Деление отрезка в заданном соотношении

Координаты xx и yy точки MM, которая делит отрезок M1M2M{_1}{M_2} в заданном отношении M1M:MM2=m:n=λ:1{M_1}M:M{M_2} = m:n = \lambda :1, определяются формулами:

x=mx2+nx1m+n=x1+λx21+λ,x = \frac{{m{x_2} + n{x_1}}}{{m + n}} = \frac{{{x_1} + \lambda {x_2}}}{{1 + \lambda }},,

y=my2+ny1m+n=y1+λy21+λ.y = \frac{{m{y_2} + n{y_1}}}{{m + n}} = \frac{{{y_1} + \lambda {y_2}}}{{1 + \lambda }}.

 podela duzi u datoj razmeri

Координаты середины отрезка M1M2M{_1}{M_2} (для λ=1\lambda = 1):

x=12(x1+x2)x = \frac{1}{2}\left( {{x_1} + {x_2}} \right),,y=12(y1+y2)y = \frac{1}{2}\left( {{y_1} + {y_2}} \right)

sredina duzi

Точка MM делит отрезок M1M2M_1M_2 в отношении m:nm : n, если ∣M1M∣:∣MM2∣=m:n|M_1M| : |MM_2| = m : n. Её координаты — взвешенные средние координат концов: x=mx2+nx1m+nx = \frac{mx_2 + nx_1}{m + n} и y=my2+ny1m+ny = \frac{my_2 + ny_1}{m + n}. Обратите внимание на порядок: число mm стоит при втором конце M2M_2, поэтому при m<nm < n точка MM ближе к M1M_1. При λ=mn\lambda = \frac{m}{n} те же формулы имеют вид x=x1+λx21+λx = \frac{x_1 + \lambda x_2}{1 + \lambda} и y=y1+λy21+λy = \frac{y_1 + \lambda y_2}{1 + \lambda}.

При m=nm = n, т. е. λ=1\lambda = 1, получаем середину отрезка: x=x1+x22x = \frac{x_1 + x_2}{2}, y=y1+y22y = \frac{y_1 + y_2}{2}. Точка пересечения медиан треугольника делит каждую медиану в отношении 2:12 : 1, считая от вершины. Результат легко проверить: расстояния ∣M1M∣|M_1M| и ∣MM2∣|MM_2| должны относиться как m:nm : n.

2468101214246810xy510ABM
1
2
|AM|
5
|MB|
10
|AM| : |MB|
0,5
m : n
0,5
Меняйте mm и nn и передвигайте концы: отношение ∣AM∣:∣MB∣|AM| : |MB| всегда равно mn\frac{m}{n}. При m=nm = n точка MM — середина отрезка.

Геодезисты так вычисляют координаты точек, которые делят границу участка или трассу дороги в заданном отношении. Программы для анимации и видеоигры по той же формуле находят промежуточные положения между начальной и конечной точками движения (линейная интерполяция).

Пункт с водой на велогонке

Участок велогонки идёт прямо от старта A(2,1)A(2, 1) до финиша B(14,10)B(14, 10); единица длины на карте — 1 км. Организаторы ставят пункт с водой MM так, чтобы он делил участок в отношении AM:MB=1:2AM : MB = 1 : 2. Где находится пункт и на каком расстоянии он от старта и от финиша?

Решение

  1. Здесь m:n=1:2m : n = 1 : 2: множитель m=1m = 1 стоит при координатах финиша BB, а n=2n = 2 — при координатах старта AA.
  2. x=1⋅14+2⋅21+2=183=6x = \frac{1 \cdot 14 + 2 \cdot 2}{1 + 2} = \frac{18}{3} = 6 и y=1⋅10+2⋅13=123=4y = \frac{1 \cdot 10 + 2 \cdot 1}{3} = \frac{12}{3} = 4.
  3. Проверка: ∣AM∣=42+32=5|AM| = \sqrt{4^2 + 3^2} = 5 км и ∣MB∣=82+62=10|MB| = \sqrt{8^2 + 6^2} = 10 км, а 5:10=1:25 : 10 = 1 : 2.

Ответ: Пункт нужно поставить в точке M(6,4)M(6, 4), в 5 км от старта и в 10 км от финиша.

Задача для тренировки

Даны точки A(−3,5)A(-3, 5) и B(9,−3)B(9, -3). Найдите точку MM, которая делит отрезок ABAB в отношении AM:MB=3:1AM : MB = 3 : 1, и середину SS отрезка ABAB.

Показать решение

x=3⋅9+1⋅(−3)4=6x = \frac{3 \cdot 9 + 1 \cdot (-3)}{4} = 6, y=3⋅(−3)+1⋅54=−1y = \frac{3 \cdot (-3) + 1 \cdot 5}{4} = -1, поэтому M(6,−1)M(6, -1). Середина: S(−3+92,5−32)=S(3,1)S\left(\frac{-3 + 9}{2}, \frac{5 - 3}{2}\right) = S(3, 1).