EuraStudy
Samenvattingen/Wiskunde B/Algebraïsche methoden in de vlakke meetkunde
Samenvattingen · Wiskunde BNL · VWO

Algebraïsche methoden in de vlakke meetkunde

In de analytische meetkunde beschrijf je punten, lijnen en cirkels met coördinaten en vergelijkingen, zodat meetkundige vragen algebraïsche berekeningen worden. Je berekent afstanden en middens, stelt vergelijkingen van lijnen op (met richtingscoëfficiënt, evenwijdig of loodrecht), beschrijft cirkels met (x−a)2+(y−b)2=r2(x-a)^{2}+(y-b)^{2}=r^{2}(x−a)2+(y−b)2=r2, en bepaalt snijpunten en raaklijnen algebraïsch. Deze methoden vormen de kern van de centraal geëxamineerde meetkunde in wiskunde B.

4 Onderdelen·~16 min leestijd·4 Vaardigheden·Niveau Standaard 2 · Verdieping 2

T·131313 / 16
Examenprofiel
E2 · Afstand en midden van punten in een coördinatenstelselVergelijkingen van lijnen; richtingscoëfficiënt, evenwijdig en loodrechtDe cirkel: vergelijking (x-a)²+(y-b)²=r² en kwadraatafsplitsenSnijpunten en raaklijnen algebraïsch bepalen
Operatoren:berekenbepaalstel optoon aanlos opgeef

basisniveau

Afstand, midden, lijnen en cirkels in coördinaten horen tot de centraal-examenstof van subdomein E2.

verhoogd niveau

Verdieping zit in het kwadraatafsplitsen van een algemene cirkelvergelijking, in het bepalen van raaklijnen aan cirkels en in het combineren van lijn- en cirkelvergelijkingen.

Diepte

Leesdiepte: Verdieping

Tekst

Tekstgrootte: Standaard

Inhoud · 4 onderdelen▾
  1. Algebraïsche methoden in de vlakke meetkunde
    • 01Punten, afstand en midden◐
    • 02Lijnen in het vlak: vergelijking en stand◐
    • 03De cirkel in coördinaten●
    • 04Snijpunten en raaklijnen algebraïsch●
§ 01

Punten, afstand en midden#

●●○StandaardLPexamenblad-wiskunde-b-subdomein-E2

Kernpunten

In de analytische meetkunde beschrijf je een punt met zijn coördinaten (x,y)(x,y)(x,y). De twee basisberekeningen zijn de afstand tussen twee punten en het midden van een lijnstuk. De afstand tussen A(x1,y1)A(x_{1},y_{1})A(x1​,y1​) en B(x2,y2)B(x_{2},y_{2})B(x2​,y2​) is ∣AB∣=(x2−x1)2+(y2−y1)2|AB|=\sqrt{(x_{2}-x_{1})^{2}+(y_{2}-y_{1})^{2}}∣AB∣=(x2​−x1​)2+(y2​−y1​)2​: dat is de stelling van Pythagoras op het horizontale verschil x2−x1x_{2}-x_{1}x2​−x1​ en het verticale verschil y2−y1y_{2}-y_{1}y2​−y1​. In Afb. 1 zie je A(1,1)A(1,1)A(1,1) en B(5,4)B(5,4)B(5,4); de afstand is 42+32=25=5\sqrt{4^{2}+3^{2}}=\sqrt{25}=542+32​=25​=5, en het midden MMM ligt op (3; 2,5)(3;\,2{,}5)(3;2,5).

