Перейти до основного вмісту
Каталог

Рівняння прямої й кола

~15 хв · 8 розділів · 9 тестових запитань

Планіметрія
Математика НМТ

Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + біологія.

Визначаєш центр і радіус кола за рівнянням (x − a)² + (y − b)² = R², складаєш рівняння кола за центром і радіусом, центром і точкою або кінцями діаметра. Записуєш рівняння прямої в загальному вигляді й кутовій формі, перевіряєш підстановкою належність точки прямій чи колу.

Рівняння кола

Уяви, що на координатній площині фігура — це не просто малюнок, а множина точок, об'єднаних спільною властивістю. Рівняння фігури — це рівняння з двома змінними x і y, яке задовольняють координати всіх точок цієї фігури й лише вони. Іншими словами, коли ти підставляєш координати будь-якої точки фігури, рівняння перетворюється на правильну числову рівність, а для точки, що не належить фігурі, — на неправильну.

Рівняння кола випливає з його означення. Коло з центром C(a; b) і радіусом R — це всі точки M(x; y), для яких відстань CM = R. Ти вже знаєш формулу відстані між двома точками:

Підносимо обидві частини до квадрата й отримуємо канонічне рівняння кола:

Якщо центр кола міститься в початку координат O(0; 0), то a = 0 і b = 0, тому рівняння спрощується до:

Як «читати» рівняння кола

Щоб знайти центр і радіус за готовим рівнянням, дотримуйся простого правила: координати центра — це числа, які віднімаються від x і y у дужках (з протилежним знаком, якщо здається, що стоїть «+»), а радіус — квадратний корінь з правої частини.

Розгляньмо кілька прикладів.

Рівняння

Центр C(a; b)

Радіус R

Пояснення

(x + 2)² + (y − 5)² = 16

C(−2; 5)

R = 4

x + 2 = x − (−2), тому a = −2; y − 5 — це b = 5; √16 = 4

(x − 3)² + y² = 7

C(3; 0)

R = √7

x − 3 дає a = 3; y² = (y − 0)², отже b = 0; R = √7

x² + (y + 1)² = 1

C(0; −1)

R = 1

x² = (x − 0)², a = 0; y + 1 = y − (−1), b = −1; √1 = 1

Як скласти рівняння кола

За центром і радіусом

Просто підстав числа у формулу. Центр (1; −4), радіус R = 3:

За центром і точкою кола

Якщо відомі центр C(2; −1) і точка кола A(5; 3), спочатку знайди квадрат радіуса як квадрат відстані між ними:

Тоді рівняння:

За кінцями діаметра

Нехай кінці діаметра — точки A(x₁; y₁) і B(x₂; y₂). Центр кола — середина діаметра (ти вже знаєш, як її знаходити), а радіус — половина довжини діаметра.

Наприклад, A(1; 2), B(7; 6). Центр: C((1+7)/2; (2+6)/2) = C(4; 4). Довжина AB: √((7−1)² + (6−2)²) = √(36 + 16) = √52 = 2√13, тому R = √13, R² = 13. Рівняння: (x − 4)² + (y − 4)² = 13.

Рівняння кола з розкритими дужками

На НМТ тобі можуть дати рівняння, в якому дужки вже розкрито, наприклад:

Треба звести його до канонічного вигляду методом виділення повних квадратів. Згрупуй доданки з x і з y:

Для x² − 6x додай і відніми (6/2)² = 9; для y² + 4y — (4/2)² = 4:

Отже, центр C(3; −2), радіус R = 5.

Важливо: якщо після виділення повних квадратів права частина виявиться від'ємною або дорівнюватиме нулю, то таке рівняння не задає кола (від'ємне число — жодної точки, нуль — вироджене коло — одна точка).

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Точка й коло, коло й осі

Як перевірити, чи належить точка колу

Точка M(x₀; y₀) лежить на колі, якщо її координати задовольняють рівняння кола. Якщо ліва частина рівняння менша за R², точка лежить усередині круга (обмеженої колом області). Якщо більша — точка розташована поза колом.

Розгляньмо коло x² + y² = 25 (центр O(0; 0), R = 5).

