直线的方程
直线的方程把“经过哪些点”写成坐标条件。给定一个点和一个方向,或给定两个不同的点,就能确定平面上的唯一一条直线;不同形式适合不同数据,但表示的点集应当相同。
点斜式从固定变化率推出
已知直线经过 ,斜率 。任取线上的点 ,从 到 的纵向增量应是横向增量的 倍: 最后一个式子也容许 的已知点,不必先把 写出来再冒除以零的风险。一般点斜式为 ,适用于斜率存在时。
两点式与竖直线
若两已知点 满足 ,把斜率 代入点斜式,可写成 这种交叉相乘形式连水平线也能表示。若 且两点不同,直线为 ;此时不能使用斜率或把原式中的 放在分母。若两点完全相同,信息不足以确定唯一的直线。
一般式把竖直与水平统一起来
一般式 要求 。向量 垂直于直线, 沿直线;因为 。例如 的法向量为 ,方向向量可取 ,斜率于是 。当 时它是竖直线,当 时它是水平线。
截距式的适用范围
若直线分别在两坐标轴的非零位置 、 相交,代入两点式后可整理成截距式 。它直接显示两段有符号的截距,却不能表示经过原点的直线,也不能在截距为零时使用。上例 的横截距为 、纵截距为 ,所以也可写 。把式子乘以 8,便回到 。截距在轴的负半边时是负数,不等于一段负的几何长度。
两条一般式直线 的方向平行,当且仅当 ;方向垂直,当且仅当 。平行判定还包括重合情形,需比较常数项才可分开。例如 与 法向量成比例,但不重合。
复算。过 与 的直线有 、,斜率 。点斜式 化为 ;代入两端点,左边都为零。
参考资料
- OpenStax,College Algebra 2e,§4.1:直线斜率与方程形式。
- 先修:直线的倾斜角与斜率;后续:直线的交点与距离、圆的方程。