Afstand en midden van twee punten

Afstand en middenGeometrische Zeichnung, A(1; 1), B(5; 4), M(3; 2,5), |AB| = 5A(1; 1)B(5; 4)M(3; 2,5)x1x2, AB, = 5
Afb. 1Afb. 1 — A(1; 1) en B(5; 4): afstand |AB| = √(4² + 3²) = 5, midden M = (3; 2,5).
Het midden MMM van het lijnstuk ABABAB heeft als coördinaten het gemiddelde van de coördinaten van AAA en BBB: M=(x1+x22,y1+y22)M=\Bigl(\dfrac{x_{1}+x_{2}}{2},\dfrac{y_{1}+y_{2}}{2}\Bigr)M=(2x1​+x2​​,2y1​+y2​​). Voor A(1,1)A(1,1)A(1,1) en B(5,4)B(5,4)B(5,4) is dat (1+52,1+42)=(3; 2,5)\Bigl(\dfrac{1+5}{2},\dfrac{1+4}{2}\Bigr)=(3;\,2{,}5)(21+5​,21+4​)=(3;2,5). Deze middenformule is de meetkundige tegenhanger van „het gemiddelde”: je pakt letterlijk het gemiddelde van de xxx-coördinaten en van de yyy-coördinaten. Ze wordt veel gebruikt, bijvoorbeeld om het middelpunt van een cirkel te vinden als je twee diametraal tegenoverliggende punten kent.
De afstandsformule bewijst haar nut telkens als een lengte gevraagd wordt: de zijde van een driehoek, de straal van een cirkel (afstand van middelpunt tot een punt op de cirkel), of de lengte van een lijnstuk in een bewijs. Reken de verschillen zorgvuldig uit — al maakt het kwadraat het teken onschadelijk, een fout in x2−x1x_{2}-x_{1}x2​−x1​ verpest de uitkomst. Laat het antwoord in exacte vorm staan waar dat gevraagd is: ∣AB∣=52=213|AB|=\sqrt{52}=2\sqrt{13}∣AB∣=52​=213​ is exact, terwijl 7,217{,}217,21 een afronding is.
Met afstand en midden bewijs je meetkundige eigenschappen analytisch. Wil je aantonen dat een driehoek gelijkbenig is, dan reken je twee zijden uit en laat je zien dat ze gelijk zijn; wil je aantonen dat een vierhoek een parallellogram is, dan toon je aan dat de diagonalen hetzelfde midden hebben (want de diagonalen van een parallellogram delen elkaar middendoor). Zo worden meetkundige beweringen berekeningen. Deze „reken-bewijzen” zijn een groot deel van de meetkundeopgaven op het examen wiskunde B.
De afstandsformule en de middenformule zijn de eerste bouwstenen van de analytische meetkunde en keren overal terug. De afstand tot een middelpunt definieert een cirkel; het midden van een koorde ligt op de middelloodlijn; de afstand van een punt tot een lijn meet je met een loodrechte projectie. In de volgende paragrafen bouw je hierop voort met vergelijkingen van lijnen en cirkels. Het vlot en foutloos kunnen berekenen van een afstand en een midden is daarom een basisvaardigheid die je in bijna elke meetkundeopgave nodig hebt.
∣AB∣=(x2−x1)2+(y2−y1)2|AB|=\sqrt{(x_{2}-x_{1})^{2}+(y_{2}-y_{1})^{2}}∣AB∣=(x2​−x1​)2+(y2​−y1​)2​

Afstand tussen twee punten

Pythagoras op het horizontale en verticale verschil tussen de punten.

M=(x1+x22, y1+y22)M=\left(\frac{x_{1}+x_{2}}{2},\ \frac{y_{1}+y_{2}}{2}\right)M=(2x1​+x2​​, 2y1​+y2​​)

Midden van een lijnstuk

Het gemiddelde van de xxx-coördinaten en van de yyy-coördinaten.

Uitgewerkt voorbeeld

Afstand en midden berekenen

Gegeven A(2,−1)A(2,-1)A(2,−1) en B(6,5)B(6,5)B(6,5). Bereken exact de afstand ∣AB∣|AB|∣AB∣ en de coördinaten van het midden MMM.

  1. 01Verschillen bepalen

    Bereken x2−x1x_{2}-x_{1}x2​−x1​ en y2−y1y_{2}-y_{1}y2​−y1​.

    x2−x1=6−2=4,y2−y1=5−(−1)=6x_{2}-x_{1}=6-2=4,\qquad y_{2}-y_{1}=5-(-1)=6x2​−x1​=6−2=4,y2​−y1​=5−(−1)=6
  2. 02Afstand met Pythagoras

    Vul in de afstandsformule in en vereenvoudig de wortel.

    ∣AB∣=42+62=52=213|AB|=\sqrt{4^{2}+6^{2}}=\sqrt{52}=2\sqrt{13}∣AB∣=42+62​=52​=213​
  3. 03Midden berekenen

    Neem het gemiddelde van de coördinaten.

    M=(2+62,−1+52)=(4; 2)M=\Bigl(\tfrac{2+6}{2},\tfrac{-1+5}{2}\Bigr)=(4;\,2)M=(22+6​,2−1+5​)=(4;2)

Resultaat: ∣AB∣=213|AB|=2\sqrt{13}∣AB∣=213​ en M=(4; 2)M=(4;\,2)M=(4;2).

Eindexamen-focus

  • Examendoel: de afstand tussen twee punten en het midden van een lijnstuk berekenen.
  • Examendoel: meetkundige eigenschappen (gelijkbenig, parallellogram) analytisch aantonen met afstand en midden.
  • Examendoel: het antwoord in exacte vorm geven waar dat gevraagd is.

