest prosta $k: 5x + 15 = 0$ oraz punkt $P(1, 0)$.
Równanie prostej $m$:$$5x + D = 0$$Podstawiamy $x = 1$:$$5 \cdot 1 + D = 0$$$$5 + D = 0$$Przenosimy $5$ na drugą stronę zmieniając znak:$$D = -5$$Równanie prostej $m$:$$5x - 5 = 0$$Dzieląc obie strony przez $5$, otrzymujemy postać uproszczoną:$$x - 1 = 0$$Zadanie d)
Dana jest prosta $k: y + 3 = 0$ oraz punkt $P(-4, 6)$.
Równanie prostej $m$:$$y + D = 0$$Podstawiamy $y = 6$:$$6 + D = 0$$Przenosimy $6$ na drugą stronę zmieniając znak:$$D = -6$$Równanie prostej $m$:$$y - 6 = 0$$
Zadanie 5 (4 pkt)
Dane są równania ogólne prostych $k$ i $m$. Czy proste $k$ i $m$ są prostopadłe? Odpowiedź uzasadnij.
a) $k: 3x + 4y - 1 = 0$
$m: -8x + 6y + 5 = 0$
b) $k: 2x - 9 = 0$
$m: 7y + 4 = 0$
c) $k: 6x - 10y + 12 = 0$
$m: 5x - 3y + 1 = 0$
d) $k: -\frac{1}{2}x - \frac{2}{5}y + 3 = 0$
$m: 4x - 5y - 1 = 0$
a) Proste $k$ i $m$ są prostopadłe.
b) Proste $k$ i $m$ są prostopadłe.
c) Proste $k$ i $m$ nie są prostopadłe.
d) Proste $k$ i $m$ są prostopadłe.
WSKAZÓWKI
Równanie ogólne prostej ma postać $Ax + By + C = 0$.
Dwie proste o równaniach $k: A_1x + B_1y + C_1 = 0$ oraz $m: A_2x + B_2y + C_2 = 0$ są prostopadłe wtedy i tylko wtedy, gdy spełniony jest warunek:$$A_1 \cdot A_2 + B_1 \cdot B_2 = 0$$Jeśli wolisz postać kierunkową $y = ax + b$, to proste są prostopadłe, gdy iloczyn ich współczynników kierunkowych jest równy $-1$:$$a_1 \cdot a_2 = -1$$ROZWIĄZANIE
a)
$k: 3x + 4y - 1 = 0$
$m: -8x + 6y + 5 = 0$
Wypisujemy współczynniki prostej $k$:
$A_1 = 3$
$B_1 = 4$
Wypisujemy współczynniki prostej $m$:
$A_2 = -8$
$B_2 = 6$
Podstawiamy do warunku prostopadłości:$$3 \cdot (-8) + 4 \cdot 6 = -24 + 24 = 0$$Suma wynosi $0$, zatem proste $k$ i $m$ są prostopadłe.
b)
$k: 2x - 9 = 0$
$m: 7y + 4 = 0$
W prostej $k$ brakuje składnika z $y$, zatem współczynnik $B_1$ wynosi $0$:
$A_1 = 2$
$B_1 = 0$
W prostej $m$ brakuje składnika z $x$, zatem współczynnik $A_2$ wynosi $0$:
$A_2 = 0$
$B_2 = 7$
Podstawiamy do warunku:$$2 \cdot 0 + 0 \cdot 7 = 0 + 0 = 0$$Suma wynosi $0$, zatem proste $k$ i $m$ są prostopadłe.
c)
$k: 6x - 10y + 12 = 0$
$m: 5x - 3y + 1 = 0$
Wypisujemy współczynniki:
$A_1 = 6$
$B_1 = -10$
$A_2 = 5$
$B_2 = -3$
Podstawiamy do warunku:$$6 \cdot 5 + (-10) \cdot (-3) = 30 + 30 = 60$$Ponieważ $60 \neq 0$, proste $k$ i $m$ nie są prostopadłe.
