【数学Ⅱ】図形と方程式06:直線の方程式

直線の方程式 図形と方程式
さん
さん

今日の板書はこれ!

直線の方程式

■ [1] 基本形(傾き m、y切片 n)
\(y=mx+n\)

■ [1]′ 1点 \((x_1,\ y_1)\) を通り、傾き \(m\) の直線
\(y-y_1=m(x-x_1)\)

■ [1]″ 2点 \((x_1,\ y_1),\ (x_2,\ y_2)\) を通る直線
\(x_1\neq x_2\) のとき \(y-y_1=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}(x-x_1)\)
\(x_1=x_2\) のとき \(x=x_1\)

■ [2] 一般形
\(ax+by+c=0\)

■ [3] 切片形(x切片 a、y切片 b)
\(\frac{x}{a}+\frac{y}{b}=1\)

■ 注意
傾きは (yの増加量)÷(xの増加量) である。y軸に平行な直線は傾きが存在しない。

生徒
生徒

もっと詳しく願いします!!

現役教員として数学を教えている「さん」と申します。

「人より勉強に時間がかかる」と感じていませんか?私の学校にも、同じ悩みを抱えて苦しんでる生徒がたくさんいます。

「教科書や参考書の内容がわからなくて、読むのに時間がかかる」「解答の意味が理解できず、勉強が進まない」教科書や参考書の内容を理解するには、「自分なりに噛み砕いて考える力」が必要です。

でも大丈夫!このサイトでは、私が受けた質問や、つまずきポイントをもとに、わかりやすく解説していきます。

意味から理解し、噛み砕き方をマスターしましょう!!

さん
さん

勉強してるのに点が取れない人は、こっちも読んでみて!

直線の方程式とは?

座標平面上の図形は、すべて条件を満たす点の集合と考えることができます。

直線の方程式とは、「その直線上にある点 \((x,\ y)\) が必ず満たす関係式」のことです。

たとえば \(y=2x+1\) は、\(x\) 座標を2倍して1をたすと \(y\) 座標になる点を集めたもので、それを並べると1本の直線になります。

y=2x+1を満たす点を集めると直線になる

傾きと切片で表す(基本形)

中学で学んだように、傾き \({\color{#3CB371}{m}}\)、\(y\) 切片 \(n\) の直線は \(y={\color{#3CB371}{m}}x+n\) と表せます。

傾きとは、\(x\) が1増えたときの \(y\) の増加量のことです。

傾き = (yの増加量)÷(xの増加量)

傾きmとy切片nで表す直線

1点と傾きで決まる直線

点 \((x_1,\ y_1)\) を通り、傾き \({\color{#3CB371}{m}}\) の直線を考えます。

直線上の点を \((x,\ y)\) とすると、2点 \((x_1,\ y_1)\) と \((x,\ y)\) を結ぶと傾きが \(m\) になるはずです。

1点と傾きで決まる直線

\(\frac{y-y_1}{x-x_1}={\color{#3CB371}{m}}\)

分母をはらうと、次の式が得られます。

この形なら、\(x=x_1\) のときも成り立ちます。

\(y-y_1={\color{#3CB371}{m}}(x-x_1)\)

さん
さん

通る点の座標を引いて、傾きをかける形だね!

1点と傾きから直線の方程式を求める

例題1

点 \((1,\ 2)\) を通り、傾きが \(3\) の直線の方程式を求めよ。

\(x_1={\color{#45A3DA}{1}},\ y_1={\color{#45A3DA}{2}},\ m={\color{#3CB371}{3}}\) を公式に代入します。

\(y-2={\color{#3CB371}{3}}(x-1)\) より \({\color{#EE4656}{y=3x-1}}\)

2点を通る直線の方程式

2点 \((x_1,\ y_1),\ (x_2,\ y_2)\) を通る直線は、まず2点から傾きを求め、それを先ほどの式に入れれば表せます。

\(x_1\neq x_2\) のとき、傾きは \(\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}\) です。

\(y-y_1=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}(x-x_1)\)

2点を通る直線と傾き

一方、\(x_1=x_2\) のときは、2点が縦に並んでいるので、直線は \(y\) 軸に平行になります。

このとき \(x\) の増加量が \(0\) となって傾きは存在せず、直線の方程式は \(x=x_1\) です。

y軸に平行な直線x=x₁
生徒
生徒

縦の直線は、傾きの公式が使えないから別にするんだね!

