Umiejętności składowe
Piętnaście umiejętności, z których składa się cały dział – od zera do pełnego zadania. Wszystkie piętnaście spisane – komplet.
SKŁADOWA 1Wyznaczanie wektora
Wektor to droga, którą pokonujemy z punktu do punktu . Pierwsza współrzędna opisuje ruch w prawo/lewo, druga – w górę/dół. Zgodnie ze zwrotem osi (w prawo, w górę) liczba jest dodatnia; przeciwnie – ujemna.
koniec minus początek – od współrzędnych odejmujesz współrzędne
Dane , . Wyznacz i .
A. Po wykresie: z do idziemy 9 w prawo i 13 w górę, więc . Z do – 9 w lewo i 13 w dół, więc .
B. Ze wzoru: , a .
Wektory i są różne – kolejność liter ma znaczenie. Co więcej .
SKŁADOWA 2Wyznaczanie długości odcinka
Skoro wektor to droga pokonywana równolegle do osi, odległość z do jest długością przeciwprostokątnej trójkąta prostokątnego, którego przyprostokątnymi są i .
Dla , : .
SKŁADOWA 3Środek odcinka
Środek odcinka znajdujemy ze wzoru – to średnia arytmetyczna współrzędnych obu jego końców.
każda współrzędna środka to średnia odpowiednich współrzędnych końców i
Wzór na środek to w istocie dwa równania – jedno dla , drugie dla . Dlatego pozwala wyznaczyć dwie niewiadome współrzędne.
Mając środek odcinka oraz punkt , znajdź .
Ze wzoru wynika ; tak samo . Punkt jest więc odbiciem względem środka .
Dane , , . Znajdź i .
Z pierwszej współrzędnej: . Z drugiej: . Zatem , .
Gdzie się pojawia – coś dzieli się na pół (1:1)
- symetralna odcinka – przechodzi przez jego środek
- środkowa trójkąta – łączy wierzchołek ze środkiem przeciwległego boku
- spodek wysokości w trójkącie równoramiennym – pada w środek podstawy
- przecięcie przekątnych równoległoboku – przekątne połowią się nawzajem
- środek okręgu opisanego na trójkącie prostokątnym – to środek przeciwprostokątnej
- symetria środkowa – środek leży dokładnie między punktem a jego obrazem
- środek średnicy okręgu – pokrywa się ze środkiem okręgu
- linia środkowa – łączy środki dwóch boków
SKŁADOWA 4Operacje na wektorach
Wektor możemy przyłożyć do danego punktu – znając jeden koniec i wektor, dochodzimy do drugiego końca.
Wektor , punkt . Znajdź .
Sposób 1 – ze wzoru: z mamy oraz , stąd .
Sposób 2 – przyłożenie: tworzysz wektor przeciwny i z punktu idziesz 5 jednostek w lewo i 6 w dół → .
Wektory wykorzystujemy tam, gdzie własnościowo coś dzieli się inaczej niż na pół. Najważniejszy przypadek to środkowe trójkąta.
Punkt przecięcia środkowych (środek ciężkości) dzieli każdą środkową w stosunku , licząc od wierzchołka. Dla środkowej z wierzchołka do środka boku zachodzi .
– środek boku naprzeciw ; stąd oraz
1. , środkowe przecinają się w . Znajdź środek boku : .
2. Środek to , środkowe w . Znajdź .
3. Środek to , . Znajdź punkt przecięcia środkowych – tu współrzędne wychodzą ułamkowe.
SKŁADOWA 5Punkt na wykresie funkcji
Jeśli punkt należy do wykresu funkcji, jego współrzędne zapisujesz jedną niewiadomą – pierwsza współrzędna to , a drugą wylicza wzór funkcji. To najczęstszy punkt wyjścia w zadaniach: zamienia nieznany punkt na jedno wyrażenie.
Punkt leży na wykresie . Wtedy – gdziekolwiek na prostej się znajduje, opisuje go jedna niewiadoma .