Veelgemaakte fouten

  • Bij de afstandsformule de wortel of het kwadraat vergeten.
  • Bij het midden de verschillen nemen in plaats van het gemiddelde.
  • Een tekenfout bij y2−y1y_{2}-y_{1}y2​−y1​ met een negatieve coördinaat, zoals 5−(−1)=65-(-1)=65−(−1)=6.
  • Een decimale benadering geven waar een exacte waarde gevraagd is.

Actieve herhaling

Gegeven P(−3,2)P(-3,2)P(−3,2) en Q(3,−6)Q(3,-6)Q(3,−6). Bereken exact ∣PQ∣|PQ|∣PQ∣ en het midden MMM. Toon aan dat de driehoek met hoekpunten PPP, QQQ en R(5,4)R(5,4)R(5,4) gelijkbenig is (bereken ∣PR∣|PR|∣PR∣ en ∣QR∣|QR|∣QR∣).

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenblad.nl — wiskunde B (VWO) (CvTE / DUO)

§ 02

Lijnen in het vlak: vergelijking en stand#

●●○StandaardLPexamenblad-wiskunde-b-subdomein-E2

Twee loodrechte lijnen

Loodrechte lijnenSchaubild von y = ½x + 1, Nullstellen bei x = -2, y-Achsenabschnitt bei y = 1, steigend, im Bereich x von -3 bis 3, Schaubild von y = −2x + 1, Nullstellen bei x = 0.5, y-Achsenabschnitt bei y = 1, fallend, im Bereich x von -3 bis 3−3−2−1123−3−2−11234(0; 1)y = ½x + 1y = −2x + 1yx
Afb. 2Afb. 1 — De lijnen y = ½x + 1 en y = −2x + 1 staan loodrecht (½·(−2) = −1) en snijden elkaar in (0; 1).

Kernpunten

Een rechte lijn beschrijf je meestal met de vergelijking y=ax+by=ax+by=ax+b, waarin aaa de richtingscoëfficiënt (helling) is en bbb het snijpunt met de yyy-as. De richtingscoëfficiënt tussen twee punten A(x1,y1)A(x_{1},y_{1})A(x1​,y1​) en B(x2,y2)B(x_{2},y_{2})B(x2​,y2​) op de lijn is a=y2−y1x2−x1a=\dfrac{y_{2}-y_{1}}{x_{2}-x_{1}}a=x2​−x1​y2​−y1​​, het verticale verschil gedeeld door het horizontale. Een verticale lijn kun je niet zo schrijven (de helling zou oneindig zijn); die heeft de vorm x=cx=cx=c. Naast y=ax+by=ax+by=ax+b bestaat de algemene vorm px+qy=rpx+qy=rpx+qy=r, handig bij loodrechte lijnen en bij snijpunten.
Om de vergelijking van een lijn op te stellen heb je twee gegevens nodig: twee punten, of één punt en de richtingscoëfficiënt. Ken je de richtingscoëfficiënt aaa en een punt (x0,y0)(x_{0},y_{0})(x0​,y0​), dan gebruik je y−y0=a(x−x0)y-y_{0}=a(x-x_{0})y−y0​=a(x−x0​) en werk je uit tot y=ax+by=ax+by=ax+b. Ken je twee punten, dan bereken je eerst aaa met de verschillen en daarna bbb door een punt in te vullen. Voor de punten A(1,2)A(1,2)A(1,2) en B(4,8)B(4,8)B(4,8) is a=8−24−1=2a=\dfrac{8-2}{4-1}=2a=4−18−2​=2, en invullen van AAA geeft 2=2⋅1+b2=2\cdot 1+b2=2⋅1+b, dus b=0b=0b=0 en y=2xy=2xy=2x.
De onderlinge stand van twee lijnen lees je af aan hun richtingscoëfficiënten. Twee lijnen zijn evenwijdig als hun richtingscoëfficiënten gelijk zijn (a1=a2a_{1}=a_{2}a1​=a2​), en ze staan loodrecht op elkaar als het product −1-1−1 is (a1⋅a2=−1a_{1}\cdot a_{2}=-1a1​⋅a2​=−1), oftewel als de ene helling de tegengestelde omgekeerde van de andere is. In Afb. 1 staan y=12x+1y=\tfrac{1}{2}x+1y=21​x+1 en y=−2x+1y=-2x+1y=−2x+1 loodrecht op elkaar, want 12⋅(−2)=−1\tfrac{1}{2}\cdot(-2)=-121​⋅(−2)=−1; ze snijden elkaar in (0,1)(0,1)(0,1). Deze loodrecht-voorwaarde gebruik je voortdurend, onder meer bij raaklijnen en middelloodlijnen.
Met deze regels stel je bijzondere lijnen op. De lijn door een gegeven punt evenwijdig aan een gegeven lijn krijgt dezelfde richtingscoëfficiënt; de lijn loodrecht op een gegeven lijn krijgt de tegengestelde omgekeerde helling. De middelloodlijn van een lijnstuk ABABAB gaat door het midden MMM van ABABAB en staat loodrecht op ABABAB: haar richtingscoëfficiënt is de tegengestelde omgekeerde van die van ABABAB, en ze gaat door MMM. Zo combineer je de middenformule, de afstandsformule en de standvoorwaarden tot een complete beschrijving van meetkundige lijnen.
Lijnen in coördinaten zijn het werkpaard van de analytische meetkunde. Je hebt ze nodig om snijpunten te bepalen (twee lijnvergelijkingen samen oplossen), om raaklijnen aan cirkels op te stellen (loodrecht op de straal), en om afstanden en hoeken te berekenen. Het opstellen van een lijnvergelijking uit gegevens en het bepalen van de stand van twee lijnen zijn basisvaardigheden die in vrijwel elke meetkundeopgave terugkomen. Een nette uitwerking toont de richtingscoëfficiënt, het snijpunt met de yyy-as en, waar relevant, de standvoorwaarde die je gebruikt.
y=ax+b,a=y2−y1x2−x1y=ax+b,\qquad a=\frac{y_{2}-y_{1}}{x_{2}-x_{1}}y=ax+b,a=x2​−x1​y2​−y1​​

