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点と直線の方程式【内分・外分・距離の公式】

公開日: 2026/7/11

📐 公式まとめ

  • 1. 2 点間の距離

    ∣AB∣=(x2−x1)2+(y2−y1)2\boxed{|\mathrm{AB}| = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2}}
  • 2.1. 内分点

    P=(mx2+nx1m+n,  my2+ny1m+n)\boxed{\mathrm{P} = \left(\frac{mx_2 + nx_1}{m + n},\; \frac{my_2 + ny_1}{m + n}\right)}
  • 2.1. 内分点

    M=(x1+x22,  y1+y22)\mathrm{M} = \left(\frac{x_1 + x_2}{2},\; \frac{y_1 + y_2}{2}\right)
  • 2.2. 外分点

    Q=(mx2−nx1m−n,  my2−ny1m−n)\boxed{\mathrm{Q} = \left(\frac{mx_2 - nx_1}{m - n},\; \frac{my_2 - ny_1}{m - n}\right)}
  • 4. 点と直線の距離

    d=∣ax0+by0+c∣a2+b2\boxed{d = \frac{|ax_0 + by_0 + c|}{\sqrt{a^2 + b^2}}}
  • 5. 三角形の面積(座標で求める)

    S=12∣(x1−x3)(y2−y3)−(x2−x3)(y1−y3)∣S = \frac{1}{2}|{(x_1 - x_3)(y_2 - y_3) - (x_2 - x_3)(y_1 - y_3)}|

点と直線の方程式【内分・外分・距離の公式】

座標平面で図形を「式」で表し、方程式の計算で幾何の問題を解くのが「図形と方程式」の考え方です。まずは点と直線の基本公式をすべて押さえましょう。

1. 2 点間の距離

座標平面上の 2 点 A(x1,y1)\mathrm{A}(x_1, y_1)、B(x2,y2)\mathrm{B}(x_2, y_2) の間の距離:

∣AB∣=(x2−x1)2+(y2−y1)2\boxed{|\mathrm{AB}| = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2}}

ピタゴラスの定理から導かれます。

2. 内分点・外分点

2.1. 内分点

A(x1,y1)\mathrm{A}(x_1, y_1) と B(x2,y2)\mathrm{B}(x_2, y_2) を m:nm : n に内分する点 P\mathrm{P}:

P=(mx2+nx1m+n,  my2+ny1m+n)\boxed{\mathrm{P} = \left(\frac{mx_2 + nx_1}{m + n},\; \frac{my_2 + ny_1}{m + n}\right)}

中点(m=n=1m = n = 1)は:

M=(x1+x22,  y1+y22)\mathrm{M} = \left(\frac{x_1 + x_2}{2},\; \frac{y_1 + y_2}{2}\right)

2.2. 外分点

A(x1,y1)\mathrm{A}(x_1, y_1) と B(x2,y2)\mathrm{B}(x_2, y_2) を m:nm : n に外分する点 Q\mathrm{Q}:

Q=(mx2−nx1m−n,  my2−ny1m−n)\boxed{\mathrm{Q} = \left(\frac{mx_2 - nx_1}{m - n},\; \frac{my_2 - ny_1}{m - n}\right)}

m≠nm \neq n のとき有効。外分は内分公式の nn を −n-n に変えたものと覚えると便利です。

2.3. 例題1:内分点・外分点

A(1,2)\mathrm{A}(1, 2) と B(7,5)\mathrm{B}(7, 5) を 2:12:1 に内分する点と外分する点を求めよ。

解答(内分点)

(2⋅7+1⋅13,  2⋅5+1⋅23)=(153,  123)=(5,4)\left(\frac{2 \cdot 7 + 1 \cdot 1}{3},\; \frac{2 \cdot 5 + 1 \cdot 2}{3}\right) = \left(\frac{15}{3},\; \frac{12}{3}\right) = (5, 4)

解答(外分点)

(2⋅7−1⋅12−1,  2⋅5−1⋅22−1)=(13,8)\left(\frac{2 \cdot 7 - 1 \cdot 1}{2 - 1},\; \frac{2 \cdot 5 - 1 \cdot 2}{2 - 1}\right) = (13, 8)

3. 直線の方程式

3.1. 形式の種類

形式 式 適する状況
傾き・切片形 y=mx+by = mx + b 傾き mm が分かるとき
1 点・傾き形 y−y1=m(x−x1)y - y_1 = m(x - x_1) 点 (x1,y1)(x_1, y_1) と傾き mm が分かるとき
2 点形 y−y1y2−y1=x−x1x2−x1\dfrac{y - y_1}{y_2 - y_1} = \dfrac{x - x_1}{x_2 - x_1} 2 点が分かるとき
一般形 ax+by+c=0ax + by + c = 0 垂直・平行の議論に便利

3.2. 垂直と平行の条件

  • 直線 l1l_1(傾き m1m_1)と l2l_2(傾き m2m_2)が平行 ⇔\Leftrightarrow m1=m2m_1 = m_2
  • 垂直 ⇔\Leftrightarrow m1⋅m2=−1m_1 \cdot m_2 = -1(ただし両方傾きが存在するとき)