Точка

Підстановка

Результат

Висновок

(3; 4)

3² + 4² = 9 + 16 = 25

= 25

На колі

(1; 2)

1² + 2² = 1 + 4 = 5

< 25

Усередині кола

(4; 4)

4² + 4² = 16 + 16 = 32

> 25

Поза колом

Перетин кола з осями координат

Щоб знайти точки перетину кола з віссю Ox, підстав у рівняння y = 0 і розв'яжи відносно x.

Наприклад, для кола (x − 1)² + (y − 3)² = 25:

Отже, коло перетинає вісь Ox у точках (5; 0) і (−3; 0).

Щоб знайти перетин з віссю Oy, підстав x = 0:

Дотик кола до осей координат

Коло з центром C(a; b) дотикається до осі Ox, якщо його радіус дорівнює відстані від центра до цієї осі, тобто R = |b|. До осі Oy — якщо R = |a|.

Наприклад, коло з центром C(−3; 2), що дотикається до осі Oy, має радіус R = |−3| = 3. Його рівняння:

Якщо ж коло дотикається до обох осей одночасно (крім центра в початку координат), то R = |a| = |b| і центр лежить на бісектрисі кута між осями.

Взаємне розташування прямої та кола

Пряма може перетинати коло у двох точках, дотикатися до нього (одна спільна точка) або не мати з ним спільних точок. Щоб визначити це, знаходять відстань від центра кола до прямої й порівнюють її з радіусом.

Наприклад, пряма y = 3 і коло x² + y² = 9. Центр кола — O(0; 0). Відстань від центра до прямої y = 3 дорівнює 3, і радіус R = 3. Отже, пряма дотикається до кола в точці (0; 3).

Підставимо y = 3 у рівняння кола: x² + 9 = 9 ⇒ x² = 0 ⇒ x = 0. Справді, лише одна спільна точка.

Рендеринг діаграми…

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Рівняння прямої

Пряма на координатній площині — це найпростіша фігура, і її можна описати кількома способами.

Загальне рівняння прямої

Загальне рівняння прямої має вигляд:

де A* і *B не дорівнюють нулю одночасно (тобто хоча б одне з них відмінне від нуля). Якщо B ≠ 0, це рівняння можна перетворити на зручніший вигляд, виразивши y (тоді k = −A/B, b = −C/B):

Тут k — кутовий коефіцієнт (він показує, на скільки одиниць змінюється y при зміні x на 1), а b — вільний член (ордината точки перетину прямої з віссю Oy). Докладно властивості лінійної функції розглядаються в окремому юніті.

Наприклад, 2x − y + 3 = 0 можна записати як y = 2x + 3. Тут A = 2, B = −1, C = 3, тому k = −A/B = 2, b = −C/B = 3.

Як перевірити, чи належить точка прямій

Точка належить прямій тоді й лише тоді, коли її координати задовольняють рівняння цієї прямої. Підстав x₀ і y₀ у рівняння — якщо отримаєш правильну рівність, точка лежить на прямій.

Приклад: чи лежить точка A(−1; 1) на прямій 3x + 2y + 1 = 0?

Підставляємо: 3 · (−1) + 2 · 1 + 1 = −3 + 2 + 1 = 0. Рівність правильна, отже, A(−1; 1) належить прямій.

Прямі, паралельні осям координат

Окремий випадок — прямі, паралельні осям:

Рівняння

Опис

Приклад

x = a

Вертикальна пряма, паралельна осі Oy

x = 4 — усі точки з абсцисою 4

y = b

Горизонтальна пряма, паралельна осі Ox

y = −2 — усі точки з ординатою −2

y = 0

Вісь Ox

Горизонтальна пряма через початок координат

x = 0

Вісь Oy

Вертикальна пряма через початок координат

Пряму x = 4 не можна записати у вигляді y = kx + b — кутовий коефіцієнт для вертикальної прямої не визначений (він «нескінченний»).

Пряма через дві точки

Якщо відомі координати двох точок A(x₁; y₁) і B(x₂; y₂), через які проходить пряма, і вона не вертикальна (x₁ ≠ x₂), то рівняння шукають у вигляді y = kx + b, підставляючи координати обох точок і розв'язуючи систему рівнянь.

Наприклад, пряма через точки A(1; 3) і B(3; 7):

Підставляємо A: k · 1 + b = 3 ⇒ k + b = 3

Підставляємо B: k · 3 + b = 7 ⇒ 3k + b = 7

Віднімаємо перше рівняння від другого: 2k = 4 ⇒ k = 2. Тоді b = 3 − k = 3 − 2 = 1.

