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応用分野: 2直線のなす角 , グラフをy=xの直線に関して対称移動した関数 , 直線y=xに関して対称 , 垂線の長さ(点と直線の距離)その2
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2直線が垂直に交わる条件

2つの直線の傾きを m 1 , m 2  とすると,垂直に交わる(直交する)ための条件は

m 1 m 2 = − 1

である.

参考ページ:2直線のなす角

■証明

m 1 > 0 , m 2 < 0  とする.2つの直線の交点を X ,交点 X の右側に y  軸に平行な直線を引き,傾きが m 1 の直線との交点を P ,傾きが m 2 の直線との交点を Q とする.交点Xを通り, x  軸に平行な直線を引き,直線 PQ との交点を R とする.以上のように,点 X , P , Q , R をとると△ XRP ,△ XRQ は直角三角形になる.

直線の傾きの定義より

PR XR = m 1  ・・・・・・(1)

QR XR = − m 2  ・・・・・・(2)

△ XRP が直角三角形より,三平方の定理が成り立つので

XP 2 = XR 2 + PR 2

= XR 2 + ( XR · m 1 ) 2    (∵(1))

= XR 2 ( 1 + m 1 2 )  ・・・・・・(3)

△ XRQ が直角三角形より,三平方の定理が成り立つので

XQ 2 = XR 2 + QR 2

= XR 2 + ( − XR · m 2 ) 2     (∵(2))

= XR 2 ( 1 + m 2 2 )  ・・・・・・(4)

2つの直線が垂直に交わると, ∠ PXQ=90 ° となり△ PXQ は直角三角形になる.よって,三平方の定理より

PQ 2 = XP 2 + XQ 2

( PR + QR ) 2 = XR 2 ( 1 + m 1 2 ) + XR 2 ( 1 + m 2 2 )     (∵(3),(4))

( XR · m 1 − XR · m 2 ) 2 = XR 2 ( 1 + m 1 2 ) + XR 2 ( 1 + m 2 2 )     (∵(1),(2))

XR 2 ( m 1 − m 2 ) 2 = XR 2 ( 1 + m 1 2 ) + XR 2 ( 1 + m 2 2 )

( m 1 − m 2 ) 2 = ( 1 + m 1 2 ) + ( 1 + m 2 2 )

m 1 2 − 2 m 1 m 2 + m 2 2 = 2 + m 1 2 + m 2 2

− 2 m 1 m 2 = 2

m 1 m 2 = − 1

2直線が垂直に交わると, m 1 m 2 = − 1 である.

一方, m 1 m 2 = − 1  ならば

PQ 2 − ( XP 2 + XQ 2 )

= ( PR + QR ) 2 − XP 2 − XQ 2

= XR · m 1 − XR · m 2 2 − XR 2 1 + m 1 2 − XR 2 ( 1 + m 2 2 )     (∵(1),(2),(3),(4))

= XR 2 ( m 1 − m 2 ) 2 − XR 2 ( 1 + m 1 2 ) − XR 2 ( 1 + m 2 2 )

= XR 2 m 1 − m 2 2 − 1 + m 1 2 − 1 + m 2 2

= XR 2 m 1 2 − 2 m 1 m 2 + m 2 2 − 1 − m 1 2 − 1 − m 2 2

= XR 2 − 2 m 1 m 2 − 2

= XR 2 −2 −1 −2

= XR 2 ⋅0

= 0

よって

PQ 2 = XP 2 + XQ 2

となり,△ PXQ において三平方の定理がなりたち,△ PXQ は直角三角形である.よって

∠ PXQ=90 °

すなわち,2直線は垂直に交わる.

以上より,証明された.

 

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最終更新日 2026年9月6日

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