直線の方程式の練習問題(全10問・解答つき)
数学II「直線の方程式」(図形と方程式)の練習問題を10問まとめました。解答は各問のすぐ下に折りたたんであります。そのまま印刷すれば、解答の見えない問題プリントになります。
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問題1直線の方程式-その1-
次の直線の方程式を求めよ。
- (3, 1)を通り、傾きが − 3
- ( − 3, − 1)を通り、傾きが-1/2
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- y-1=-3(x-3)
⇔ y=-3x+10
- y-(-1)=-1/2{x-(-3)}
⇔ y=-(1/2)x-5/2
問題2直線の方程式-その2-
次の2点を通る直線の方程式を求めよ。
- (1, 2), (3, 4)
- (2, 1), ( − 1, − 3)
- (5, 3), ( − 4, 3)
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- y-2=(4-2)/(3-1)(x-1) ⇔ y=x+1
- y-1=(-3-1)/(-1-2)(x-2)
⇔ y=43x-53
- y-3=0 ⇔ y=3
問題3直線の集まりとして式をみる-その1-
- 直線 y = 2x + k(k はすべての実数)はどのような直線の集まりか。
- 直線 y = kx – 3(k はすべての実数)はどのような直線の集まりか。
- 直線 y − 3 = k(x + 2)(k はすべての実数)はどのような直線の集まりか。
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傾きが2である直線の集まり
になる.
(0, − 3)を通りy軸に平行でない直線の集まり
になる.
( − 2, 3)通りy軸に平行でない直線の集まり
になる
問題4直線の集まりとして式をみる-その2-
kを実数とする。直線 l :kx + x + y + 3k = 0について、以下の問いに答えよ。
- kの値に関わらずlが通る点Aの座標を求めよ。
- kが任意の値を取るとき、直線l はどのような直線の集まりになるか。
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k についての降べきの順にまとめると
kx+x+y+3k=0
⇔ k(x+3)+x+y=0
k の値に関わらずこの等式が成り立つには、 (x, y)が連立方程式
x+3=0 x+y=0 を満たせばよい。これを解いて、 (x, y) = ( − 3, 3) であるので、
A( − 3, 3)
また、l の方程式は (k+1)x+y+3k=0と変形でき、y の係数は0でないので、l がy 軸に平行になることはない。 さらにl の傾きは -(k+1)であり、k が実数全体を動くとき -(k+1)も実数全体を動くので、l は
A( − 3, 3)を通りy 軸に平行でない直線の集まり
になる。
問題5与えられた点を通り与えられた直線に直交する直線の方程式
- ( − 1, 2)を通り直線 y = 3に直交する直線を図示し、方程式を求めよ。
- (3, 2)を通り直線 y = 3x – 4に直交する直線の方程式を求めよ。
- (1, − 2)を通り直線 x − 2y + 3 = 0に直交する直線の方程式を求めよ。
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図のようになるので、求める方程式は
x=-1
傾き3の直線に直交するのは傾き-1/3の直線なので
y-2=-1/3(x-3)
直線 x − 2y + 3 = 0は y=1/2 x +3/2と変形でき、傾きは1/2。 これと直交する直線の傾きは− 2なので
y-(-2)=-2(x-1) ⇔ y=-2x
問題6点と直線の距離-その1-
それぞれ与えられた直線l と一点Aについて、直線l と点Aの距離を求めよ。
- l :2x − y + 4 = 0, A(2, − 1)
- l :3x − 4y − 2 = 0, A(0, 0)
- l :3x − 4y − 2 = 0, A( − 4, − 4)
- l : − 3x + 2y + 1 = 0, A(2, 2)
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- vmatrix2・ 2 - (-1) +4vmatrix√(2² + (-1)²)=vmatrix9vmatrix√5 =9√5/5
- vmatrix3・ 0 - 4 ・ 0 -2vmatrix√(3² + (-4)²)=vmatrix-2vmatrix√25 =25
- vmatrix3・ (-4) - 4 ・ (-4) -2vmatrix√(3² + (-4)²)=vmatrix2vmatrix√25 =25
- vmatrix-3・ 2 + 2 ・ 2 +1vmatrix√((-3)² + 2²)=vmatrix-1vmatrix√13 =√13/13
問題7点と直線の距離-その2-
- 直線 l :3x − 4y − k = 0とA(2, 1)の距離が3であるとき、kの値を求めよ。
- 直線 l :2kx + y − 2 = 0とA(2, 1)の距離が1であるとき、kの値を求めよ。
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- 直線l とAの距離はvmatrix3・ 2 -4 ・ 1 -kvmatrix√(3²+4²)であるので
vmatrix3・ 2 -4 ・ 1 -kvmatrix√(3²+4²)=3 ⇔ vmatrix2-kvmatrix5=3 ⇔ vmatrix2-kvmatrix=15
2-k=± 15を解いて、 k=17,-13を得る.