Vergelijking van een lijn

aaa is de richtingscoëfficiënt (verticaal verschil gedeeld door horizontaal), bbb het snijpunt met de yyy-as.

evenwijdig: a1=a2loodrecht: a1⋅a2=−1\text{evenwijdig: } a_{1}=a_{2}\qquad \text{loodrecht: } a_{1}\cdot a_{2}=-1evenwijdig: a1​=a2​loodrecht: a1​⋅a2​=−1

Stand van twee lijnen

Gelijke helling geeft evenwijdig; een product van −1-1−1 geeft loodrecht.

Uitgewerkt voorbeeld

Loodlijn door een punt opstellen

Gegeven de lijn l: y=2x−3l:\ y=2x-3l: y=2x−3 en het punt P(4,1)P(4,1)P(4,1). Stel de vergelijking op van de lijn mmm door PPP die loodrecht op lll staat.

  1. 01Richtingscoëfficiënt van m

    lll heeft helling 222; loodrecht betekent de tegengestelde omgekeerde.

    am=−12a_{m}=-\frac{1}{2}am​=−21​
  2. 02Vergelijking door P

    Gebruik y−y0=a(x−x0)y-y_{0}=a(x-x_{0})y−y0​=a(x−x0​) met P(4,1)P(4,1)P(4,1).

    y−1=−12(x−4)y-1=-\tfrac{1}{2}(x-4)y−1=−21​(x−4)
  3. 03Uitwerken

    Werk de haakjes weg.

    y=−12x+2+1=−12x+3y=-\tfrac{1}{2}x+2+1=-\tfrac{1}{2}x+3y=−21​x+2+1=−21​x+3

Resultaat: m: y=−12x+3m:\ y=-\tfrac{1}{2}x+3m: y=−21​x+3 (controle: 12⋅2⋅(−1)\tfrac{1}{2}\cdot 2\cdot(-1)21​⋅2⋅(−1)... 2⋅(−12)=−12\cdot(-\tfrac{1}{2})=-12⋅(−21​)=−1, dus loodrecht, en P(4,1)P(4,1)P(4,1) ligt op mmm).

Eindexamen-focus

  • Examendoel: de vergelijking van een lijn opstellen uit twee punten of uit een punt en de richtingscoëfficiënt.
  • Examendoel: de stand van twee lijnen bepalen (evenwijdig of loodrecht) met de richtingscoëfficiënten.
  • Examendoel: bijzondere lijnen (evenwijdig, loodrecht, middelloodlijn) opstellen.

Veelgemaakte fouten

  • De richtingscoëfficiënt ondersteboven berekenen (Δx/Δy\Delta x/\Delta yΔx/Δy).
  • Bij een loodrechte lijn alleen het teken omkeren en de omkering vergeten (van 222 naar −12-\tfrac{1}{2}−21​, niet −2-2−2).
  • bbb vergeten te berekenen na het bepalen van aaa.
  • Een verticale lijn als y=ax+by=ax+by=ax+b willen schrijven (die heeft de vorm x=cx=cx=c).