Рівняння: y = 2x + 1.

Перевірка другою точкою: 2 · 3 + 1 = 7 — усе правильно.

Якщо точки мають однакову абсцису (x₁ = x₂), то пряма вертикальна, і її рівняння x = x₁.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Розбираємо завдання

У цьому розділі розглянемо типові завдання НМТ на тему «Рівняння прямої й кола». Для кожного завдання подано покроковий розв'язок, правильну відповідь і пояснення, чому інші варіанти неправильні.

Приклад 1. Знаходження центра й радіуса кола

Завдання: визнач центр і радіус кола, заданого рівнянням (x − 4)² + (y + 1)² = 9. Варіанти відповідей:

  • центр (4; −1), R = 3

  • центр (−4; 1), R = 3

  • центр (4; −1), R = 9

  • центр (4; 1), R = 3

  • центр (−4; −1), R = 81

Розв'язання:

Порівнюємо з канонічним виглядом (x − a)² + (y − b)² = R². Маємо (x − 4)², тому a = 4. (y + 1)² = (y − (−1))², тому b = −1. Права частина 9 = 3², отже R = 3. Відповідь: центр (4; −1), R = 3.

Чому інші варіанти неправильні:

  • центр (−4; 1), R = 3 — поширена помилка: знаки координат узяті навпаки (з (x − 4)² беруть a = −4, а з (y + 1)² беруть b = 1)

  • центр (4; −1), R = 9 — радіус не добуто з квадрата: R² = 9, тому R = 3, а не 9

  • центр (4; 1), R = 3 — у (y + 1)² помилково взяли b = 1, хоча треба b = −1

  • центр (−4; −1), R = 81 — подвійна помилка: знаки навпаки й радіус піднесено до квадрата замість добування кореня

Приклад 2. Встановлення відповідності (логічні пари)

Завдання: установи відповідність між рівняннями кіл (1–3) та їхніми властивостями (А–Д).

Рівняння кола

Властивість

1) x² + (y − 3)² = 4

А) проходить через початок координат

2) (x + 3)² + y² = 9

Б) дотикається до обох осей координат

3) (x − 2)² + (y + 2)² = 4

В) центр лежить на осі Oy

Г) радіус дорівнює 9

Д) центр у точці (3; 0)

Розв'язання:

Для кола 1) x² + (y − 3)² = 4 центр C(0; 3) — лежить на осі Oy (абсциса 0). Отже, 1 → В.

Для кола 2) (x + 3)² + y² = 9 центр C(−3; 0), радіус R = 3. Перевіримо, чи проходить через початок координат: (0 + 3)² + 0² = 9 = R², отже, проходить. 2 → А. Варіант Д (центр (3; 0)) не підходить — знак навпаки.

Для кола 3) (x − 2)² + (y + 2)² = 4 центр C(2; −2), радіус R = 2. Відстань до осі Ox: |b| = |−2| = 2 = R, до осі Oy: |a| = 2 = R. Отже, коло дотикається до обох осей. 3 → Б.

Відповідь: 1–В, 2–А, 3–Б.

Приклад 3. Перевірка належності точки прямій

Завдання: яка з точок лежить на прямій 2x − 3y = 12?

  • (3; −2)

  • (0; 4)

  • (−3; 2)

  • (2; 3)

  • (6; 1)

Розв'язання: підставляємо координати кожної точки в рівняння та перевіряємо рівність.

Точка (3; −2): 2·3 − 3·(−2) = 6 + 6 = 12. Рівність виконується. Це правильна відповідь.

Перевірка інших:

  • (0; 4): 2·0 − 3·4 = −12 ≠ 12

  • (−3; 2): 2·(−3) − 3·2 = −6 − 6 = −12 ≠ 12

  • (2; 3): 2·2 − 3·3 = 4 − 9 = −5 ≠ 12

  • (6; 1): 2·6 − 3·1 = 12 − 3 = 9 ≠ 12

Відповідь: (3; −2).

Приклад 4. Складання рівняння кола за центром і точкою

Завдання: складіть рівняння кола з центром у точці (−2; 3), яке проходить через точку (1; 7).