3.3. 例題2:2 点を通る直線

A(1,3)\mathrm{A}(1, 3) と B(4,−3)\mathrm{B}(4, -3) を通る直線の方程式を求めよ。

解答

傾き m=−3−34−1=−63=−2m = \dfrac{-3 - 3}{4 - 1} = \dfrac{-6}{3} = -2

1 点・傾き形:

y−3=−2(x−1)⇒y=−2x+5y - 3 = -2(x - 1) \Rightarrow y = -2x + 5

4. 点と直線の距離

点 P(x0,y0)\mathrm{P}(x_0, y_0) から直線 ax+by+c=0ax + by + c = 0 までの距離:

d=∣ax0+by0+c∣a2+b2\boxed{d = \frac{|ax_0 + by_0 + c|}{\sqrt{a^2 + b^2}}}

この公式は特に「円と直線の位置関係」でも頻繁に使います。

4.1. 例題3:点と直線の距離

点 (3,1)(3, 1) から直線 3x−4y+5=03x - 4y + 5 = 0 までの距離を求めよ。

解答

d=∣3⋅3−4⋅1+5∣32+(−4)2=∣9−4+5∣9+16=∣10∣25=105=2d = \frac{|3 \cdot 3 - 4 \cdot 1 + 5|}{\sqrt{3^2 + (-4)^2}} = \frac{|9 - 4 + 5|}{\sqrt{9 + 16}} = \frac{|10|}{\sqrt{25}} = \frac{10}{5} = 2

5. 三角形の面積(座標で求める)

3 点 A(x1,y1)\mathrm{A}(x_1, y_1)、B(x2,y2)\mathrm{B}(x_2, y_2)、C(x3,y3)\mathrm{C}(x_3, y_3) を頂点とする三角形の面積:

S=12∣(x1−x3)(y2−y3)−(x2−x3)(y1−y3)∣S = \frac{1}{2}|{(x_1 - x_3)(y_2 - y_3) - (x_2 - x_3)(y_1 - y_3)}|

5.1. 例題4:三角形の面積

A(0,0)\mathrm{A}(0, 0)、B(4,0)\mathrm{B}(4, 0)、C(1,3)\mathrm{C}(1, 3) を頂点とする三角形の面積を求めよ。

解答

底辺 AB=4\mathrm{AB} = 4(xx 軸上)、高さ = C\mathrm{C} の yy 座標 =3= 3。

S=12×4×3=6S = \frac{1}{2} \times 4 \times 3 = 6

別法(公式を使用):

S=12∣(0−1)(0−3)−(4−1)(0−3)∣=12∣3+9∣=6S = \frac{1}{2}|(0-1)(0-3) - (4-1)(0-3)| = \frac{1}{2}|3 + 9| = 6

6. まとめ

公式 式
2 点間の距離 (x2−x1)2+(y2−y1)2\sqrt{(x_2-x_1)^2 + (y_2-y_1)^2}
内分点 m:nm:n (mx2+nx1m+n,my2+ny1m+n)\left(\dfrac{mx_2+nx_1}{m+n}, \dfrac{my_2+ny_1}{m+n}\right)
点と直線の距離 ∣ax0+by0+c∣a2+b2\dfrac{\lvert ax_0+by_0+c \rvert}{\sqrt{a^2+b^2}}
垂直条件 m1m2=−1m_1 m_2 = -1

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8. クイズ

問題1:A(2,−1)\mathrm{A}(2, -1) と B(8,5)\mathrm{B}(8, 5) を 1:21:2 に内分する点の座標を求めよ。

答えを見る (1⋅8+2⋅23,  1⋅5+2⋅(−1)3)=(123,  33)=(4,1)\left(\frac{1 \cdot 8 + 2 \cdot 2}{3},\; \frac{1 \cdot 5 + 2 \cdot (-1)}{3}\right) = \left(\frac{12}{3},\; \frac{3}{3}\right) = (4, 1)

問題2:点 (2,3)(2, 3) から直線 y=2x−1y = 2x - 1(2x−y−1=02x - y - 1 = 0)までの距離を求めよ。

答えを見る d=∣2⋅2−3−1∣4+1=∣0∣5=0d = \frac{|2 \cdot 2 - 3 - 1|}{\sqrt{4 + 1}} = \frac{|0|}{\sqrt{5}} = 0

点 (2,3)(2, 3) は直線 y=2x−1y = 2x - 1 上にあるので距離は 0。

実際に確認:y=2⋅2−1=3y = 2 \cdot 2 - 1 = 3 ✓

問題3:A(0,0)\mathrm{A}(0, 0) を通り、直線 3x+y−6=03x + y - 6 = 0 に垂直な直線の方程式を求めよ。

答えを見る

直線 3x+y−6=03x + y - 6 = 0 の傾きは −3-3。垂直な直線の傾きは 13\dfrac{1}{3}。

A(0,0)\mathrm{A}(0, 0) を通るので y=13xy = \dfrac{1}{3}x

#点と直線#内分#外分#距離の公式#図形と方程式#数学II