Углубление · Метод координат ← M9
Углубление к модулю M9

Метод координат.

Иногда задачу проще не строить, а вычислить. Введём систему координат — и точки станут парами чисел, расстояния и углы — формулами, а геометрическое условие — уравнением. Метод координат, идущий от Декарта, превращает геометрию в алгебру. Перетащите точку и посмотрите, как расстояние выражается формулой.

Декарт1637
точка= (x, y)
условие= уравнение
COORDINATAточка = (x, y)расстояние — формула⊹ расстояние = √(x² + y²)
№ 00Идея

Геометрия становится алгеброй

Метод координат, который придумал Рене Декарт (мы говорили о нём в модуле M1), переводит геометрию на язык чисел. Стоит ввести оси — и каждая точка получает координаты, расстояние между точками выражается формулой, прямые и окружности — уравнениями, а геометрическое условие («точка равноудалена от двух других», «лежит на окружности») превращается в алгебраическое. Там, где построение запутанно, вычисление часто оказывается прямым и надёжным путём — особенно в стереометрии.

Введи координаты — и геометрическая задача станет уравнением. — метод Декарта
⊹
Интерактив

Точка, координаты, расстояние

Тащите точку P по координатной плоскости. Её координаты и расстояние до начала O вычисляются по формуле — это и есть теорема Пифагора на координатах.

COORDINATAтащите точку POP = √(x²+y²)⊹ x y O P
P — произвольная точка; катеты — её координаты, гипотенуза — расстояние до O.
—

Горизонтальный катет — это координата $x$, вертикальный — $y$, а наклонная — расстояние $OP$. По теореме Пифагора $OP = \sqrt{x^2+y^2}$. Так геометрическая величина (длина) превращается в арифметику над координатами.

№ 02Формулы

Три формулы, на которых всё держится

Метод координат опирается на несколько базовых формул. Расстояние между точками $A(x_1,y_1)$ и $B(x_2,y_2)$:

$AB = \sqrt{(x_2-x_1)^2 + (y_2-y_1)^2}.$

Середина отрезка — это среднее координат: $M = \left(\dfrac{x_1+x_2}{2},\ \dfrac{y_1+y_2}{2}\right)$. Окружность радиуса $R$ с центром в $(a,b)$ задаётся уравнением $(x-a)^2+(y-b)^2=R^2$. В пространстве всё то же, только добавляется третья координата $z$. Этих формул достаточно, чтобы перевести большинство геометрических условий на язык алгебры.

⊹Запомнить

Расстояние $\sqrt{(\Delta x)^2+(\Delta y)^2}$, середина — среднее координат, окружность $(x-a)^2+(y-b)^2=R^2$. В 3D добавляется $z$.

✦
Разбор задачи

Координаты в стереометрии

Где метод координат особенно силён — там, где строить трудно.

Задача. В кубе с ребром $1$ найти расстояние между центром грани и противоположной вершиной.

Решение. Поместим куб в координаты: вершины $(0,0,0)$ … $(1,1,1)$. Возьмём центр нижней грани $C = \left(\tfrac12,\tfrac12,0\right)$ и противоположную вершину $V = (1,1,1)$ — впрочем, удобнее верхнюю дальнюю $(0,0,1)$ относительно центра; возьмём $V=(1,1,1)$. Тогда по формуле расстояния

$CV = \sqrt{\left(1-\tfrac12\right)^2 + \left(1-\tfrac12\right)^2 + (1-0)^2} = \sqrt{\tfrac14+\tfrac14+1} = \sqrt{\tfrac32} = \dfrac{\sqrt6}{2}.$

Никаких вспомогательных построений и засечек — три координаты и одна формула. Именно поэтому в сложных стереометрических задачах координаты часто оказываются короче и надёжнее «чистой» геометрии.

Поставил фигуру в координаты — и расстояние находится одной формулой. — о силе метода
№ 05Связи

Куда дальше