d)
$k: -\frac{1}{2}x - \frac{2}{5}y + 3 = 0$
$m: 4x - 5y - 1 = 0$
Wypisujemy współczynniki:
$A_1 = -\frac{1}{2}$
$B_1 = -\frac{2}{5}$
$A_2 = 4$
$B_2 = -5$
Podstawiamy do warunku:$$(-\frac{1}{2}) \cdot 4 + (-\frac{2}{5}) \cdot (-5)$$Obliczamy pierwszy iloczyn:$$(-\frac{1}{2}) \cdot 4 = -\frac{4}{2} = -2$$Obliczamy drugi iloczyn (minus razy minus daje plus):$$(-\frac{2}{5}) \cdot (-5) = \frac{10}{5} = 2$$Sumujemy wyniki:$$-2 + 2 = 0$$Suma wynosi $0$, zatem proste $k$ i $m$ są prostopadłe.
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Dane jest równanie prostej $k$. Przedstaw to równanie w postaci ogólnej.
a) $\frac{x}{5} = \frac{20 - x}{5}$
b) $y = \frac{-x + 9}{6}$
c) $y + \frac{x - 3}{4} = \frac{x + 5}{2}$
a) $2x - 20 = 0$ lub $x-10=0$
b) $x + 6y - 9 = 0$
c) $-x + 4y - 13 = 0$ (lub $x - 4y + 13 = 0$)
Zadanie 2 (2 pkt)
Punkty $A$ i $B$ należą do prostej $k$. Wyznacz równanie ogólne prostej $k$.
a) $A\left(-5, 1\right)$, $B\left(1, -7\right)$
b) $A\left(1, 7\right)$, $B\left(\sqrt{3}, 7 - 2\sqrt{3}\right)$
a) $4x + 3y + 17 = 0$
b) $\left(3 + \sqrt{3}\right)x + y - \left(10 + \sqrt{3}\right) = 0$
Zadanie 3 (2 pkt)
Dane są równania ogólne prostych $k$ i $m$. Czy proste $k$ i $m$ są równoległe? Odpowiedź uzasadnij.
a) $k: 6x - 9y + 18 = 0$, $m: -4x + 6y - 7 = 0$
b) $k: 7x + 14 = 0$, $m: 5y - 20 = 0$
a) Proste $k$ i $m$ są równoległe, ponieważ ich współczynniki kierunkowe są równe $a_k = \frac{2}{3}$ i $a_m = \frac{2}{3}$.
b) Proste $k$ i $m$ nie są równoległe. Prosta $k$ jest prostą pionową ($x = -2$), a prosta $m$ jest prostą poziomą ($y = 4$). Prosta pionowa i pozioma nigdy nie są równoległe.
Zadanie 4 (4 pkt)
Napisz równanie ogólne prostej $m$ równoległej do prostej:
a) $k: 4x + 3y - 1 = 0$ i przechodzącej przez punkt $P\left(-2, 5\right)$
b) $k: 6x - 5y = 0$ i przecinającej oś $OY$ w punkcie $P\left(0, 4\right)$
c) $k: 7x - 21 = 0$ i przecinającej oś $OX$ w punkcie $P\left(3, 0\right)$
d) $k: y - 10 = 0$ i przechodzącej przez punkt $P\left(1, -8\right)$.
a) $4x + 3y - 7 = 0$
b) $6x - 5y + 20 = 0$
c) $x - 3 = 0$
d) $y + 8 = 0$
Zadanie 5 (4 pkt)
Dane są równania ogólne prostych $k$ i $m$. Czy proste $k$ i $m$ są prostopadłe? Odpowiedź uzasadnij.
a) $k: 2x + 7y + 4 = 0$
$m: -14x + 4y - 3 = 0$
b) $k: -3x + 1 = 0$
$m: -5y - 8 = 0$
c) $k: 9x + 6y - 18 = 0$
$m: 2x + 3y + 5 = 0$
d) $k: \frac{1}{3}x - \frac{1}{4}y + 2 = 0$
$m: 3x + 4y - 7 = 0$
a) Proste $k$ i $m$ są prostopadłe.
b) Proste $k$ i $m$ są prostopadłe.
c) Proste $k$ i $m$ nie są prostopadłe.
d) Proste $k$ i $m$ są prostopadłe.
