Найти точку пересечения двух прямых. Координаты точки пересечения графиков функций

Урок из серии «Геометрические алгоритмы»

Здравствуйте, дорогой читатель!

Продолжим знакомиться с геометрическими алгоритмами. На прошлом уроке мы нашли уравнение прямой линии по координатам двух точек. У нас получилось уравнение вида:

Сегодня мы напишем функцию, которая по уравнениям двух прямых линий будет находить координаты их точки пересечения (если такая имеется). Для проверки равенства вещественных чисел, будем использовать специальную функцию RealEq().

Точки на плоскости описываются парой вещественных чисел. При использовании вещественного типа операции сравнения лучше оформить специальными функциями.

Причина известна: на типе Real в системе программирования Паскаль нет отношения порядка, поэтому записи вида a = b, где a и b вещественные числа, лучше не использовать.
Сегодня мы введем в употребление функцию RealEq() для реализации операции “=” (строго равно) :

Function RealEq(Const a, b:Real):Boolean; {строго равно} begin RealEq:=Abs(a-b)<=_Eps End; {RealEq}

Задача. Заданы уравнения двух прямых: и . Найти точку их пересечения.

Решение. Очевидное решение состоит в том, чтобы решить систему уравнений прямых: Давайте перепишем эту системе несколько иначе:
(1)

Введем обозначения: , , . Здесь D – определитель системы, а - определители, получающиеся в результате замены столбца коэффициентов при соответствующем неизвестном столбцом свободных членов. Если , то система (1) является определенной, то есть имеет единственное решение. Это решение можно найти по следующим формулам: , , которые называются формулами Крамера . Напомню, как вычисляется определитель второго порядка. В определителе различают две диагонали: главную и побочную. Главная диагональ состоит из элементов, взятых по направлению от верхнего левого угла определителя в нижний правый угол. Побочная диагональ – из правого верхнего в нижний левый. Определитель второго порядка равен произведению элементов главной диагонали минус произведение элементов побочной диагонали.

В программном коде для проверки проверка равенства используется функция RealEq(). Вычисления над вещественными числами производятся с точностью до _Eps=1e-7.

Program geom2; Const _Eps: Real=1e-7;{точность вычислений} var a1,b1,c1,a2,b2,c2,x,y,d,dx,dy:Real; Function RealEq(Const a, b:Real):Boolean; {строго равно} begin RealEq:=Abs(a-b)<=_Eps End; {RealEq} Function LineToPoint(a1,b1,c1,a2,b2,c2: real; var x,y:real):Boolean; {Определение координат точки пересечения двух линий. Значение функции равно true, если точка пересечения есть, и false, если прямые параллельны. } var d:real; begin d:=a1*b2-b1*a2; if Not(RealEq(d,0)) then begin LineToPoint:=True; dx:=-c1*b2+b1*c2; dy:=-a1*c2+c1*a2; x:=dx/d; y:=dy/d; end else LineToPoint:=False End;{LineToPoint} begin {main} writeln("Введите коэффициенты уравнений: a1,b1,c1,a2,b2,c2 "); readln(a1,b1,c1,a2,b2,c2); if LineToPoint(a1,b1,c1,a2,b2,c2,x,y) then writeln(x:5:1,y:5:1) else writeln("Прямые параллельны."); end.

Мы составили программу, с помощью которой можно, зная уравнения линий, найти координаты их точки пересечения.

Пересечения на оси абсцисс необходимо решить уравнение y₁=y₂, то есть k₁x+b₁=k₂x+b₂.

Преобразуйте данное неравенство, получив k₁x-k₂x=b₂-b₁. Теперь выразите x: x=(b₂-b₁)/(k₁-k₂). Таким образом вы найдете точку пересечения графиков, которая находится по оси OX. Найдите точку пересечения на оси ординат. Просто подставьте в какую-либо из функций значение x, которое вы нашли ранее.

Предыдущий вариант подходит для графиков. Если же функция , воспользуйтесь следующими инструкциями. Таким же способом, как и с линейной функцией, найдите значение x. Для этого решите квадратное уравнение. В уравнении 2x² + 2x - 4=0 найдите (уравнение дано для примера). Для этого используйте формулу: D= b² – 4ac, где b – значение перед X, а c – это числовое значение.

Подставив числовые значения, получите выражение вида D= 4 + 4*4= 4+16= 20. От значения дискриминанта зависят уравнения. Теперь к значению переменной b со знаком «-» прибавьте или отнимите (по очереди) корень из полученного дискриминанта, и поделите на удвоенное произведение коэффициента a. Так вы найдете корни уравнения, то есть координаты точек пересечения.

Графики функции имеют особенность: ось OX будет пересекаться два раза, то есть вы найдете две координаты оси абсцисс. Если вы получите периодическое значение зависимости X от Y, тогда знайте, что график пересекается в бесконечном количестве точек с осью абсцисс. Проверьте, ли вы нашли точки пересечения. Для этого подставьте значения X в уравнение f(x)=0.

