Coordinate Geometry: Lines & Circles
座標幾何は、図形の問題を「数」と「式」に翻訳して扱う分野です。点を座標で表せば、長さも傾きも交点も、すべて代数の計算で求められます。この単元では、2点を結ぶ直線の傾き・中点・距離から始め、直線の方程式、平行・垂直の判定、そして円の方程式と中心・半径の求め方までを一気通貫で学びます。AS の山場のひとつであり、後の微分(接線・法線)にも直結する土台です。
Coordinate geometry translates shapes into numbers and equations. Once points are given coordinates, lengths, gradients and intersections all become algebra. In this topic we build from the gradient, midpoint and distance between two points, through the equation of a straight line, the tests for parallel and perpendicular lines, and finally the equation of a circle and how to extract its centre and radius. It is a cornerstone of AS and feeds directly into later work on tangents and normals in differentiation.
Gradient, midpoint and distance
2点 と について、傾き(勾配)は「縦の変化 ÷ 横の変化」で です。線分 の中点は両座標の平均 。2点間の距離はピタゴラスの定理から で求めます。符号は引く順序で決まりますが、距離は2乗するので順序によらず同じ値になります。
For two points and , the gradient is the change in over the change in : . The midpoint of is the average of the coordinates, . The distance between the points comes from Pythagoras: . The order of subtraction affects the sign of the gradient, but since the distance squares each difference, it gives the same value either way.
The equation of a straight line
傾き と通る1点 が分かれば、直線は で書けます。これが最も汎用的な形です。展開して整理すると ( は 切片)や の形にできます。2点が与えられたときは、まず傾きを計算し、どちらかの点を代入すれば方程式が決まります。試験では最後に「 の形で」と指定されることが多いので、分数を払って整数係数に整えておくと安全です。
Given a gradient and one point on the line, its equation is — the most flexible form to start from. Expanding and rearranging gives either (with -intercept ) or . When two points are given, first find the gradient, then substitute either point. Exam questions often ask for the answer in the form , so clearing fractions to obtain integer coefficients is a safe finishing move.
Parallel and perpendicular lines
2直線が平行であることは「傾きが等しい」こと、すなわち と同値です。垂直であることは「傾きの積が 」、すなわち 。言い換えると、一方の傾きが分かれば、もう一方の垂直な直線の傾きは符号を変えて逆数をとった「負の逆数」になります。例えば傾き に垂直な直線の傾きは です。水平線(傾き )と垂直線(傾きが定義されない)の組はこの式の例外として、図で判断します。
Two lines are parallel exactly when their gradients are equal, . They are perpendicular exactly when the product of their gradients is , . Equivalently, the gradient of a line perpendicular to a given one is the negative reciprocal: flip and change sign. For instance, a line perpendicular to one of gradient has gradient . The pair of a horizontal line (gradient ) and a vertical line (undefined gradient) is the special case this rule cannot capture — handle it by inspection.
The equation of a circle
中心 、半径 の円は と書けます。これは「中心からの距離が常に 」という条件を距離の公式で表したものです。展開すると となり、一般形 と比べると、中心は 、半径は と読み取れます。一般形から中心・半径を求めるときは、この公式を使うか、 と それぞれで平方完成すると確実です。
A circle with centre and radius has equation — this is just the distance formula stating that every point is a fixed distance from the centre. Expanding gives , and comparing with the general form shows the centre is and the radius is . To recover the centre and radius from the general form, either apply that formula or complete the square separately in and in .
Worked examples
Practice
南数塾は、Cambridge Primary / IGCSE / A-Level の各単元を、日本式の分かりやすさと英語の数学用語の両面から指導します。無料体験からどうぞ。