Działa dla każdej funkcji: na paraboli punkt to , na hiperboli – punkt .
Kierunkowa i ogólna to ten sam wzór – przechodzisz między nimi, inaczej porządkując wyrazy. Na przykład .
Której postaci używać
- kierunkowa – odnosi się do niej cała pula informacji: nachylenie, równoległość, prostopadłość, styczna (wszystkie operują współczynnikiem )
- ogólna – jedyny wzór, który jej wymaga, to odległość punktu od prostej (tam to jej współczynniki)
Postać ogólna ma trzy współczynniki , ale nie są one niezależne – całe równanie można podzielić przez jeden z nich. Faktycznie ma więc dwa stopnie swobody, dokładnie jak . Dlatego prostą – w obu postaciach – wyznaczają dwie informacje.
SKŁADOWA 6Wzór funkcji liniowej
Mając dwie informacje o funkcji liniowej , wyznaczysz jej wzór. Każda informacja to jedno równanie wiążące i – dwie wystarczą, by je wyliczyć.
Pula informacji Co daje każda z nich:
| Informacja | Co daje |
|---|---|
| punkt , przez który prosta przechodzi | dwie niewiadome |
| miejsce zerowe | dwie niewiadome |
| przecięcie z osią OY w | |
| nachylenie prostej (kąt do OX) | wprost; z kąta |
| równoległość do prostej o współczynniku | |
| prostopadłość do prostej o współczynniku | |
| styczność do wykresu w punkcie o odciętej |
Trzy rodzaje wyniku: wprost (nachylenie, równoległość, prostopadłość, styczność), wprost (przecięcie z OY), równanie wiążące (punkt, miejsce zerowe). Najłatwiejszy przypadek to jedno „wprost ” połączone z jednym „wprost ”.
Sposób 1: wyznacz , potem podstaw współrzędne dowolnego z punktów, by znaleźć .
Sposób 2: dwukrotnie zastosuj warunek „punkt należy do wykresu” – powstaje układ dwóch równań z niewiadomymi ; najwygodniej rozwiązać go metodą przeciwnych współczynników.
SKŁADOWA 7Prosta równoległa lub prostopadła przez punkt
Współczynnik bierzesz z warunku kierunku, – z punktu: równoległość do prostej o współczynniku daje ; prostopadłość daje ; następnie podstawiasz dany punkt do i wyliczasz .
Równoległość własnościowo
- podstawy trapezu
- obie pary przeciwległych boków w równoległoboku
Prostopadłość własnościowo
- boki prostokąta i kwadratu
- wysokość trójkąta (prostopadła do boku)
- symetralna odcinka oraz symetralne boków
Obie naraz
- prostokąt, kwadrat – przeciwległe boki ∥, sąsiednie ⊥
- trapez prostokątny – podstawy ∥, ramię ⊥ do nich
- romb, kwadrat – boki ∥, przekątne ⊥
- wysokość trapezu – ⊥ do podstawy, podstawy ∥ między sobą
SKŁADOWA 8Odległość punktu od prostej
Odległość w matematyce to długość najkrótszego odcinka – a najkrótszy jest ten poprowadzony pod kątem prostym (rzut prostopadły punktu na prostą).
postać ogólna ; sam znak licznika (bez modułu) mówi, po której stronie prostej leży punkt
Gdzie odległość się pojawia
- styczność – prosta styczna do okręgu
- wysokość – pole
- położenie prostej i okręgu – sieczna, styczna, rozłączne
- długość cięciwy –
- promień okręgu wpisanego – odległość środka od każdego boku równa
- odległość prostych równoległych – odległość dowolnego punktu jednej od drugiej
- dwusieczna kąta – zbiór punktów równoodległych od dwóch prostych
SKŁADOWA 9Okrąg w układzie współrzędnych
Okrąg w układzie współrzędnych opisują trzy liczby: i – współrzędne środka – oraz , czyli promień.