直線l とAの距離はvmatrix(2k)・ 2 + 1 -2vmatrix√((2k)²+1²)であるので
vmatrix(2k)・ 2 + 1 -2vmatrix√((2k)²+1²)=1 ⇔ vmatrix4k-1vmatrix√(4k² +1)=1 ⇔ vmatrix4k-1vmatrix=√(4k²+1)
両辺とも正なので、両辺2乗して
⇔ (4k-1)²=4k² +1 ⇔ 12k² -8k=0 ∴k=0, 23
問題8三角形の面積-その1-
原点をOとし、A(a1, a2)、B(b1, b2)とする。ただし、 a1≠ b1とする。
- 原点から直線ABへ引いた垂線の長さhを求めよ。
- 線分ABの長さを求め、△OABの面積を求めよ。
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原点Oと直線ABの間の距離がhと一致する。
直線ABは、Aを通り傾き(b2-a2)/(b1-a1)の直線であるので、その方程式は
y-a2 =(b2-a2)/(b1-a1)(x-a1) ⇔ (b1-a1)y - (b1 -a1)a2 =(b2-a2)x - (b2 -a2)a1 ⇔ -(b2 -a2)x +(b1-a1)y -a2b1 + a1b2=0
と表される。よって、求める垂線の長さhは次のようになる。
h=1/√({-(b2 -a2)}²+(b1-a1)²) × |-(b2 -a2) × 0 +(b1-a1)× 0 . . -a2b1 + a1b2|
=vmatrixa1b2 -a2b1vmatrix√((b1-a1)²+ (b2 -a2)²)
AB=√((b1-a1)²+ (b2 -a2)²)
、 △OAB=12 ・ AB ・ hより
△OAB =(1/2)√((b1-a1)²+ (b2 -a2)²) ・vmatrixa1b2 -a2b1vmatrix√((b1-a1)²+ (b2 -a2)²) =12vmatrixa1b2 -a2b1vmatrix
上の結果は、 a1 = b1のときにも成り立ち、次のようにまとめられる.
問題9三角形の面積-その2-
- O(0, 0), A(2, 1), B( − 3, 2)のとき、△OABの面積を求めよ。
- M(1, 2), A(3, 4), B(4, − 3)とする。 Mが原点Oと一致するよう△MABを平行移動したとき、 A, Bの座標はA', B'に移動したとする。 A', B'の座標を求め、△OA'B'の面積を求めよ。 また、△MABの面積はいくらか。
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△OAB=1/2vmatrix2 ・ 2 -1・ (-3)vmatrix
=1/2vmatrix7vmatrix=7/2
x 軸方向に− 1, y 軸方向に − 2平行移動するので
A(3, 4) → A'(2, 2)
B(4,-3) → B'(3,-5)
よって、
△OA'B'=1/2vmatrix2・(-5) - 2・ 3vmatrix
=1/2 vmatrix-16vmatrix=8
また、 △MABを平行移動して△OA'B'になったので、 △MAB=△OA'B'=8。
覚えておきたい事項(1問)
暗記1直線に対して対称な点
- 直線 l :x − 2y + 3 = 0に対し、 A(1, − 2)と対称な点Pを求めよ。
- 直線 m :x = − 2に対し、 A(1, − 2)と対称な点Qを求めよ。
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右欄外のような図を描き、P(s, t)とおく。線分APの中点((s+1)/2,(t-2)/2)は
直線l上にあるので
(s+1)/2 - 2・(t-2)/2 +3=0 ⇔ (s+1)-2(t-2)+6=0 ⇔ s=2t-11
①
lの方程式は y=1/2 x +3/2と変形できるので、 l の傾きは1/2である。 直線APの傾きは(t-(-2))/(s-1)であり、l とAPは直交するので
12 ・ (t-(-2))/(s-1)=-1 ⇔ t+2=-2(s-1) ⇔ t=-2s
②
①に②を代入して s=2(-2s)-11 ⇔ s=-11/5 これを②に代入して t=22/5、よって P (-11/5, 22/5)
図を描いて、AとQはy 座標が等しいと分かる。Aと直線mの距離は3であるから、線分AQの長さは6であるので、
Q( − 5, − 2)
である。
△Q(s, − 2)とおき、線分AQの中点の x座標(s+1)/2は、中点が直線m 上にあることから− 2なので
(s+1)/2=-2 ⇔ s=-5
と求めてもよい。