Twój postęp zapisuje się tylko w tej przeglądarce. Zaloguj się, żeby nie stracić go po zmianie urządzenia. Zaloguj się
Geometria analityczna

Figury geometryczne w układzie współrzędnychPodstawa

Układ współrzędnych zamienia figury w zestaw punktów, odcinków i równań, dzięki czemu można obliczyć długości, pola, środki i sprawdzić własności bez zgadywania. To jak matematyczna mapa, na której każda figura zostawia dokładny ślad.

Matematyka ·2 min czytania ·6 ćwiczeń


Własności figury w układzie współrzędnych udowadniamy, obliczając długości, nachylenia, środki odcinków i kąty. Sam kształt niedokładnego szkicu nie jest dowodem.

Pojęcia, od których zaczynamy

Zacznij od zaznaczenia punktów i połączenia ich w kolejności podanej w zadaniu. Dla czworokąta \(ABCD\) bokami są \(AB,BC,CD,DA\), a przekątnymi \(AC,BD\). Połączenie wszystkich punktów w przypadkowej kolejności może utworzyć inną figurę lub przecinającą się łamaną.

Wybierz własność, którą chcesz wykazać. Równość czterech boków daje romb, ale jeszcze nie kwadrat. Kwadrat potrzebuje także kąta prostego. Równe środki przekątnych pozwalają wykazać, że zwykły czworokąt jest równoległobokiem. Każdy wniosek powinien wynikać z konkretnego sprawdzenia.

Zasady i wzory

Własności figur można sprawdzać algebraicznie: długości boków przez wzór na odległość, równoległość przez współczynniki kierunkowe, a kąty proste przez prostopadłość.

  • Równe długości mogą wskazywać kwadrat, romb lub trójkąt równoramienny.
  • Równe nachylenia potwierdzają równoległość boków.
  • Iloczyn nachyleń -1 potwierdza prostopadłość.
\[AB=\sqrt{(x_B-x_A)^2+(y_B-y_A)^2}\]

Długości i nachylenia pozwalają rozpoznać rodzaj figury.

Jak czytać rysunek?

Sprawdź boki, nie tylko wyglądProstokąt o bokach cztery i trzy.Sprawdź boki, nie tylko wygląd-1123456-112345xyABCDAB = 4, BC = 3; boki poziome i pionowe

W prostokącie z rysunku dolny i górny bok mają stałe współrzędne y, więc są poziome. Lewy i prawy mają stałe x, więc są pionowe. Otrzymujemy kąty proste bez obliczania nachyleń pionowych odcinków. Długości boków wynoszą \(4\) i \(3\), więc figura nie jest kwadratem.

Przykład krok po kroku

Rozpoznaj czworokąt o wierzchołkach \(A=(0,0),B=(4,0),C=(4,3),D=(0,3)\).

Jak uzasadnić kształt figury? Dwa punkty z jednakową współrzędną \(y\) wyznaczają odcinek poziomy, a z jednakowym \(x\) — pionowy. W przykładzie kolejne boki są na przemian poziome i pionowe, więc tworzą kąty proste. Długości wyliczamy z różnic odpowiednich współrzędnych; nie oceniamy ich na oko.

  1. Oblicz długości boków.\(AB=CD=4,\quad BC=AD=3\)
  2. Sprawdź prostopadłość osiowych boków.\(AB\perp BC\)
  3. Wyciągnij wniosek.Czworokąt jest prostokątem o bokach 4 i 3.

Typowy błąd

Rysunek poglądowy może nie zachowywać skali.

Figura wygląda jak kwadrat, więc nim jest.Trzeba sprawdzić długości i kąty.
Boki 4 i 3 oraz kąty proste dowodzą, że to prostokąt, nie kwadrat.

Dodatkowy przykład i kontrola

Rozważ \(A=(0,0)\), \(B=(2,1)\), \(C=(1,3)\), \(D=(-1,2)\). Kwadraty długości wszystkich boków wynoszą \(5\). Nachylenia \(AB\) i \(BC\) to \(\frac12\) oraz \(-2\), więc boki są prostopadłe. Figura jest kwadratem, mimo że jej boki nie są równoległe do osi.

Porównując długości, możesz porównywać ich kwadraty i uniknąć pierwiastków. Przy sprawdzaniu prostopadłości zawsze oddziel parę pionowa–pozioma od wzoru na iloczyn nachyleń. Dla czworokąta warto też sprawdzić, czy wierzchołki są różne i czy żadne trzy kolejne nie leżą na jednej prostej.

W symetrii względem początku układu zmieniamy znaki obu współrzędnych: \((x,y)\mapsto(-x,-y)\). Względem osi \(Ox\) zmienia się tylko znak \(y\), a względem \(Oy\) tylko znak \(x\). Dla kolejnych wierzchołków równoległoboku \(A,B,C,D\) przekątne mają wspólny środek. Dlatego \(x_D=x_A+x_C-x_B\), \(y_D=y_A+y_C-y_B\). To sposób znalezienia brakującego wierzchołka.

Najczęstsze pytania

Czy cztery równe boki dowodzą, że czworokąt jest kwadratem?
Nie. Dowodzą rombu; do kwadratu potrzebny jest jeszcze kąt prosty lub inna równoważna dodatkowa własność.
Dlaczego szkic nie wystarcza jako dowód?
Może nie zachowywać skali ani dokładnych kątów. Własności trzeba wyprowadzić ze współrzędnych i odpowiednich obliczeń.

Poćwicz

ABCD

Które odcinki są przekątnymi czworokąta ABCD z wierzchołkami podanymi po obwodzie?

ABCD

Punkty \(A=(0,0)\), \(B=(6,0)\), \(C=(6,4)\) są kolejnymi wierzchołkami prostokąta. Jakie współrzędne ma czwarty wierzchołek?

ABCD

Uzupełnij zdanie: „Prostokąt ma wierzchołki \((0,0)\), \((4,0)\), \((4,3)\), \((0,3)\). Długość jego przekątnej wynosi …”.

ABCD

Uzupełnij zdanie: „\(A=(1,1)\), \(B=(5,1)\), \(C=(7,4)\) są kolejnymi wierzchołkami równoległoboku. Wierzchołek D to …”.

ABCD

Które zdanie poprawnie naprawia błąd: „Sam szkic w układzie współrzędnych wystarcza do wykazania, że figura jest prostokątem.”?

ABCD

Czworokąt ma wierzchołki \((-2,0),(0,2),(2,0),(0,-2)\). Jaką figurą jest?

Sprawdź, ile już umiesz

Przećwicz to zagadnienie na fiszkach albo przejdź do zestawu zadań z całego działu.

Ebook PDF 395 zadań maturalnych z matematyki podstawowej z rozwiązaniami krok po kroku w jednym pliku. Zobacz ebook (19,99 zł)