środek , promień
Gdy równanie podane jest w postaci rozwiniętej, wyrazy z oraz wyrazy z dopełniasz do wzoru skróconego mnożenia (kwadratu sumy lub różnicy), aby odczytać środek i promień.
Znajdź środek i promień okręgu .
Dopełniamy: oraz . Równanie przyjmuje postać , czyli .
Stąd środek , promień .
SKŁADOWA 10Punkt wspólny
Dla jakich par
- prosta i prosta
- prosta i parabola
- prosta i okrąg
- okrąg i okrąg – osobna technika: oś radykalna
Układamy układ równań ze wzorów funkcji / równań okręgu i go rozwiązujemy. Liczba rozwiązań układu to liczba punktów wspólnych.
SKŁADOWA 11Wzajemne położenie dwóch okręgów
O wzajemnym położeniu dwóch okręgów decyduje odległość środków w porównaniu z sumą i różnicą promieni.
0 punktów wspólnych
- rozłączne zewnętrznie – (jeden obok drugiego)
- jeden wewnątrz drugiego –
1 punkt wspólny – styczne
- styczne zewnętrznie –
- styczne wewnętrznie –
2 punkty wspólne
- przecinają się –
Przypadek graniczny: gdy i , okręgi się pokrywają (nieskończenie wiele punktów wspólnych).
SKŁADOWA 12Pole trójkąta z wyznacznika
Z dowolnego wierzchołka (np. ) tworzysz dwa wektory do pozostałych wierzchołków, układasz ich współrzędne w wyznacznik, a pole to połowa jego wartości bezwzględnej.
, – wektory wychodzące z tego samego wierzchołka
, , . Wektory z : , .
, więc .
To samo pole dwiema dłuższymi drogami
Prosta : . Prosta prostopadła przez : . Ich punkt wspólny .
Wysokość , podstawa , więc .
Prosta w postaci ogólnej: . Wysokość to odległość od niej: .
Z wychodzi .
Wszystkie trzy drogi dają to samo pole 14 – ale wyznacznik jest najszybszy: jeden rachunek, bez wyznaczania prostych i punktów.
SKŁADOWA 13Punkt na prostej – prosta jednym współczynnikiem
Gdy punkt leży na (nieznanej) prostej , warunek należenia wiąże z – całą prostą zapisujesz jednym współczynnikiem . To lustro składowej 5: tam jeden punkt na danej prostej miał jedną niewiadomą współrzędną, tu cała prosta przez dany punkt ma jeden parametr.
Punkt leży na prostej: , stąd . Cała prosta przez to – pęk prostych z jednym parametrem .
Wyznacz styczne do przez . Środek , ; pęk przez : , czyli .
Warunek styczności : .
Dwie styczne: oraz .
Sprawdzenie sensu: , więc leży na zewnątrz okręgu – stąd dokładnie dwie styczne.
SKŁADOWA 14Kąt między prostymi
Współczynnik kierunkowy to tangens kąta nachylenia prostej do osi : , . Kąt między prostymi to różnica tych kątów – liczysz go wzorem na tangens różnicy.
wartość bezwzględna – bierzemy kąt ostry między prostymi
Dwa skrajne przypadki czytasz wprost z wzoru: mianownik → proste prostopadłe (); licznik → proste równoległe ().
Proste o nachyleniach , : , więc .
SKŁADOWA 15Jednokładność
Jednokładność o środku i skali przekształca punkt na taki , że – obraz leży na prostej , rozciągnięty lub ściśnięty względem środka.
we współrzędnych: ,
Środek , skala , punkt .
, , więc .
Kontrola: , a – zgadza się.
Szczególne przypadki: to tożsamość, to symetria środkowa względem . Skala mnoży wszystkie długości (dla większego od 1 figura rośnie, mniejszego – maleje). Okrąg przechodzi na okrąg o promieniu , którego środek jest obrazem środka – to klucz do zadań o dwóch okręgach.