Источники:

• Нахождение точек пересечения прямых

Если вы знаете значение а, то вы можете сказать, что решили квадратное уравнение, потому как его корни будут найдены очень легко.

Вам понадобится

• -формула дискриминанта квадратного уравнения;
• -знание таблицы умножения

Инструкция

Видео по теме

Полезный совет

Дискриминант квадртаного уравнения может быть положительным, отрицательным, или равняться 0.

Источники:

• Решение квадратных уравнений
• дискриминант четный

Совет 3: Как найти координаты точек пересечения графика функции

График функции y = f (х) - это множество всех точек плоскости, координаты х, у которых удовлетворяют соотношению y = f(x). График функции наглядно иллюстрирует поведение и свойства функции. Для построения графика обычно выбирается несколько значений аргумента х и для них вычисляются соответствующие значения функции y=f(x). Для более точного и наглядного построения графика полезно найти его точки пересечения с осями координат.

Инструкция

При пересечении оси абсцисс (оси Х) значение функции равно 0, т.е. y=f(x)=0. Для вычисления х необходимо решить уравнение f(x)=0. В случае функции получаем уравнение ax+b=0, и находим x=-b/a.

Таким образом, ось Х пересекается в точке (-b/a,0).

В более сложных случаях, например, в случае квадратичной зависимости y от х, уравнение f(x)=0 имеет два корня, следовательно, ось абсцисс пересекается дважды. В случае зависимости y от х, например y=sin(x), имеет бесконечное число точек пересечения с осью Х.

Для проверки правильности нахождения координат точек пересечения графика функции с осью Х необходимо подставить найденные значения х f(x). Значение выражения при любом из вычисленных х должно быть равно 0.

Инструкция

Сначала необходимо обговорить выбор удобной для решения задачи системы координат. Обычно в задачах такого рода одну из треугольника помещают на оси 0Х так, чтобы одна точка совпадала с началом координат. Поэтому не стоит отходить от общепринятых канонов решения и сделать также (см. рис. 1). Способ задание самого треугольника не играет принципиальной роли, так как всегда можно перейти от одного из них к (в чем вы в дальнейшем сможете убедиться).

Пусть искомый треугольник задан двумя векторами его сторон АС и АВ a(x1, y1) и b(x2, y2), соот-ветственно. Более того, по построению y1=0. Третья сторона ВС соответствует c=a-b, c(x1-x2,y1 -y2), согласно данной иллюстрации. Точка А помещена в начало координат, то есть ее координаты А(0, 0). Легко также заметить, что координаты В (x2, y2), a C (x1, 0). Отсюда можно сделать вывод, что задание треугольника двумя векторами автоматически совпало с его заданием тремя точками.

Далее следует достроить искомый треугольник до соответствующего ему по размерам параллелограмма ABDC. При этом , что в точке пересечения диагоналей параллелограмма они делятся , так, что АQ медиана треугольника АВС, опускается из А на сторону ВС. Вектор диагонали s содержит эту и является, по правилу параллелограмма, геометрической суммой a и b. Тогда s = a + b, а его координаты s(x1+x2, y1+y2)= s(x1+x2, y2). Такие же координаты будут и у точки D(x1+x2, y2).

Теперь можно переходить к составлению уравнение прямой, содержащей s, медиану AQ и, са-мое главное, искомую точку пересечения медиан H. Так как сам вектор s является направляю-щим для данной прямой, а также известна точка А(0, 0), принадлежащая ей, то самое простое – это использовать уравнение плоской прямой в каноническом виде:(x-x0)/m=(y-y0)/n.Здесь (x0, y0) координаты произвольной точки прямой (точка А(0, 0)), а (m, n) – координаты s (вектор (x1+x2, y2). И так, искомая прямая l1 будет иметь вид:x/(x1+x2)=y/ y2.

Самый способ нахождения – ее в пересечении . Поэтому следует найти еще одну прямую, содержащую т. Н. Для этого на рис. 1 построение еще одного параллелограмма АPBC, диагональ которого g=a+c =g(2x1-x2, -y2) содержит вторую медиану CW, опущенную из С на сторону АВ. Это диагональ содержит точку С(x1, 0), координаты которой будут играть роль (x0, y0), а направляющий вектор здесь будет g(m, n)=g(2x1-x2, -y2). Отсюда l2 задается уравнением: (x-x1)/(2 x1-x2)=y/(- y2).

Если две прямые не параллельны, то они неукоснительно пересекутся в одной точке. Обнаружить координаты точки пересечения 2-х прямых дозволено как графическим, так и арифметическим методом, в зависимости от того, какие данные предоставляет задача.

Вам понадобится

• – две прямые на чертеже;
• – уравнения 2-х прямых.

Инструкция

1. Если прямые теснее начерчены на графике, обнаружьте решение графическим методом. Для этого продолжите обе либо одну из прямых так, дабы они пересеклись. После этого подметьте точку пересечения и опустите из нее перпендикуляр на ось абсцисс (как водится, ох).