2点を通る直線の方程式を求める

例題2

2点 \((1,\ 3),\ (3,\ 7)\) を通る直線の方程式を求めよ。

まず傾きを求めると \(\frac{7-3}{3-1}={\color{#3CB371}{2}}\) です。

点 \((1,\ 3)\) を通るので、次のようになります。

\(y-3={\color{#3CB371}{2}}(x-1)\) より \({\color{#EE4656}{y=2x+1}}\)

2点(1, 3)、(3, 7)を通る直線と傾き

一般形と切片形

どんな直線も、\(x,\ y\) の1次方程式 \(ax+by+c=0\) の形で表せます。

これを一般形といいます。

さん
さん

一般形は「縦の直線」も含めて、すべての直線を1つの形で表せるのが強みだよ!

また、\(x\) 切片が \(a\)、\(y\) 切片が \(b\) の直線は \(\frac{x}{a}+\frac{y}{b}=1\) と表せます。

これを切片形といいます。

切片から直線の方程式を求める

例題3

\(x\) 切片が \(3\)、\(y\) 切片が \(-2\) の直線の方程式を求めよ。

切片形 \(\frac{x}{a}+\frac{y}{b}=1\) に、\(a={\color{#45A3DA}{3}},\ b={\color{#E9548E}{-2}}\) を代入します。

\(\frac{x}{{\color{#45A3DA}{3}}}+\frac{y}{{\color{#E9548E}{-2}}}=1\)

両辺に \(6\) をかけて分母をはらうと、次のようになります。

\(2x-3y=6\) より \({\color{#EE4656}{2x-3y-6=0}}\)

x切片3、y切片−2の直線

練習問題

練習1

次の方程式の表す直線を座標平面上にかけ。

(1) \(3x-y+1=0\)

(2) \(y+1=0\)

(3) \(x-2=0\)

答えを見る

(1) \(y=3x+1\) より、傾き \(3\)、\(y\) 切片 \(1\) の直線

(2) \(y=-1\) より、点 \((0,\ -1)\) を通り \(x\) 軸に平行な直線

(3) \(x=2\) より、点 \((2,\ 0)\) を通り \(y\) 軸に平行な直線

3本の直線のグラフ
練習2

次のような直線の方程式を求めよ。

(1) 点 \((2,\ -4)\) を通り、傾きが \(3\) の直線

(2) 点 \((-3,\ 1)\) を通り、傾きが \(-2\) の直線

答えを見る

(1) \(y+4=3(x-2)\) より \({\color{#EE4656}{y=3x-10}}\)

(2) \(y-1=-2(x+3)\) より \({\color{#EE4656}{y=-2x-5}}\)

練習3

次の2点を通る直線の方程式を求めよ。

(1) \((3,\ 2),\ (5,\ 6)\)

(2) \((-1,\ 4),\ (2,\ -2)\)

(3) \((2,\ -1),\ (1,\ -1)\)

(4) \((3,\ -1),\ (3,\ 4)\)

答えを見る

(1) 傾きは \(\frac{6-2}{5-3}=2\) \(y-2=2(x-3)\) より \({\color{#EE4656}{y=2x-4}}\)

(2) 傾きは \(\frac{-2-4}{2-(-1)}=-2\) \(y-4=-2(x+1)\) より \({\color{#EE4656}{y=-2x+2}}\)

(3) 傾きは \(\frac{-1-(-1)}{1-2}=0\) より \({\color{#EE4656}{y=-1}}\)

(4) \(x\) 座標が等しいので \({\color{#EE4656}{x=3}}\)

まとめ:直線の方程式

さん
さん

さて、今回のまとめだよ!

直線の方程式

■ [1] 基本形(傾き m、y切片 n)
\(y=mx+n\)

■ [1]′ 1点 \((x_1,\ y_1)\) を通り、傾き \(m\) の直線
\(y-y_1=m(x-x_1)\)

■ [1]″ 2点 \((x_1,\ y_1),\ (x_2,\ y_2)\) を通る直線
\(x_1\neq x_2\) のとき \(y-y_1=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}(x-x_1)\)
\(x_1=x_2\) のとき \(x=x_1\)

■ [2] 一般形
\(ax+by+c=0\)

■ [3] 切片形(x切片 a、y切片 b)
\(\frac{x}{a}+\frac{y}{b}=1\)

■ 注意
傾きは (yの増加量)÷(xの増加量) である。y軸に平行な直線は傾きが存在しない。

生徒
生徒

また一つ賢くなった!

さん
さん

一人だと続かない人は、こんな方法もあるよ!

点に関する対称点

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2直線の平行条件・垂直条件

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