Actieve herhaling

Stel de vergelijking op van de lijn door A(−1,4)A(-1,4)A(−1,4) en B(3,−4)B(3,-4)B(3,−4). Stel daarna de vergelijking op van de middelloodlijn van ABABAB (door het midden, loodrecht op ABABAB).

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenblad.nl — wiskunde B (VWO) (CvTE / DUO)

§ 03

De cirkel in coördinaten#

●●●VerdiepingLPexamenblad-wiskunde-b-subdomein-E2

Cirkel met middelpunt M(1; 2) en straal 2

(x − 1)² + (y − 2)² = 4Schaubild von cirkel, Hochpunkt bei (1, 4), y-Achsenabschnitt bei y = 3.732, im Bereich x von -1.5 bis 3.5, Schaubild, Nullstellen bei x = 1, Tiefpunkt bei (1, 0), y-Achsenabschnitt bei y = 0.268, im Bereich x von -1.5 bis 3.5−11231234M(1; 2)cirkelyx
Afb. 3Afb. 1 — De cirkel (x − 1)² + (y − 2)² = 4: middelpunt M(1; 2), straal 2. Uit de middelpuntsvorm lees je beide direct af.

Kernpunten

Een cirkel is de verzameling van alle punten op een vaste afstand rrr (de straal) van een vast punt M(a,b)M(a,b)M(a,b) (het middelpunt). Met de afstandsformule vertaalt die definitie zich direct in een vergelijking: een punt (x,y)(x,y)(x,y) ligt op de cirkel precies als zijn afstand tot MMM gelijk is aan rrr, dus als (x−a)2+(y−b)2=r\sqrt{(x-a)^{2}+(y-b)^{2}}=r(x−a)2+(y−b)2​=r, oftewel (na kwadrateren) (x−a)2+(y−b)2=r2(x-a)^{2}+(y-b)^{2}=r^{2}(x−a)2+(y−b)2=r2. In Afb. 1 staat de cirkel met middelpunt M(1,2)M(1,2)M(1,2) en straal 222: zijn vergelijking is (x−1)2+(y−2)2=4(x-1)^{2}+(y-2)^{2}=4(x−1)2+(y−2)2=4. Uit de vergelijking lees je het middelpunt en de straal dus direct af.
De vorm (x−a)2+(y−b)2=r2(x-a)^{2}+(y-b)^{2}=r^{2}(x−a)2+(y−b)2=r2 heet de middelpuntsvorm, omdat je er meteen het middelpunt (a,b)(a,b)(a,b) en de straal rrr uit ziet. Let op de mintekens: bij middelpunt (1,2)(1,2)(1,2) staat er (x−1)2+(y−2)2(x-1)^{2}+(y-2)^{2}(x−1)2+(y−2)2, en bij een negatieve coördinaat wordt het een plus, zoals (x+3)2(x+3)^{2}(x+3)2 voor a=−3a=-3a=−3. Om te controleren of een punt op de cirkel ligt, vul je zijn coördinaten in de linkerkant in: komt er r2r^{2}r2 uit, dan ligt het erop; meer betekent erbuiten, minder erbinnen.
Een cirkelvergelijking wordt niet altijd in de middelpuntsvorm gegeven. De algemene vorm x2+y2+px+qy+s=0x^{2}+y^{2}+px+qy+s=0x2+y2+px+qy+s=0 moet je eerst herschrijven met kwadraatafsplitsen om het middelpunt en de straal te vinden. Kwadraatafsplitsen betekent dat je x2+pxx^{2}+pxx2+px aanvult tot een kwadraat: x2+px=(x+p2)2−(p2)2x^{2}+px=\bigl(x+\tfrac{p}{2}\bigr)^{2}-\bigl(\tfrac{p}{2}\bigr)^{2}x2+px=(x+2p​)2−(2p​)2. Voor x2+y2−6x+2y−6=0x^{2}+y^{2}-6x+2y-6=0x2+y2−6x+2y−6=0 geeft dat (x−3)2−9+(y+1)2−1−6=0(x-3)^{2}-9+(y+1)^{2}-1-6=0(x−3)2−9+(y+1)2−1−6=0, dus (x−3)2+(y+1)2=16(x-3)^{2}+(y+1)^{2}=16(x−3)2+(y+1)2=16: middelpunt (3,−1)(3,-1)(3,−1), straal 444. Deze techniek is een standaard-examenvaardigheid.
Met de cirkelvergelijking los je meetkundige vragen algebraïsch op. De straal is de afstand van het middelpunt tot een gegeven punt op de cirkel; de vergelijking van een cirkel met gegeven middelpunt door een gegeven punt vind je door die afstand als rrr te nemen. Twee diametraal tegenoverliggende punten geven het middelpunt (hun midden) en de straal (de halve afstand). Zo combineer je de midden- en afstandsformule met de cirkelvergelijking tot een complete beschrijving van elke cirkel die door de gegevens is vastgelegd.
De cirkel is, naast de lijn, de tweede fundamentele kromme van de analytische meetkunde in wiskunde B, en de enige die niet de grafiek van een functie is (een verticale lijn snijdt hem tweemaal). Daarom werk je met cirkels via hun vergelijking in plaats van via een functievoorschrift. Snijpunten met een lijn, raaklijnen en meetkundige plaatsen — de onderwerpen van de volgende paragraaf en het volgende onderwerp — bouwen allemaal voort op de cirkelvergelijking. Het vlot kunnen opstellen van een cirkelvergelijking en het kwadraatafsplitsen van een algemene vorm zijn daarmee onmisbare vaardigheden.
(x−a)2+(y−b)2=r2(x-a)^{2}+(y-b)^{2}=r^{2}(x−a)2+(y−b)2=r2