2. При помощи шкалы делений, подмеченных на оси, обнаружьте значение х для этой точки. Если она находится на позитивном направлении оси (справа от нулевой отметки), то ее значение будет правильным, в отвратном случае – негативным.

3. Верно также обнаружьте ординату точки пересечения. Если проекция точки расположена выше нулевой отметки – она правильная, если ниже – негативная. Запишите координаты точки в виде (х, у) – это и есть решение задачи.

4. Если прямые заданы в виде формул у=kх+b, вы можете также решить задачу графическим методом: начертите прямые на координатной сетке и обнаружьте решение описанным выше методом.

5. Испробуйте обнаружить решение задачи, применяя данные формулы. Для этого составьте из этих уравнений систему и решите ее. Если уравнения даны в виде у=kх+b, примитивно приравняйте обе части с х и обнаружьте х. После этого подставьте значение х в одно из уравнений и обнаружьте у.

6. Дозволено обнаружить решение методом Крамера. В таком случае приведите уравнения к виду А1х+В1у+С1=0 и А2х+В2у+С2=0. Согласно формуле Крамера х=-(С1В2-С2В1)/(А1В2-А2В1), а у=-(А1C2-А2С1)/(А1В2-А2В1). Обратите внимание, если знаменатель равен нулю, то прямые параллельны либо совпадают и, соответственно, не пересекаются.

7. Если вам даны прямые в пространстве в каноническом виде, перед тем, как начать поиск решения, проверьте, не параллельны ли прямые. Для этого оцените показатели перед t, если они пропорциональны, скажем, x=-1+3t, y=7+2t, z=2+t и x=-1+6t, y=-1+4t, z=-5+2t, то прямые параллельны. Помимо того, прямые могут скрещиваться, в этом случае система не будет иметь решения.

8. Если вы узнали, что прямые пересекаются, обнаружьте точку их пересечения. Вначале приравняйте переменные из различных прямых, условно заменив t на u для первой прямой и на v для 2-й прямой. Скажем, если вам даны прямые x=t-1, y=2t+1, z=t+2 и x=t+1, y=t+1, z=2t+8 вы получите выражения типа u-1=v+1, 2u+1=v+1, u+2=2v+8.

9. Выразите из одного уравнения u, подставьте в другое и обнаружьте v (в данной задаче u=-2,v=-4). Сейчас, дабы обнаружить точку пересечения, подставьте полученные значения взамен t (без разницы, в первое либо второе уравнение) и получите координаты точки x=-3, y=-3, z=0.

Для рассмотрения 2-х пересекающихся прямых довольно рассмотрения их в плоскости, так как две пересекающиеся прямые лежат в одной плоскости. Зная уравнения этих прямых , дозволено обнаружить координату их точки пересечения .

Вам понадобится

• уравнения прямых

Инструкция

1. В декартовых координатах всеобщее уравнение прямой выглидит так: Ax+By+C = 0. Пускай две прямые пересекаются. Уравнение первой прямой имеет вид Ax+By+C = 0, 2-й прямой – Dx+Ey+F = 0. Все показатели (A, B, C, D, E, F) обязаны быть заданы.Дабы обнаружить точку пересечения этих прямых надобно решить систему этих 2-х линейных уравнений.

2. Для решения первое уравнение комфортно умножить на E, а второе – на B. В итоге уравнения будут иметь вид: AEx+BEy+CE = 0, DBx+EBy+FB = 0. Позже вычитания второго уравнения из первого, получится: (AE-DB)x = FB-CE. Отсель, x = (FB-CE)/(AE-DB).По аналогии первое уравнение начальной системы дозволено умножить на D, второе – на A, после этого вновь из первого вычесть второго. В итоге, y = (CD-FA)/(AE-DB).Полученные значения x и y и будут координатами точки пересечения прямых .

3. Уравнения прямых также могут записываться через угловой показатель k, равный тангенсу угла наклона прямой. В этом случае уравнение прямой имеет вид y = kx+b. Пускай сейчас уравнение первой прямой – y = k1*x+b1, а 2-й прямой – y = k2*x+b2.

4. Если приравнять правые части этих 2-х уравнений, то получится: k1*x+b1 = k2*x+b2. Отсель легко получить, что x = (b1-b2)/(k2-k1). Позже подстановки этого значения x в всякое из уравнений, получится: y = (k2*b1-k1*b2)/(k2-k1). Значения x и y будут задавать координаты точки пересечения прямых .В случае, если две прямые параллельны либо сопадают, то они не имеют всеобщих точек либо имеют безмерно много всеобщих точек соответственно. В этих случаях k1 = k2, знаменатели для координат точек пересечения будут обращаться в нуль, следственно, система не будет иметь классического решения.Система может иметь только одно классическое решение, что безусловно, потому что две несовпадающие и не параллельные друг другу прямые могут иметь только одну точку пересечения .

Видео по теме