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Geometria analitica: distanza e divisione di un segmento

Ogni punto di un piano ha un indirizzo (x, y). La distanza tra A(x₁, y₁) e B(x₂, y₂) è d = √[(x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)²]: è solo Pitagora applicato allo scarto in x e allo scarto in y. Un punto P che divide AB internamente nel rapporto m : n è P = ((mx₂ + nx₁)/(m + n), (my₂ + ny₁)/(m + n)). Quando m = n, P è il punto medio.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. Ecco una griglia con due punti, A(1, 1) e B(4, 5). Vogliamo sapere quanto sono distanti.
  2. Prima cammina dritto verso destra partendo da A. Conta i quadretti blu: 4 − 1 = 3. Questo è lo scarto in x.
  3. Ora cammina dritto verso l'alto fino a B. Conta i quadretti verdi: 5 − 1 = 4. Questo è lo scarto in y. I due percorsi formano un angolo retto.
  4. La linea obliqua AB è l'ipotenusa di un triangolo rettangolo. Con Pitagora, AB = √(3² + 4²) = √25 = 5. Questa è la formula della distanza.
  5. Ora B si sposta in (7, 4). Tagliamo AB in 2 + 1 = 3 pezzi uguali. P è a 2 pezzi da A e a 1 pezzo da B, quindi P divide AB nel rapporto 2 : 1. P = (5, 3).
  6. Gioco libero: muovi B con i cursori e cambia m e n. La distanza e il punto P si aggiornano sotto la griglia.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Perché sottraiamo le coordinate?

La sottrazione ci dice quanti quadretti separano i punti. Le piastrelle blu nel 3D sono esattamente x₂ − x₁.

Che succede se lo scarto viene negativo?

Uno scarto negativo vuol dire solo che ti muovi a sinistra o in basso. Quando lo elevi al quadrato il segno sparisce, quindi la distanza è sempre positiva.

Da dove viene la radice quadrata?

Pitagora dà AB² = scarto² + scarto². Per avere AB e non AB², si fa la radice quadrata. Guarda la linea viola che diventa 5 nel passo 3.

Perché m va con x₂ e non con x₁?

P è a m pezzi da A, quindi si sbilancia di m parti verso B. Più m è grande, più P si avvicina a B, quindi m deve moltiplicare la coordinata di B.

Il punto medio è solo la formula di divisione?

Sì. Poni m = n = 1 nell'ultimo passo: P sta esattamente a metà e la formula diventa la media.

La distanza cambia se scambio A e B?

No. (x₁ − x₂)² è uguale a (x₂ − x₁)². Prova a muovere B intorno ad A nel gioco libero: la distanza dipende solo dagli scarti.

I punti hanno un indirizzo: (x, y)

Disegna due rette numeriche che si incrociano ad angolo retto. Quella orizzontale è l'asse x. Quella verticale è l'asse y. Si incontrano nell'origine O(0, 0).

Ogni punto ha due numeri. Il primo numero (x, chiamato ascissa) dice di quanto andare a destra o a sinistra. Il secondo numero (y, chiamato ordinata) dice di quanto andare su o giù. Quindi (3, 2) significa 3 a destra, poi 2 in su.

Formula della distanza

Prendi A(x₁, y₁) e B(x₂, y₂). Cammina da A in orizzontale fino a trovarti sotto B. Quel tratto è lo scarto in x, x₂ − x₁. Poi cammina dritto in su fino a B. Quel tratto è lo scarto in y, y₂ − y₁. I due tratti si incontrano ad angolo retto, quindi AB è l'ipotenusa di un triangolo rettangolo.

Con Pitagora: AB = √[(x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)²].

Uno scarto negativo non è un problema, perché elevando al quadrato diventa positivo. La distanza di P(x, y) dall'origine è √(x² + y²).

Come usare la formula della distanza

Formula di divisione (divisione interna)

Un punto P sta sul segmento AB, tra A e B. Se AP : PB = m : n, diciamo che P divide AB internamente nel rapporto m : n.

Immagina AB tagliato in m + n pezzi uguali. P dista m pezzi da A. Quindi P percorre m/(m + n) del tratto da A a B. Si ottiene

P = ( (m·x₂ + n·x₁)/(m + n) , (m·y₂ + n·y₁)/(m + n) )

Perché funziona: disegna due piccoli triangoli rettangoli sotto AP e sotto PB. Hanno gli stessi angoli, quindi sono simili e i loro scarti stanno nel rapporto m : n. (Vedi Triangoli simili.)

Formula del punto medio

Se m = n, P è il punto medio: ((x₁ + x₂)/2, (y₁ + y₂)/2). Basta fare la media delle x e la media delle y.

Trovare il rapporto

Se il rapporto non è noto, chiamalo k : 1. Mettilo nella formula, confrontalo con la x (o la y) data e risolvi per k. Per trovare dove l'asse x taglia AB, poni y = 0.