Cirkel (middelpuntsvorm)

Cirkel met middelpunt (a,b)(a,b)(a,b) en straal rrr; volgt direct uit de afstandsformule.

x2+px=(x+p2)2−(p2)2x^{2}+px=\Bigl(x+\tfrac{p}{2}\Bigr)^{2}-\Bigl(\tfrac{p}{2}\Bigr)^{2}x2+px=(x+2p​)2−(2p​)2

Kwadraatafsplitsen

Vul x2+pxx^{2}+pxx2+px aan tot een kwadraat om van de algemene vorm naar de middelpuntsvorm te gaan.

Uitgewerkt voorbeeld

Middelpunt en straal via kwadraatafsplitsen

Bepaal het middelpunt en de straal van de cirkel x2+y2−6x+2y−6=0x^{2}+y^{2}-6x+2y-6=0x2+y2−6x+2y−6=0.

  1. 01Groeperen

    Zet de xxx-termen en yyy-termen bij elkaar.

    (x2−6x)+(y2+2y)−6=0(x^{2}-6x)+(y^{2}+2y)-6=0(x2−6x)+(y2+2y)−6=0
  2. 02Kwadraten afsplitsen

    Vul x2−6xx^{2}-6xx2−6x aan tot (x−3)2−9(x-3)^{2}-9(x−3)2−9 en y2+2yy^{2}+2yy2+2y tot (y+1)2−1(y+1)^{2}-1(y+1)2−1.

    (x−3)2−9+(y+1)2−1−6=0(x-3)^{2}-9+(y+1)^{2}-1-6=0(x−3)2−9+(y+1)2−1−6=0
  3. 03Naar de middelpuntsvorm

    Breng de constanten naar rechts.

    (x−3)2+(y+1)2=16(x-3)^{2}+(y+1)^{2}=16(x−3)2+(y+1)2=16

Resultaat: Middelpunt M(3; −1)M(3;\,-1)M(3;−1) en straal r=16=4r=\sqrt{16}=4r=16​=4.

Eindexamen-focus

  • Examendoel: de vergelijking van een cirkel opstellen en middelpunt en straal aflezen uit de middelpuntsvorm.
  • Examendoel: een algemene cirkelvergelijking met kwadraatafsplitsen naar de middelpuntsvorm herschrijven.
  • Examendoel: controleren of een punt op, binnen of buiten een cirkel ligt door invullen.

Veelgemaakte fouten

  • De mintekens in (x−a)2(x-a)^{2}(x−a)2 verkeerd lezen (middelpunt (1,2)(1,2)(1,2) geeft (x−1)2(x-1)^{2}(x−1)2, niet (x+1)2(x+1)^{2}(x+1)2).
  • Bij kwadraatafsplitsen vergeten het afgesplitste kwadraat (p2)2\bigl(\tfrac{p}{2}\bigr)^{2}(2p​)2 weer af te trekken.
  • De straal gelijkstellen aan r2r^{2}r2 in plaats van r2\sqrt{r^{2}}r2​.
  • Een cirkel als functie y=…y=\ldotsy=… willen schrijven (dat gaat niet in één formule; een cirkel is geen functie).

