L'equació de la recta I

Equació d'una recta

Una equació d'una recta \(r\) és una relació algebraica que serveix per a decidir quins punts del pla pertanyen a la recta i quins no.

Hi ha diferents formes d'expressar l'equació d'una recta cadascuna amb els seus avantatges i els seus inconvenients.

Equació vectorial

Una recta \(r\) queda determinada si es coneix la posició d'un punt qualsevol \(P(x_0,y_0) \in r\) i la seva direcció, donada per un vector \(\vec{v}=(v_x,v_y)\ne\vec{0}\). Aquest vector s'anomena vector director de la recta. Un punt qualsevol de la recta \(X(x,y)\) verifica:

\( \begin{align} \overrightarrow{PX}=k\cdot\vec{v}\quad & \Leftrightarrow\quad (x,y)-(x_0,y_0)=k\cdot(v_x,v_y) \\[8pt] & \Leftrightarrow\quad (x,y)=(x_0,y_0)+k\cdot(v_x,v_y) \\[8pt] & \Leftrightarrow\quad \vec{x}=\vec{p}+k\vec{v} \end{align} \)

on \(\vec{x}=(x,y)\) i \(\vec{p}=(x_0,y_0)\) són els vectors posició dels punt \(X\) i \(P\) respectivament. Aquesta equació s'anomena equació vectorial de la recta \(r\).

El nombre real \(k\) s'anomena paràmetre de la recta i indica quantes vegades s'ha d'aplicar el vector \(\vec{v}\) per desplaçar-se des del punt \(P\) fins al punt \(X\). Cada valor del paràmetre \(k\) té associat un punt de la recta i viceversa.

Equació vectorial
\(\bbox[15px,border:1px solid]{ \vec{x}=\vec{p}+k\vec{v},\;\;\mathsf{amb}\;\;k\in\mathbb{R} }\)

Exemple

Volem saber quina és l'equació vectorial de la recta \(r\) que passa pel punt \(P(-1,3)\) i té com a vector director \(\vec{v}=(2,-2)\), i a més fer-la servir per calcular quatre punts de la recta.

L'equació vectorial és simplement:

\( r:\;(x,y)=(-1,3)+k(2,-2) \)

Per trobar els quatre punts donarem valors arbitraris al paràmetre \(k\) i els aplicarem a l'equació vectorial.

\( \begin{array}{l} k=0 & \Rightarrow & (x,y)=(-1,3)+0\cdot(2,-2) = (-1,3) \\[8pt] k=1 & \Rightarrow & (x,y)=(-1,3)+1\cdot(2,-2) = (1,1) \\[8pt] k=2 & \Rightarrow & (x,y)=(-1,3)+2\cdot(2,-2) = (3,-1) \\[8pt] k=3 & \Rightarrow & (x,y)=(-1,3)+3\cdot(2,-2) = (5,-3) \end{array} \)

Observacions:

Exercici 1

Escriu l'equació vectorial de la recta \(r\) que passa pel punt \(P(4,-3)\) i té com a vector director \(\vec{v}=(-2,3)\).

Solució:

Exercici 2

Escriu l'equació vectorial de la recta \(r\) que passa pels punts \(A(1,2)\) i \(B(4,0)\).

Solució:

Equacions paramètriques

Si s'escriu l'equació vectorial en components, s'obté:

\( \begin{align} \vec{x}=\vec{p}+k\vec{v} \quad & \Leftrightarrow\quad (x,y)=(x_0,y_0)+k\cdot(v_x,v_y) \\[8pt] & \Leftrightarrow\quad (x,y)=(x_0+kv_x,y_0+kv_y) \\[8pt] & \Leftrightarrow\quad \left\lbrace \begin{array}{l} x=x_0+kv_x \\ y=y_0+kv_y \end{array} \right. \end{align} \)

Aquestes dues equacions són les equacions paramètriques de la recta.

Equacions paramètriques
\(\bbox[15px,border:1px solid]{ \left\lbrace \begin{array}{l} x=x_0+kv_x \\ y=y_0+kv_y \end{array} \right.,\;\;\mathsf{amb}\;\;k\in\mathbb{R} }\)

Observacions:

Exercici 3

Considera la recta \(r\) que té les següents equacions paramètriques:

\( r:\;\left\lbrace \begin{array}{l} x=5-4k \\ y=3+8k \end{array} \right. \).

Pot ser el vector \(\vec{a}=(1,-2)\) un vector director de \(r\)?

Solució:

Exercici 4

Troba les coordenades de tres punts de la recta \(r\) que té les següents equacions paramètriques:

\( r:\;\left\lbrace \begin{array}{l} x=3+k \\ y=-2+2k \end{array} \right. \).

Solució:

Exercici 5

Esbrina si els punts \(A(2,7)\) i \(B(4,-5)\) pertanyen a la recta \( r:\;\left\lbrace \begin{array}{l} x=6-2k \\ y=1+3k \end{array} \right. \).

Solució:

Equació contínua

Aïllant el paràmetre \(k\) de les dues equacions paramètriques i igualant l'expressions obtingudes s'obté:

\( \begin{align} \left\lbrace \begin{array}{l} x=x_0+kv_x \\ y=y_0+kv_y \end{array} \right. \quad & \Leftrightarrow\quad \left\lbrace \begin{array}{l} k=\dfrac{x-x_0}{v_x} \\ k=\dfrac{y-y_0}{v_y} \end{array} \right. \\[8pt] & \Leftrightarrow\quad \dfrac{x-x_0}{v_x} = \dfrac{y-y_0}{v_y} \end{align} \)

Aquesta última equació és l'equació contínua de la recta.

Equació contínua
\(\bbox[15px,border:1px solid]{ \dfrac{x-x_0}{v_x} = \dfrac{y-y_0}{v_y} }\)

Exemple

Volem trobar l'equació contínua de la recta \(r\) que passa pels punts \(A(3,4)\) i \(B(5,0)\). El que farem primer és trobar un vector director, per exemple \(\vec{v}=\overrightarrow{AB}=(2,-4)\). Ara, agafant el punt \(A\), per exemple, com a punt de referència obtenim l'equació contínua següent:

\(\dfrac{x-3}{2}=\dfrac{y-4}{-4}\)

Observacions:

Exercici 6

Troba les coordenades de tres punts de la recta:

\(r:\;\dfrac{x-3}{5}=\dfrac{2-y}{3}\)

Solució:

Exercici 7

Esbrina si els punts \(A(-5,2)\) i \(B(1,11)\) pertanyen a la recta \( r:\;\dfrac{x+3}{2}=\dfrac{y-5}{3} \).

Solució: