Рівняння прямої та кола

Координатний метод дозволяє замінити геометричні міркування алгеброю: замість того щоб будувати й доводити, ти складаєш рівняння й розв'язуєш його. На НМТ від цієї теми найчастіше потрібні дві навички — прочитати параметри фігури з готового рівняння (центр, радіус, кутовий коефіцієнт) і скласти рівняння за заданими умовами.

Рівняння прямої

Пряму (невертикальну) задають рівнянням із кутовим коефіцієнтом:

y=kx+b,y = kx + b,

де kk — кутовий коефіцієнт (тангенс кута нахилу до осі OxOx), bb — ордината точки перетину з віссю OyOy. Порухай повзунки:

Обидва коефіцієнти мають наочний зміст. Число bb показує, де пряма перетинає вісь OyOy. Число kk задає нахил: при k>0k > 0 пряма зростає, при k<0k < 0 — спадає, при k=0k = 0 вона горизонтальна. Що більший модуль kk, то крутіша пряма.

Звідси два корисні критерії: прямі паралельні, коли їхні кутові коефіцієнти рівні (k1=k2k_1 = k_2), і перпендикулярні, коли k1⋅k2=−1k_1 \cdot k_2 = -1.

Кутовий коефіцієнт за двома точками A(x1;y1)A(x_1;y_1) і B(x2;y2)B(x_2;y_2):

k=y2−y1x2−x1(x1≠x2).k = \dfrac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} \quad (x_1 \ne x_2).

Щоб скласти рівняння прямої за двома точками, спершу знаходять kk, а потім bb — підставивши координати однієї з точок у y=kx+by = kx + b.

Приклад 1 — рівняння прямої за двома точками

Складемо рівняння прямої, що проходить через точки A(1; 3)A(1;\,3) і B(4; 9)B(4;\,9).

  1. Кутовий коефіцієнт: k=9−34−1=63=2k = \dfrac{9 - 3}{4 - 1} = \dfrac{6}{3} = 2;
  2. підставляємо точку AA у y=2x+by = 2x + b: 3=2⋅1+b3 = 2 \cdot 1 + b;
  3. звідси b=1b = 1.

Відповідь: y=2x+1y = 2x + 1. Перевірка другою точкою: 2⋅4+1=92 \cdot 4 + 1 = 9 ✅ — збігається з ординатою точки BB.

Порядок віднімання має бути однаковий

У формулі k=y2−y1x2−x1k = \dfrac{y_2 - y_1}{x_2 - x_1} обидві різниці беруть в однаковому порядку. Якщо в чисельнику відняти «друга мінус перша», а в знаменнику — навпаки, знак кутового коефіцієнта вийде протилежним.

Рівняння кола

Коло з центром (a; b)(a;\,b) і радіусом RR задають рівнянням:

(x−a)2+(y−b)2=R2.(x - a)^2 + (y - b)^2 = R^2.

Центр «читається» з дужок (з протилежним знаком), а радіус — це корінь із правої частини. Наприклад, (x−3)2+(y+1)2=25(x-3)^2 + (y+1)^2 = 25 — коло з центром (3;−1)(3;-1) і радіусом R=25=5R = \sqrt{25} = 5.

Рівняння кола — це просто формула відстані: воно стверджує, що відстань від точки (x; y)(x;\,y) до центра (a; b)(a;\,b) дорівнює RR. Тому окремо його запам'ятовувати не треба — досить піднести формулу відстані до квадрата.

Якщо центр збігається з початком координат, рівняння спрощується до x2+y2=R2x^2 + y^2 = R^2.

Приклад 2 — читаємо центр і радіус

Знайдемо центр і радіус кола (x+2)2+(y−5)2=49(x + 2)^2 + (y - 5)^2 = 49.

  1. Порівнюємо із шаблоном (x−a)2+(y−b)2=R2(x - a)^2 + (y - b)^2 = R^2;
  2. з дужки (x+2)(x + 2) читаємо a=−2a = -2 — протилежний знак;
  3. з дужки (y−5)(y - 5) читаємо b=5b = 5;
  4. радіус: R=49=7R = \sqrt{49} = 7.

Відповідь: центр (−2; 5)(-2;\,5), радіус 77.

Належність точки колу

Щоб перевірити, чи лежить точка на колі, підстав її координати в ліву частину рівняння: якщо дістанеш R2R^2 — точка на колі, менше — всередині, більше — зовні.

Приклад 3 — де лежить точка

Чи належить точка P(1; 1)P(1;\,1) колу (x−3)2+(y−1)2=16(x - 3)^2 + (y - 1)^2 = 16?

  1. Підставляємо координати в ліву частину: (1−3)2+(1−1)2(1 - 3)^2 + (1 - 1)^2;
  2. рахуємо: 4+0=44 + 0 = 4;
  3. порівнюємо з правою частиною: 4<164 < 16.