Actieve herhaling

Stel de vergelijking op van de cirkel met middelpunt M(−2,3)M(-2,3)M(−2,3) die door het punt (1,7)(1,7)(1,7) gaat. Bepaal daarna middelpunt en straal van x2+y2+4x−8y+4=0x^{2}+y^{2}+4x-8y+4=0x2+y2+4x−8y+4=0.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenblad.nl — wiskunde B (VWO) (CvTE / DUO)

§ 04

Snijpunten en raaklijnen algebraïsch#

●●●VerdiepingLPexamenblad-wiskunde-b-subdomein-E2

Snijpunten van de lijn y = x − 1 en de cirkel x² + y² = 25

Snijpunten lijn en cirkelSchaubild von cirkel, Hochpunkt bei (0, 5), y-Achsenabschnitt bei y = 5, im Bereich x von -6 bis 6, Schaubild, Tiefpunkt bei (0, -5), y-Achsenabschnitt bei y = -5, im Bereich x von -6 bis 6, Schaubild von y = x − 1, Nullstellen bei x = 1, y-Achsenabschnitt bei y = -1, steigend, im Bereich x von -6 bis 6−6−4−2246−6−4−2246(4; 3)(−3; −4)cirkely = x − 1yx
Afb. 4Afb. 1 — De lijn y = x − 1 snijdt de cirkel x² + y² = 25 in (4; 3) en (−3; −4), gevonden door substitutie.

Kernpunten

De snijpunten van een lijn en een cirkel bepaal je door de lijnvergelijking in de cirkelvergelijking te substitueren. Zo krijg je een kwadratische vergelijking in één variabele, waarvan de oplossingen de xxx-coördinaten (of yyy-coördinaten) van de snijpunten zijn. In Afb. 1 snijdt de lijn y=x−1y=x-1y=x−1 de cirkel x2+y2=25x^{2}+y^{2}=25x2+y2=25 in twee punten; door y=x−1y=x-1y=x−1 in te vullen krijg je x2+(x−1)2=25x^{2}+(x-1)^{2}=25x2+(x−1)2=25, wat leidt tot x=4x=4x=4 en x=−3x=-3x=−3, dus de snijpunten (4,3)(4,3)(4,3) en (−3,−4)(-3,-4)(−3,−4).
Het aantal snijpunten van een lijn en een cirkel volgt uit de discriminant van de ontstane kwadratische vergelijking. Is D>0D>0D>0, dan zijn er twee snijpunten (de lijn is een snijlijn); is D=0D=0D=0, dan één (de lijn raakt de cirkel — een raaklijn); is D<0D<0D<0, dan geen (de lijn mist de cirkel). Deze koppeling tussen algebra en meetkunde is bijzonder nuttig: om te bepalen of een lijn een cirkel raakt, hoef je alleen de discriminant op nul te stellen. Zo vind je bijvoorbeeld voor welke waarde van een parameter een lijn een gegeven cirkel raakt.
De raaklijn aan een cirkel in een gegeven punt PPP op de cirkel stel je op met de meetkundige eigenschap „raaklijn loodrecht op de straal”. Bereken de richtingscoëfficiënt van de straal MPMPMP (van middelpunt MMM naar PPP); de raaklijn heeft dan de tegengestelde omgekeerde helling en gaat door PPP. Voor de cirkel x2+y2=25x^{2}+y^{2}=25x2+y2=25 en het raakpunt P(4,3)P(4,3)P(4,3) is de straal OPOPOP met helling 34\tfrac{3}{4}43​, dus de raaklijn heeft helling −43-\tfrac{4}{3}−34​ en vergelijking y−3=−43(x−4)y-3=-\tfrac{4}{3}(x-4)y−3=−34​(x−4). Deze methode verbindt de synthetische cirkelstelling met een analytische berekening.
De discriminantmethode en de loodrecht-op-de-straal-methode vullen elkaar aan. Wil je de raaklijn in een gegeven punt op de cirkel, gebruik dan „loodrecht op de straal” (snel en direct). Wil je de raaklijn(en) vanuit een punt buiten de cirkel, of wil je bepalen of een gegeven lijn raakt, gebruik dan de discriminant: stel de lijn (met onbekende helling) in de cirkel in en eis D=0D=0D=0. Beide methoden leveren raaklijnen; de keuze hangt af van wat er gegeven is. Het herkennen van de juiste methode is een strategische examenvaardigheid.
Snijpunten en raaklijnen zijn de kern van de analytische meetkunde met cirkels en komen op het examen veelvuldig voor. De onderliggende techniek — substitueren, een kwadratische vergelijking oplossen, en de discriminant of de loodrecht-voorwaarde gebruiken — bundelt vrijwel alle algebraïsche vaardigheden uit wiskunde B. Een nette uitwerking toont de substitutie, de kwadratische vergelijking, de oplossingen (of de discriminant), en de snijpunten of raaklijn als volledig antwoord. Deze paragraaf legt zo de basis voor het onderwerp toepassingen, waar raaklijnen en meetkundige plaatsen verder worden uitgewerkt.
lijn in cirkel substitueren⇒kwadratische vergelijking; D geeft het aantal snijpunten\text{lijn in cirkel substitueren} \Rightarrow \text{kwadratische vergelijking; } D \text{ geeft het aantal snijpunten}lijn in cirkel substitueren⇒kwadratische vergelijking; D geeft het aantal snijpunten