Punti di trisezione

Due punti dividono AB in tre parti uguali. Dividono AB nei rapporti 1 : 2 e 2 : 1.

Provalo tu (pratica)

A casa: Attacca due strisce di nastro su un pavimento a piastrelle come assi x e y. Mettiti sulla piastrella (1, 1). Appoggia una pantofola sulla piastrella (4, 5). Conta 3 piastrelle in orizzontale e 4 in verticale. Ora tendi un filo dritto da te alla pantofola e misuralo in larghezze di piastrella: è 5. Hai appena verificato la formula della distanza.

Nel 3D: vai all'ultimo passo. Imposta B a (7, 1) e m : n a 1 : 1. Prevedi P prima di guardare. (Risposta: (4, 1), il punto medio.)

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. Trova la distanza tra A(1, 1) e B(4, 5).

Scarto in x = 4 − 1 = 3. Scarto in y = 5 − 1 = 4. AB = √(3² + 4²) = √(9 + 16) = √25 = 5 unità.

2. Trova la distanza del punto P(−6, 8) dall'origine.

OP = √[(−6)² + 8²] = √(36 + 64) = √100 = 10 unità.

3. Trova il punto medio di A(2, −3) e B(6, 7).

x = (2 + 6)/2 = 4. y = (−3 + 7)/2 = 2. Punto medio = (4, 2).

4. Trova il punto che divide internamente A(1, 1) e B(7, 4) nel rapporto 2 : 1.

m = 2, n = 1. x = (2×7 + 1×1)/3 = 15/3 = 5. y = (2×4 + 1×1)/3 = 9/3 = 3. P = (5, 3).

5. I punti A(1, 2), B(3, 6) e C(4, 8) stanno su una stessa retta?

AB = √(4 + 16) = √20 = 2√5. BC = √(1 + 4) = √5. AC = √(9 + 36) = √45 = 3√5. AB + BC = 2√5 + √5 = 3√5 = AC. Quindi sì, sono allineati.

6. Trova il punto sull'asse x equidistante da A(2, −5) e B(−2, 9).

Il punto è P(x, 0). PA² = PB²: (x − 2)² + 25 = (x + 2)² + 81. x² − 4x + 4 + 25 = x² + 4x + 4 + 81. −8x = 56, quindi x = −7. P = (−7, 0).

7. In quale rapporto il punto (−1, 6) divide il segmento che unisce A(−3, 10) e B(6, −8)?

Prendi il rapporto k : 1. x = (6k − 3)/(k + 1) = −1. Quindi 6k − 3 = −k − 1, 7k = 2, k = 2/7. Rapporto = 2 : 7. Controllo con y: (−8×2 + 10×7)/9 = 54/9 = 6 ✓.

8. Trova i punti di trisezione del segmento che unisce A(2, −2) e B(−7, 4).

P divide AB nel rapporto 1 : 2: P = ((−7 + 4)/3, (4 − 4)/3) = (−1, 0). Q divide AB nel rapporto 2 : 1: Q = ((−14 + 2)/3, (8 − 2)/3) = (−4, 2).

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. La distanza tra (0, 0) e (3, 4) è:
2. Il punto medio di (2, 4) e (6, 8) è:
3. Nella formula di divisione, il punto P divide AB internamente nel rapporto m : n. La coordinata x di P è:
4. La distanza di (−5, 12) dall'origine è:
5. L'asse x divide il segmento che unisce A(2, −3) e B(5, 6) nel rapporto:

Esercizi: rispondi da solo

Scrivi o scegli la risposta, poi premi Controlla. Usa un suggerimento se sei bloccato; la soluzione completa appare dopo la tua risposta.

Domande frequenti

Qual è la formula della distanza in parole semplici?

Trova di quanto sono distanti i punti in orizzontale (scarto in x) e in verticale (scarto in y). Eleva al quadrato entrambi, sommali e fai la radice quadrata. È Pitagora su una griglia.

Che differenza c'è tra la formula di divisione e la formula del punto medio?

La formula di divisione trova un punto che taglia un segmento in un rapporto qualsiasi m : n. La formula del punto medio è il caso speciale m = n = 1, quindi fa semplicemente la media delle coordinate.

Quanto pesa la geometria analitica nei programmi di scuola superiore?

È un argomento fondamentale del biennio e del triennio: distanza, punto medio e rapporto tra segmenti compaiono in moltissimi esercizi e verifiche, e servono anche per rette e circonferenze.

Dove si studia

Canada (Ontario)Grade 10Analytic Geometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 1ªGeometry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 2ªGeometry
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NetherlandsHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Geometric calculations
Spain4º ESOSpatial sense
Spain1º BachilleratoSpatial Sense
CBSE (India)Class 10Coordinate Geometry
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USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Connecting algebra and geometry through coordinates
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South Korea고등학교 1학년Equations of figures
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Russia9 классCoordinate method
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