Відповідь: точка лежить усередині круга. Змістовно це означає, що відстань від неї до центра дорівнює 22, а радіус — 44.

Типові помилки

  • Беруть знак центра прямо з дужок. У записі (x+2)2(x + 2)^2 координата центра дорівнює −2-2, бо шаблон містить мінус: (x−a)2(x - a)^2.
  • Плутають RR і R2R^2. У правій частині рівняння стоїть квадрат радіуса, тому радіус — це корінь із неї.
  • Забувають, що kk — це відношення приростів, а не самих координат. У чисельнику й знаменнику мають бути саме різниці.
  • Пробують знайти kk для вертикальної прямої. Якщо x1=x2x_1 = x_2, кутового коефіцієнта не існує; така пряма задається рівнянням x=cx = c.
  • Плутають умови паралельності й перпендикулярності. Рівність k1=k2k_1 = k_2 — це паралельність, а k1k2=−1k_1 k_2 = -1 — перпендикулярність.

Перевір себе

Завдання формату НМТ

Завдання в тому вигляді, як їх дають на національному мультипредметному тесті: вибір однієї відповіді з п’яти (А–Д), установлення відповідності та коротка відповідь десятковим дробом. Там, де є позначка «Прототип», задачу побудовано за типом реального завдання НМТ минулих років; числа в умові щоразу нові.

  • Центр і радіус кола

    Вибір А–Д

  • Рівняння прямої через дві точки

    Вибір А–Д

  • Відповідність: пряма ↔ властивість

    Відповідність · Прототип: НМТ 2025 · зошит 2 · №16

  • Радіус кола із загального рівняння

    Коротка відповідь

Приклади розв’язання завдань НМТ

Так розв’язують завдання формату НМТ із цієї теми — по одному прикладу на кожен формат: вибір відповіді, відповідність, коротка відповідь. У розділі «Завдання формату НМТ» числа щоразу нові, а тут кожен крок розписано.

  1. 1Центр і радіус кола
    Вибір А–Д
    Укажіть координати центра та радіус кола (x−5)2+(y+4)2=4. (x - 5)^2 + (y + 4)^2 = 4.
    • А(−4; 5), R=2(-4;\ 5),\ R = 2
    • Б(−5; 4), R=4(-5;\ 4),\ R = 4
    • В(5; −4), R=2(5;\ -4),\ R = 2
    • Г(−5; 4), R=2(-5;\ 4),\ R = 2
    • Д(5; −4), R=4(5;\ -4),\ R = 4
    (x−x0)2+(y−y0)2=R2.(x - x_0)^2 + (y - y_0)^2 = R^2.
    Показати розв’язання
    1. 1
      центр (5; −4), R=4=2 (5;\ -4),\ R = \sqrt{4} = 2
    Відповідь: В) (5; −4), R=2 (5;\ -4),\ R = 2
  2. 2Відповідність: пряма ↔ властивість
    Відповідність
    Прототип: НМТ 2025 · зошит 2 · №16
    До кожної прямої (1–3) доберіть її властивість (А–Д).
    Аутворює гострий кут із додатним напрямом осі x x
    Бпроходить через початок координат
    Всиметрична прямій y=2x+2 y = 2x + 2 відносно осі y y
    Гперпендикулярна до осі x x
    Дпаралельна осі x x
    • 1.y=5x+1y = 5x + 1
    • 2.x=3x = 3
    • 3.y=−xy = -x
    У рівнянні y=kx+b y = kx + b: знак k k визначає кут нахилу, b b — точку перетину з віссю y. y.
    Показати розв’язання
    1. 1
      1 — А: кутовий коефіцієнт 5>0 5 > 0
    2. 2
      2 — Г: вертикальна пряма
    3. 3
      3 — Б: b=0 b = 0
    Відповідь:
    • 1 — А: y=5x+1  →   y = 5x + 1 \;\to\; утворює гострий кут із додатним напрямом осі x x
    • 2 — Г: x=3  →   x = 3 \;\to\; перпендикулярна до осі x x
    • 3 — Б: y=−x  →   y = -x \;\to\; проходить через початок координат
  3. 3Радіус кола із загального рівняння
    Коротка відповідь
    Знайдіть радіус кола, заданого рівнянням x2+y2+8x+4y+4=0. x^2 + y^2 + 8x + 4y + 4 = 0.
    Виділіть повні квадрати за x x і за y. y.
    Показати розв’язання
    1. 1
      (x+4)2+(y+2)2=16+4−4=16⇒R=4(x + 4)^2 + (y + 2)^2 = 16 + 4 - 4 = 16 \Rightarrow R = 4
    Відповідь: 44