Snijpunten lijn-cirkel

D>0D>0D>0 twee snijpunten, D=0D=0D=0 raaklijn, D<0D<0D<0 geen snijpunt.

raaklijn in P: loodrecht op de straal MP\text{raaklijn in } P: \text{ loodrecht op de straal } MPraaklijn in P: loodrecht op de straal MP

Raaklijn aan een cirkel

De raaklijn in PPP heeft de tegengestelde omgekeerde helling van de straal MPMPMP en gaat door PPP.

Uitgewerkt voorbeeld

Raaklijn aan een cirkel in een punt

Stel de vergelijking op van de raaklijn aan de cirkel x2+y2=25x^{2}+y^{2}=25x2+y2=25 in het punt P(4,3)P(4,3)P(4,3).

  1. 01Punt op de cirkel controleren

    Vul PPP in: 42+32=16+9=254^{2}+3^{2}=16+9=2542+32=16+9=25. Klopt, PPP ligt op de cirkel.

  2. 02Helling van de straal

    De straal OPOPOP gaat van O(0,0)O(0,0)O(0,0) naar P(4,3)P(4,3)P(4,3).

    aOP=3−04−0=34a_{OP}=\frac{3-0}{4-0}=\frac{3}{4}aOP​=4−03−0​=43​
  3. 03Helling van de raaklijn

    De raaklijn staat loodrecht op de straal: tegengestelde omgekeerde.

    araak=−43a_{\text{raak}}=-\frac{4}{3}araak​=−34​
  4. 04Vergelijking opstellen

    Gebruik y−y0=a(x−x0)y-y_{0}=a(x-x_{0})y−y0​=a(x−x0​) met P(4,3)P(4,3)P(4,3).

    y−3=−43(x−4)  ⇒  y=−43x+253y-3=-\tfrac{4}{3}(x-4)\;\Rightarrow\; y=-\tfrac{4}{3}x+\tfrac{25}{3}y−3=−34​(x−4)⇒y=−34​x+325​

Resultaat: De raaklijn is y=−43x+253y=-\dfrac{4}{3}x+\dfrac{25}{3}y=−34​x+325​.

Eindexamen-focus

  • Examendoel: snijpunten van een lijn en een cirkel bepalen door substitutie en een kwadratische vergelijking.
  • Examendoel: met de discriminant beslissen of een lijn een cirkel snijdt, raakt of mist.
  • Examendoel: de raaklijn aan een cirkel in een punt opstellen met de eigenschap loodrecht op de straal.

Veelgemaakte fouten

  • Na substitutie de kwadratische vergelijking niet naar één kant brengen of het kwadraat (x−1)2(x-1)^{2}(x−1)2 fout uitwerken.
  • De helling van de raaklijn gelijkstellen aan die van de straal in plaats van de tegengestelde omgekeerde.
  • Bij de snijpunten alleen de xxx-coördinaten geven en de yyy-coördinaten vergeten.
  • De discriminant fout interpreteren (D=0D=0D=0 betekent raken, niet geen snijpunt).

Actieve herhaling

Bepaal de snijpunten van de lijn y=2xy=2xy=2x en de cirkel x2+y2=20x^{2}+y^{2}=20x2+y2=20. Stel daarna de raaklijn op aan de cirkel x2+y2=10x^{2}+y^{2}=10x2+y2=10 in het punt P(1,3)P(1,3)P(1,3).

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenblad.nl — wiskunde B (VWO) (CvTE / DUO)

Inhoud

Sectie -- / 04

    • 01Punten, afstand en midden◐
    • 02Lijnen in het vlak: vergelijking en stand◐
    • 03De cirkel in coördinaten●
    • 04Snijpunten en raaklijnen algebraïsch●

0/4 Gelezen

Van samenvatting naar oefening

Algebraïsche methoden in de vlakke meetkunde

Verstevig dit onderwerp met vragen uit de vragenbank.

~16
min
4
Vaardigheden
Oefenen

Referenties en bronnen

Bronnen

CvTE / DUO

  • Examenblad.nl — wiskunde B (VWO)

Vorig onderwerp

Meetkundige vaardigheden (SE)

Volgend onderwerp

Vectoren en inproduct

EuraStudy·Samenvattingen T·13·MMXXVI

Ga verder met het volgende onderwerp — je leerpad blijft bewaard.