二点を通る直線
異なる 2 点を通る直線は、ただ 1 本に決まります。点が 1 つだけでは、そこを通る直線はいくらでも引けますが、2 つ目の点を決めた瞬間に向きが定まり、直線は 1 本しか残りません。ここでは A(1,1) と B(3,5) の 2 点を通る直線を求めます。
傾きを求める
傾きは x が 1 増えるあいだに y がどれだけ増えるかを表し、2 点の y の差を x の差で割って計算します。
3−15−1=24=2 式を作る
傾き 2 で点 A(1,1) を通ることから式を作ります。直線を y=2x+b とおき、A の座標を代入すると 1=2⋅1+b より b=−1 です。よって直線の式は y=2x−1 となります。
もう一方の点 B(3,5) でも確かめましょう。2⋅3−1=5 となり、確かに B を通ります。A の代わりに B を代入して b を求めても同じ b=−1 が出るので、どちらの点を使ってもかまいません。
点と傾きから作る形
一般に、2 点 (x1,y1)、(x2,y2) を通る直線の傾きは x2−x1y2−y1 です。これを m とすると、点 (x1,y1) を通り傾き m の直線は次の式で書けます。
y−y1=m(x−x1) この形なら切片 b を計算しなくてもすぐ式が立ちます。実際 y−1=2(x−1) を整理すれば y=2x−1 です。
2 点をそのまま使う形
2 点の座標をそのまま入れた次の形もよく使われます。
y2−y1y−y1=x2−x1x−x1 左辺と右辺は、A から B へ向かうとき縦にどれだけ進んだか、横にどれだけ進んだかの割合を表していて、直線の上ではこの 2 つの割合がつねに等しくなります。A(1,1)、B(3,5) を入れると 4y−1=2x−1 となり、整理すればやはり y=2x−1 です。
縦の直線をふくむ形
x1=x2 のときだけは注意が必要です。2 点の x が同じだと分母が 0 になり、傾きが定まりません。このとき 2 点を通るのは縦の直線で、その式は y=mx+b の形では書けず、x=x1 と書きます。y 軸に平行な直線は傾きをもたないのです。
分母をはらった次の形なら、この場合も分けずに書けます。
(y2−y1)(x−x1)=(x2−x1)(y−y1) x1=x2 を入れると右辺が 0 になり、2 点は異なるので y2=y1 から x=x1 が残ります。縦の直線もこの 1 つの式で表せるわけです。
媒介変数で表す
2 点を結ぶ向きに沿って進む書き方もあります。t を実数として、次のように表せます。
xy=x1+t(x2−x1)=y1+t(y2−y1) t=0 で A、t=1 で B に対応し、0≤t≤1 の範囲が線分 AB、それ以外が線分の外側の部分にあたります。この形も縦の直線をそのまま表せます。
共線の判定
3 点が同じ直線上に並んでいるかを確かめたいときも、この考え方を使います。A と B から求めた傾きと、A と C から求めた傾きが等しければ、3 点は一直線上にあります。分母を気にせず書くなら、次の式が 0 になることが条件です。
(x2−x1)(y3−y1)−(x3−x1)(y2−y1) この値は 3 点が作る三角形の面積を 2 倍したもの(符号つき)にあたります。0 になることは三角形がつぶれること、つまり 3 点が一直線に並ぶことを意味します。
グラフ上の大きな点が、通る 2 点 A と B です。