  • (x + 2)² + (y − 3)² = 25

  • (x − 2)² + (y + 3)² = 25

  • (x + 2)² + (y − 3)² = 5

  • (x − 1)² + (y − 7)² = 25

  • (x + 2)² + (y − 3)² = 49

Розв'язання:

Крок 1. Центр C(−2; 3). У канонічному рівнянні (x − (−2))² + (y − 3)² = R², тобто (x + 2)² + (y − 3)² = R².

Крок 2. Радіус — відстань від центра до точки (1; 7):

Крок 3. Рівняння: (x + 2)² + (y − 3)² = 25.

Чому інші варіанти неправильні:

  • (x − 2)² + (y + 3)² = 25 — знаки координат центра навпаки

  • (x + 2)² + (y − 3)² = 5 — праворуч записано R = 5 замість R² = 25

  • (x − 1)² + (y − 7)² = 25 — за центр помилково взято точку (1; 7), а не (−2; 3)

  • (x + 2)² + (y − 3)² = 49 — квадрат радіуса обчислено як 7² = 49 (додали 3 + 4 замість 3² + 4²)

Приклад 5. Складання рівняння прямої через дві точки

Завдання: складіть рівняння прямої, що проходить через точки A(−1; 5) і B(2; −1).

  • y = −2x + 3

  • y = 2x + 7

  • y = −0,5x + 4,5

  • y = −2x − 3

  • y = −3x + 2

Розв'язання:

Крок 1. Складаємо систему для y = kx + b. Для точки A(−1; 5): −k + b = 5. Для точки B(2; −1): 2k + b = −1.

Крок 2. Віднімаємо перше рівняння від другого: (2k + b) − (−k + b) = −1 − 5 ⇒ 3k = −6 ⇒ k = −2.

Крок 3. Підставляємо k = −2 у перше рівняння: −(−2) + b = 5 ⇒ 2 + b = 5 ⇒ b = 3.

Крок 4. Рівняння: y = −2x + 3.

Перевірка точкою B: −2·2 + 3 = −4 + 3 = −1 — правильно.

Чому інші варіанти неправильні:

  • y = 2x + 7 — знак k навпаки (додатний замість від'ємного)

  • y = −0,5x + 4,5 — переплутали Δx і Δy: k = Δx/Δy замість Δy/Δx

  • y = −2x − 3 — правильний k, але знак b навпаки: з −k + b = 5 маємо b = 5 + k = 5 − 2 = 3, а не −3

  • y = −3x + 2 — обидва коефіцієнти неправильні

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Типові помилки й пастки

Нижче наведено найпоширеніші помилки, яких припускаються учні під час розв'язування задач на рівняння прямої й кола. Уважно вивчи їх, щоб не втратити бали на НМТ.

  • Плутають знак координат центра кола. Наприклад, у рівнянні (x + 2)² + (y − 5)² = 16 абсцису центра вважають рівною 2, а не −2. Запам'ятай: у формулі стоїть (x − a)², тому (x + 2)² = (x − (−2))², отже a = −2.

  • За радіус беруть число з правої частини рівняння, не добуваючи квадратний корінь. У рівнянні (x − 4)² + (y + 1)² = 16 пишуть R = 16, хоча R = 4.

  • У рівнянні кола, складеному за центром і точкою, записують праворуч R замість R². Наприклад, для R = 5 пишуть (x + 2)² + (y − 3)² = 5, а має бути = 25.

  • Переставляють координати точки під час підстановки в рівняння: замість x підставляють ординату, а замість y — абсцису. Завжди перевіряй: перше число в дужках — це x, друге — y.

  • Вважають, що будь-яке рівняння вигляду x² + y² + … = 0 задає коло. Насправді після виділення повних квадратів права частина може виявитися від'ємною (тоді кола немає) або нулем (тоді маємо лише одну точку).

  • Плутають рівняння вертикальної та горизонтальної прямої. Пряма x = 4 — це вертикальна лінія, паралельна осі Oy, а не горизонтальна. Пряма y = 4 — горизонтальна.

  • Знаходять лише кутовий коефіцієнт k і забувають обчислити b або не перевіряють другу точку. Завжди перевіряй, чи задовольняє рівняння друга задана точка.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Як це перевіряють на НМТ

Тема «Рівняння прямої та кола» належить до теми «Координати та вектори на площині» (розділ «Планіметрія») програми НМТ з математики. Вона перевіряє вміння «складати рівняння прямої та рівняння кола».

