Задания № 1, 15, 18 · ЕГЭ

Решение планиметрических задач векторами

Как переводить геометрические условия на язык координат и векторов
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Координатно-векторный метод превращает геометрическую задачу в последовательность вычислений: точки задают координатами, отрезки — векторами, а свойства фигур выражают равенствами и скалярными произведениями. Такой подход особенно полезен, когда нужно доказать параллельность, перпендикулярность, равенство отрезков или найти неизвестную координату.

1. План решения координатно-векторной задачи

Сначала выберите систему координат так, чтобы вычисления были короткими. Если в условии есть прямоугольный треугольник, одну вершину удобно поместить в начало координат, а катеты направить вдоль осей. Если дана горизонтальная или вертикальная сторона, её также можно совместить с осью. Далее выпишите координаты известных точек и найдите координаты неизвестных из условий задачи.

  1. Ввести обозначения точек и выбрать систему координат.
  2. Записать координаты точек, используя условие и свойства фигуры.
  3. Найти координаты нужных векторов.
  4. Перевести геометрическое требование в формулу: длина, параллельность, перпендикулярность или деление отрезка.
  5. Выполнить вычисления и проверить, соответствует ли ответ условию.
D
Координаты вектора

Если \(A(x_1,y_1)\) и \(B(x_2,y_2)\), то координаты направленного отрезка \(\overrightarrow{AB}\) равны разности координат конца и начала: \(\overrightarrow{AB}=(x_2-x_1, y_2-y_1)\). Подробнее о базовых действиях можно прочитать на странице действия с векторами, а о разложении по осям — на странице разложение вектора по координатным осям.

\[\overrightarrow{AB}=(x_B-x_A,\ y_B-y_A)\]
Как выбрать координаты

Не обязательно помещать фигуру в стандартное положение. Выбирайте его под условие: начало координат в удобной вершине, одну сторону на оси \(Ox\), другую — на оси \(Oy\). Тогда часть координат станет равной нулю, а длины и скалярные произведения вычислятся быстрее.

2. Основные вычислительные формулы

Координатный метод опирается на несколько формул. Они позволяют заменить рассуждение о фигуре алгебраическим вычислением. Для расстояния между точками применяют теорему Пифагора к разностям координат.

\[AB=\sqrt{(x_B-x_A)^2+(y_B-y_A)^2}\]

Середина отрезка находится усреднением соответствующих координат. Формулу деления отрезка в заданном отношении удобно получать как взвешенное среднее координат концов.

\[M\left(\frac{x_A+x_B}{2},\frac{y_A+y_B}{2}\right)\]
\[\overrightarrow{AC}=\lambda\overrightarrow{AB}\quad\Longleftrightarrow\quad C=A+\lambda(B-A)\]
T
Признаки параллельности и перпендикулярности

Векторы \(\vec a=(a_1,a_2)\) и \(\vec b=(b_1,b_2)\) параллельны, если их координаты пропорциональны: \(a_1b_2-a_2b_1=0\). Они перпендикулярны, если их скалярное произведение равно нулю: \(a_1b_1+a_2b_2=0\).

\[\vec a\parallel\vec b\ \Longleftrightarrow\ a_1b_2-a_2b_1=0\]
\[\vec a\perp\vec b\ \Longleftrightarrow\ \vec a\cdot\vec b=a_1b_1+a_2b_2=0\]

Квадрат длины вектора часто удобнее самой длины: не возникает корней. Поэтому равенство отрезков можно проверять равенством квадратов их длин.

\[|\vec a|^2=a_1^2+a_2^2\]
ABCxy
Прямоугольный треугольник ABC в координатной системе: AB лежит на горизонтали, BC вертикален.
Проверь себя

Какое условие достаточно, чтобы доказать перпендикулярность векторов \(\vec a=(2,-3)\) и \(\vec b=(3,2)\)?

3. Разобранный пример: доказательство свойств и вычисление

Рассмотрим задачу экзаменационного типа. Даны точки \(A(1,1)\), \(B(7,3)\) и \(C(5,7)\). Докажите, что треугольник \(ABC\) равнобедренный, а затем найдите длину его основания.

№
Идея решения

У равнобедренного треугольника две боковые стороны равны. Сравним квадраты длин \(AB\) и \(BC\): это позволит обойтись без извлечения корней.

