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図形と方程式の基本md 231db3d
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図形ずけい方程式ほうていしき基本きほん

date2026-07-15document_iddoc_4a2a45f8c538318f7a6ef0dea666098ddescription点が満たす条件から軌跡の方程式を導出し、直線、円、距離条件を座標平面上で解釈する。prerequisites二次関数の基本 / 平方完成 / 座標平面の基本 / 三平方の定理type講義content_typelecturestatusactiverelateddata/lecture/math/geometry/coordinate-geometry-portal.lecture.n.md / data/lecture/math/geometry/geometric-regions-basics.lecture.n.md / data/lecture/math/vector/position-vectors-and-geometry-applications.lecture.n.md / data/lecture/math/trigonometry/trigonometric-functions.lecture.n.md
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1導入どうにゅう

本講義ほんこうぎでは、平面上へいめんじょうてん P(x,y)たす条件じょうけん方程式ほうていしき変換へんかんし、その方程式ほうていしきあらわ図形ずけい解釈かいしゃくする。この対応たいおう直線ちょくせんえん距離条件きょりじょうけんについて説明せつめいする。

2軌跡きせき方程式ほうていしき

ある条件じょうけんたすすべてのてんからなる集合しゅうごうを、そのてん軌跡きせきlocusという。P(x,y)条件じょうけん方程式ほうていしき F(x,y)=0同値どうちであるとき、

Pが軌跡上にあるF(x,y)=0

成立せいりつする。この双方向そうほうこう確認かくにんすることにより、方程式ほうていしき余分よぶんてんふくまず、必要ひつようてんかないことが保証ほしょうされる。

3二点間にてんかん距離きょり

2 てん A(x1,y1)B(x2,y2)距離きょりdistanceは、三平方さんへいほう定理ていりにより

AB=(x2-x1)2+(y2-y1)2

である。この公式こうしきは、幾何学的きかがくてき距離条件きょりじょうけん方程式ほうていしき変換へんかんする基礎きそとなる。

4直線ちょくせん

x 座標ざひょうが 1 増加ぞうかすると y 座標ざひょうm 増加ぞうかする直線ちょくせんは、y=mx+nあらわされる。mかたむき、ny 切片せっぺんという。ただし、鉛直線えんちょくせんはこのかたちでは表現ひょうげんできず、x=aあらわす。両者りょうしゃふく一般形いっぱんけい

ax+by+c=0((a,b)(0,0))

である。

5えん

中心ちゅうしん C(a,b) からの距離きょりr>0 であるてん P(x,y)軌跡きせきえんという。距離公式きょりこうしきから

CP=r(x-a)2+(y-b)2=r

であり、両辺りょうへん非負ひふであるため、二乗にじょうしても同値性どうちせい保存ほぞんされる。したがって、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")](x-a)2+(y-b)2=r2

る。ぎゃくに、この方程式ほうていしきたすてんでは CP=r成立せいりつするため、この方程式ほうていしき円全体えんぜんたい正確せいかくあらわす。

6平方完成へいほうかんせいによる標準形ひょうじゅんけい

たとえば、

x2+y2-2x+4y-4=0

において

x2-2x=(x-1)2-1,y2+4y=(y+2)2-4

平方完成へいほうかんせいすると、

(x-1)2+(y+2)2=9

る。したがって、この方程式ほうていしき中心ちゅうしん (1,-2)半径はんけい 3えんあらわす。

7要約ようやく

  • 軌跡きせきもとめるには、てん P(x,y)条件じょうけん方程式ほうていしき同値性どうちせい確認かくにんする。
  • 直線ちょくせん一般形いっぱんけいax+by+c=0 であり、鉛直線えんちょくせんふくむ。
  • えん標準形ひょうじゅんけい(x-a)2+(y-b)2=r2 であり、平方完成へいほうかんせいにより中心ちゅうしん半径はんけい特定とくていできる。
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Coordinate Geometry Basics

1Introduction

This lecture converts conditions satisfied by a point P(x,y) in the plane into equations and interprets the geometric sets represented by those equations. The correspondence is developed for lines, circles, and distance conditions.

2Loci and equations

The locus of a point is the set of all its positions satisfying a given condition. If a condition on P(x,y) is equivalent to an equation F(x,y)=0, then

PliesonthelocusF(x,y)=0.

Both directions must be verified: the equation must neither introduce extraneous points nor omit required points.

3Distance between two points

For A(x1,y1) and B(x2,y2), the Pythagorean theorem gives the distance

AB=(x2-x1)2+(y2-y1)2.

This formula converts geometric distance conditions into equations.

4Lines

A nonvertical line whose y-coordinate increases by m whenever its x-coordinate increases by one has equation y=mx+n. Here m is the slope and n is the y-intercept. A vertical line cannot be expressed in this form and instead has equation x=a. The general form covering both cases is

ax+by+c=0((a,b)(0,0)).

5Circles

A circle with center C(a,b) and radius r>0 is the locus of points P(x,y) whose distance from C is r. Hence

CP=r(x-a)2+(y-b)2=r.

Both sides are nonnegative, so squaring preserves equivalence and gives

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")](x-a)2+(y-b)2=r2.

Conversely, every point satisfying this equation has CP=r. Thus the equation represents precisely the entire circle.

6Completing the square

For example, completing the square in

x2+y2-2x+4y-4=0

gives

x2-2x=(x-1)2-1,y2+4y=(y+2)2-4,

and therefore

(x-1)2+(y+2)2=9.

The equation represents the circle with center (1,-2) and radius 3.

7Summary

  • To determine a locus, verify the equivalence between the condition on P(x,y) and its equation.
  • The general line equation ax+by+c=0 includes vertical lines.
  • The standard circle equation is (x-a)2+(y-b)2=r2; completing the square identifies its center and radius.
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