Рівняння кола й рівняння прямої варто знати напам'ять: так ти не витрачатимеш час на пошук формул у довідкових матеріалах.

Формати завдань

Номери завдань

Формат

Бали

Що перевіряють

1–15

Вибір однієї відповіді з п'яти (А–Д)

0 або 1 бал

Центр і радіус кола за рівнянням, чи проходить пряма через точку

16–18

Логічні пари (1–3 → А–Д)

0–3 бали (по 1 балу за кожну пару)

Наприклад, рівняння кола ↔ його центр чи властивість

Стратегія розв'язування

У завданнях на перевірку належності точки прямій або колу найшвидший спосіб — підставити координати запропонованих точок у рівняння. Це дає змогу уникнути помилок, пов'язаних із запам'ятовуванням формул.

У завданнях на логічні пари спочатку визнач центр і радіус кожного кола, а тоді зіставляй із властивостями. Пам'ятай, що дві властивості зайві: у правому стовпчику п'ять варіантів на три рівняння.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Питання й відповіді

Чому центр кола (x + 2)² + (y − 5)² = 16 має абсцису −2?

Тому що канонічне рівняння кола має вигляд (x − a)² + (y − b)² = R². Вираз (x + 2)² можна переписати як (x − (−2))². Отже, a = −2. Запам'ятай: знак у дужці завжди протилежний до знака координати центра. Якщо в дужці «+», то координата від'ємна; якщо «−» — додатна.

Як знайти радіус, якщо праворуч у рівнянні кола стоїть число, що не є повним квадратом?

Радіусом буде квадратний корінь з цього числа. Наприклад, у рівнянні (x − 3)² + y² = 7 права частина — 7. Тому R = √7. Нічого страшного, що корінь не добувається націло — такий запис цілком прийнятний. Головне — не записувати замість R саме число 7.

Як перевірити, чи лежить точка на прямій?

Підстав координати точки (x₀; y₀) у рівняння прямої замість x і y. Якщо отримаєш правильну числову рівність, точка належить прямій. Наприклад, для перевірки точки (2; 5) на прямій 3x − y = 1 обчислюємо 3·2 − 5 = 6 − 5 = 1. Рівність виконується, отже, точка лежить на прямій.

Як записати рівняння вертикальної прямої?

Вертикальна пряма, паралельна осі Oy, записується у вигляді x = a, де a — абсциса всіх точок цієї прямої. Наприклад, x = 4 — це пряма, всі точки якої мають абсцису 4 (вона проходить через точку (4; 0) і паралельна осі Oy). Таку пряму не можна записати у вигляді y = kx + b, бо кутовий коефіцієнт для неї не визначений.

Як знайти центр кола, якщо в рівнянні розкрито дужки?

Треба звести рівняння до канонічного вигляду (x − a)² + (y − b)² = R² методом виділення повних квадратів. Згрупуй доданки з x окремо, з y окремо, потім до кожного двочлена додай і відніми квадрат половини коефіцієнта при першому степені. Наприклад, x² − 6x перетворюємо так: (x² − 6x + 9) − 9 = (x − 3)² − 9. Те саме з y. Після цього перенеси числа в праву частину — отримаєш канонічне рівняння, з якого й визначиш центр і радіус.

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Коротко: головне

  • (x − a)² + (y − b)² = R²: центр (a; b) зі знаками, протилежними до знаків у дужках; R — корінь з правої частини

  • Точка лежить на лінії ⇔ її координати задовольняють рівняння

  • Пряма: Ax + By + C = 0 або y = kx + b; x = a — вертикальна, y = b — горизонтальна

  • Пряма через дві точки — система для k і b

  • Рівняння з розкритими дужками — виділи повні квадрати

Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.

Самоперевірка

Перевірте себе на цьому юніті

Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.

1. Яка з точок лежить на прямій $2x+3y=6$?

2. Дано коло $(x-1)^{2}+(y+2)^{2}=25$. Яка з точок лежить **усередині** круга, обмеженого цим колом?

3. Кінцями діаметра кола є точки $A(2;1)$ і $B(8;5)$. Яке рівняння цього кола?

4. Рівняння $x^{2}+y^{2}+4x-6y-3=0$ задає коло. Визнач його центр і радіус.

5. Дано рівняння кола: $(x-5)^{2}+(y+3)^{2}=36$. Укажи правильне твердження.

Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 9 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.

Приєднатися, щоб пройти тест