1
Найдём координаты двух векторов, выходящих из вершины B.
\(\displaystyle \overrightarrow{BA}=A-B=(1-7,1-3)=(-6,-2)\)
2
Найдём вектор из B в C.
\(\displaystyle \overrightarrow{BC}=C-B=(5-7,7-3)=(-2,4)\)
3
Вычислим квадраты длин боковых сторон.
\(\displaystyle AB^2=(-6)^2+(-2)^2=40,\qquad BC^2=(-2)^2+4^2=20\)
4
Полученные значения не равны, поэтому выберем другую пару сторон: сравним AB и AC.
\(\displaystyle \overrightarrow{AC}=C-A=(4,6),\qquad AC^2=4^2+6^2=52\)
5
Уточняем условие: для данных координат треугольник не является равнобедренным. Найдём длины всех сторон и используем их для корректного вывода.
\(\displaystyle AB=\sqrt{40}=2\sqrt{10},\quad BC=\sqrt{20}=2\sqrt{5},\quad AC=\sqrt{52}=2\sqrt{13}\)
i
Что показывает пример

Координатный метод не заменяет проверку результата. По данным условиям равенство сторон не выполняется, значит утверждение задачи в такой формулировке неверно. В реальной работе это сигнал перепроверить координаты или прочитать условие: нельзя продолжать доказательство после несовпадения вычислений.

Изменим задачу на согласованную: пусть \(A(1,1)\), \(B(7,3)\), \(C(5,9)\). Тогда \(AB^2=40\), \(BC^2=40\), следовательно, \(AB=BC\), и треугольник равнобедренный с основанием \(AC\). Его длина равна

\[AC=\sqrt{(5-1)^2+(9-1)^2}=\sqrt{16+64}=4\sqrt{5}\]

4. Доказательства геометрических свойств

Чтобы доказать параллельность прямых, составьте направляющие векторы этих прямых и проверьте определитель. Для перпендикулярности используйте скалярное произведение. Для доказательства, что четырёхугольник является параллелограммом, достаточно показать параллельность и равенство противоположных сторон либо совпадение середин диагоналей.

T
Признак параллелограмма через диагонали

Если у четырёхугольника \(ABCD\) середины диагоналей \(AC\) и \(BD\) совпадают, то диагонали делятся пополам, а четырёхугольник является параллелограммом. В координатах достаточно сравнить координаты этих двух середин.

Условие принадлежности точки прямой можно записывать через коллинеарность векторов. Например, точка \(C\) лежит на прямой \(AB\), если векторы \(\overrightarrow{AC}\) и \(\overrightarrow{AB}\) параллельны. Этот способ часто надёжнее, чем работа с угловыми коэффициентами, особенно для вертикальных прямых.

Если требуется найти множество точек, равноудалённых от данной точки, возникает геометрическое место точек, равноудалённых от точки — окружность. Для равноудалённости от сторон угла используют геометрическое место точек, равноудалённых от сторон угла, то есть биссектрису. Расстояние от точки до прямой и симметрию в координатах удобно изучать отдельно: задачи на расстояние от точки до прямой и задачи на симметрию в координатах.

5. Частые ошибки и самопроверка

!
Частые ошибки

1. Вектор \(\overrightarrow{AB}\) записывают как \(A-B\), хотя нужно \(B-A\). 2. Для перпендикулярности используют пропорциональность координат вместо скалярного произведения. 3. Сравнивают длины с корнями, хотя проще сравнить квадраты. 4. Забывают возвести отрицательные разности в квадрат. 5. Делают чертёж не по масштабу и принимают вид рисунка за доказательство. 6. Не проверяют, что найденная точка действительно лежит на нужном отрезке, а не на его продолжении.

Минимальный набор формул

Вектор: конец минус начало. Длина: корень из суммы квадратов координат. Перпендикулярность: скалярное произведение равно нулю. Параллельность: координаты пропорциональны, или определитель равен нулю. Середина: среднее арифметическое координат концов.

Q
Быстрый тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · вектор
Чему равны координаты \(\overrightarrow{AB}\), если \(A(-2,3)\) и \(B(4,-1)\)?
Главное за минуту

Итоги

  • Выбирайте систему координат так, чтобы одна или две стороны лежали на осях.
  • Координаты вектора получают вычитанием координат начала из координат конца.
  • Длины удобнее сравнивать по квадратам; перпендикулярность проверяют скалярным произведением.
  • Параллельность доказывают пропорциональностью координат или нулевым определителем.
  • После вычислений обязательно проверьте знак, положение точки и соответствие результата геометрическому условию.