出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/07/22 14:18 UTC 版) 円の方程式 半径 r: = 1, 中心 ( a, b): = (1. 2, −0.
2020年12月14日 2021年1月27日 どうも!受験コーチSHUです。 「ベクトル方程式がマジで意味わからない」 って人、かなり多いと思います。 授業で、「\( \overrightarrow{OP} = \overrightarrow{OA} + t \overrightarrow{u} \) が直線のベクトル方程式で~」なんて最初に聞いた時は、頭に?? ?しか浮かばなかったかもしれません。 僕も初めて習ったときは何やってるのか分かりませんでした。 ですが、きちんと数式を理解し、その意味が分かればベクトル方程式は特別視するようなムズカシイものではなく、めっちゃ使えるツールになります。ベクトルを上手く使えるようになれば、入試問題の解法の幅はかなり広がり、数学でしっかり点が取れる可能性も高まります。 この記事では、 「ベクトル方程式意味わからん!」 から 「めっちゃ使えるやんこれ!」 になるように、基本から応用まで解説していこうと思います。 ベクトル方程式とは?
( ★) は,確かに外接円を表しています. 1)式の形から,円,直線,または,1点,または,∅ 2)z=α,β,γのとき ( ★) が成立 の2つから分かります. 2)から,1)は円に決まり,3点を通る円は外接円しかないので, ( ★) は外接円を表す式であるしかありません! さて,どうやって作ったか,少し説明してみます. まず,ベクトルと 複素数 の対比から. ベクトルでは,図形的な量は 内積 を使って捉えます. 内積 は 余弦 定理が元になっているので,そこで考える角度には「向き」がありません. 角度も長さも面積も,すべて 内積 で捉えられるのが良いところ. 一方, 複素数 では,絶対値と 偏角 で捉えていきます. 2つを分断して捉えることになるから,細かく見ることが可能と言えます. 【高校数学Ⅱ】「３点を通る円の方程式の決定」 | 映像授業のTry IT (トライイット). 角度に「向き」を付けることができたり. また,それらを統一するときには,共役 複素数 を利用することができます. (a+bi)*(c-di) =(ac+bd) + (bc-ad)i という計算をすると,実部が 内積 で虚部が符号付面積になります. {z * (wの共役)+(zの共役) * w}/2 |z * (wの共役)-(zの共役) * w}/2 が順に 内積 と面積(平行四辺形の)になります. ( ★) は共役 複素数 が入った形になっているので,この辺りが作成の鍵になるはずです. ここからが本題です. 4点が同一円周上にある条件には,円周角が等しい,があります. 3点A,B,Cを通る円周上に点Pがある条件は Aを含む弧BC上 … ∠BAC=∠BPC(向きも等しい) Aを含まない弧上 … ∠BAC+∠CPB=±180°(向きも込めて) 前者は ∠BAC+∠CPB=0°(向きも込めて) と言えるから,まとめることができます. 複素数 で角を表示すると,向きを込めたことになるという「高校数学」のローカルルールがありますから, ∠βαγ+∠γzβ=180°×(整数) ……💛 となることが条件になります. ∠βαγ=arg{(γ-α)/(β-α)} ∠γzβ=arg{(β-z)/(γ-z)} であり, ∠βαγ+∠γzβ=arg{{(γ-α)/(β-α)}*{(β-z)/(γ-z)}} となります. だから,💛は {(γ-α)/(β-α)}*{(β-z)/(γ-z)}が実数 と言い換えられます.
この証明を見ると, [円の方程式]は「中心」と「円周上の点」の距離が一定であるという円の性質が本質にあることが分かりますね. さらに,2点間の距離は[三平方の定理]がベースにありましたので,円の方程式 は[三平方の定理]の式の形をしていますね. また,$a=b=0$とすると原点中心の円を考えることになるので,[原点中心の円の方程式]は以下のようになることもアタリマエにしておきましょう. [原点中心の円の方程式] $r$は正の数とする.$xy$平面上の原点中心,半径$r$の円の方程式は と表される.逆に,式$(\ast)$で表される$xy$平面上の図形は,原点中心,半径$r$の円を表す. 何にせよ,[円の方程式]は[三平方の定理]をベースに考えれば覚える必要はありませんね. 中心と半径が分かっていれば,「平方完成型」の円の方程式を適用できる. 「展開型」の円の方程式 中心$(a, b)$,半径$r$の円の方程式$(x-a)^2+(y-b)^2=r^2$を展開して整理すると, となります.つまり,円の方程式は とも表せます.よって, 方程式(1)の形の方程式は円を表しうるわけですね. 三点を通る円の方程式 裏技. ここで,次の問題を考えましょう. 次の$x$, $y$の方程式のグラフを求めよ. $x^2+y^2-2y-3=0$ $x^2-x+y^2-y=0$ $x^2-2x+y^2-6y+10=0$ $x^2-4x+y^2-2y+6=0$ (1) $x^2+y^2-2y-3=0$の左辺を平方完成して となるので,「平方完成型」の円の方程式より, グラフは中心$(0, 1)$,半径2の円となります. (2) $x^2-x+y^2-y=0$の左辺を平方完成して となるので,「平方完成型」の円の方程式より, グラフは中心$\bra{\frac{1}{2}, \frac{1}{2}}$,半径$\frac{1}{\sqrt{2}}$の円となります. (3) $x^2-2x+y^2-6y+10=0$の左辺を平方完成して となるので,この方程式を満たす$(x, y)$は$(x, y)=(1, 3)$のみとなります.よって, この方程式は1点$(1, 3)$のみのグラフを表します. (4) $x^2-4x+y^2-2y+6=0$の左辺を平方完成して となります.左辺は常に0以上なので,$-1$になることはありません.
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