垂線の長さ(点と直線の距離)その2

垂線の長さ(点と直線の距離)その2

点 ( x 0 , y 0 ) から直線 a x + b y + c = 0 への垂線の長さ(言い換えると 点 ( x 0 , y 0 ) と直線 a x + b y + c = 0 との距離)は

| a x 0 + b y 0 + c | a 2 + b 2

となる.

■導出計算

直線 ℓ と点 P の距離を求める.

直線 ℓ の方程式は a x + b y + c = 0 で, 点 P ′ の座標は ( x 0 , y 0 ) で ある. 点 P から直線 ℓ に垂線を下ろし,直線 ℓ との交点を H とする. 線分 PH の長さが直線 ℓ と点 P の距離である.(図1)

計算を簡単にするために,点 P と直線 ℓ を x 軸方向に − x 0 , y 軸方向に − y 0 平行移動し,点 P を原点に重ねる. 直線 ℓ は,平行移動により

a ( x + x 0 ) + b ( y + y 0 ) + c = 0 ・・・・(1)

で表わされる直線 ℓ ′ に移る. また,点 H は点 H ′ に移る.(図2)

平行移動しただけであるので

OH = OH ′

である.

直線 ℓ ′ と x 軸の交点を Q とする. 直線 ℓ ′ の傾きと等しく

a x + b y + c = 0

b y = − a x − c

y = − a b x − c b

より, − a b である.

線分 OH ′ ⊥ ℓ ′ より線分 OH ′ の傾きを m とすると

m ( − a b ) = − 1 (垂直に交わる条件を参照)

となり

m = b a

となる.

よって,線分 OH ′ に平行なベクトルを a → とすると

a → = ( a , b )

である.

a → と OQ → のなす角を θ とすると

OH ′ = OQ cos θ ・・・・(2)

となる. a → が OH → と逆向きの場合もある(図3).その場合

OH ′ = OQ cos ( 180 ∘ − θ )

= OQ ( − cos ⁡ θ ) ・・・・(3)

となる.よって(2),(3)より

OH ′ = OQ | cos θ |

となる.

点 Q の座標を求める.(1)において, y = 0 より

a ( x + x 0 ) + b y 0 + c = 0

a ( x + x 0 ) = − b y 0 − c

x + x 0 = − b a y 0 − c a

x = − x 0 − b a y 0 − c a

よって点 Q の座標は

( − x 0 − b a y 0 − c a , 0 )

である.

cos θ = a ⟶ ⋅ OQ ⟶ | a ⟶ | | OQ ⟶ |

OQ ⟶ = ( − x 0 − b a y 0 − c a , 0 )

OQ = | OQ ⟶ |

より

OH ′ = | OQ → | a → ⋅ OQ → | a → | | OQ → | = a → ⋅ OQ → a → = a,b ⋅ − x 0 − b a y 0 − c a ,0 a,b = | a x 0 + b y 0 + c | a 2 + b 2

●別解

 

ホーム>>カテゴリー別分類>>幾何>>垂線の長さ(点と直線)>>垂線の長さ(点と直線)その2

最終更新日: 2026年5月30日