【線形代数】1-1-2 座標平面における直線の方程式|要点まとめ
このページでは、大学数学の線形代数で扱う「座標平面における直線の方程式」について整理します。方向ベクトルを用いたパラメータ表示(媒介変数表示)や、法線ベクトルを利用した直線の方程式の求め方を分かりやすく解説します。
座標平面における直線の方程式
【平面内の直線ベクトル方程式】
平面における直線上の点を表すベクトル\(\boldsymbol{x}\)は、直線上のある1点を表すベクトル\(\boldsymbol{a}\)と方向を表す\(\boldsymbol{0}\)でないベクトル\(\boldsymbol{v}\)を用いて
\(\boldsymbol{x}=\boldsymbol{a}+t\boldsymbol{v}\)
と表せる。ここで、\(t\)は実数全体を動くパラメータ(媒介変数)である。これを直線のパラメータ表示といい、\(\boldsymbol{v}\)をこの直線の方向ベクトルという。
また、このような表示を直線のベクトル方程式という。
【直線の法線ベクトル】
平面における直線上の点を表すベクトル\(\boldsymbol{x}\)は、直線上のある1点を表すベクトル\(\boldsymbol{a}\)と直線と垂直な\(\boldsymbol{0}\)でないベクトル\(\boldsymbol{n}\)を用いて
\((\boldsymbol{x}-\boldsymbol{a},\boldsymbol{n})=0\)
と表せる。\(\boldsymbol{n}\)をこの直線の法線ベクトルという。
【例題】点\((1,2)\)を通り、ベクトル\(\begin{pmatrix}3 \\ 5\end{pmatrix}\)に平行である。
\(\begin{pmatrix}x \\ y\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1 \\ 2\end{pmatrix}+t\begin{pmatrix}3 \\ 5\end{pmatrix}\)
\(x=1+3t\)
\(y=2+5t\)
\(t\)を消去すると
\(\displaystyle y=\frac{5}{3}x+\frac{1}{3}\)