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2026年5月23日

通る2つの点の座標がわかっている直線の方程式

2つの異なる点(a, b)と(c, d)を通る直線の方程式は(b-d)x-(a-c)y+ad-bc=0
 2つの異なる点$(a, b)$と$(c, d)$を通る直線の方程式は
\[\large(b-d)x-(a-c)y +ad-bc=0\]
と表せます。

なぜこのように表すことができるのでしょうか?


導出

2点(a, b), (c, d)を(c, d)が原点に来るように平行移動
 まず、点$(c, d)$に着目し、この点が原点へ移動するように、2点$(a, b), (c, d)$を平行移動することを考えます。
これは、x軸方向に$-c$、y軸方向に$-d$だけ平行移動することなので、点$(a, b)$は$(a-c, b-d)$へ移動します。
これら平行移動後の2点、原点と点$(a-c, b-d)$を通る直線の方程式は、「直線の方程式(一般形)」で示したように
\[(b-d)x-(a-c)y=0\]
となります。
直線(b-d)x-(a-c)y=0を平行移動
2点$(a, b), (c, d)$を通る直線は、上記の直線を最初の平行移動の逆、すなわちx軸方向に$c$、y軸方向に$d$だけ平行移動したものです。
したがって、この平行移動は方程式上では$x$を$x-c$に、$y$を$y-d$に置き換えることに対応するので
\begin{align*}(b-d)(x-c)-(a-c)(y-d)&=0\\[0.5em](b-d)x-(a-c)y-(b-d)c+(a-c)d&=0\\[0.5em]\large\therefore(b-d)x-(a-c)y +ad-bc&\large=0\end{align*}
となることがわかります。

ベクトルによる導出

 ベクトルによっても導出できます。
異なる2点$(a, b), (c, d)$をそれぞれ$\text{P}, \text{Q}$とおくと、これらを通る直線の方向ベクトルの1つに$\vec{\text{QP}}$があります。
$\vec{\text{QP}}$の成分は
\[\vec{\text{QP}}=(a, b)-(c, d)=(a-c, b-d)\]
となります。
2点(a, b), (c, d)を通る直線のベクトル方程式
直線上の任意の点を$\text{R}(x, y)$とすると
\begin{align*}\vec{\text{OR}}&=\vec{\text{OQ}}+\vec{\text{QR}}\\[0.5em]&=\vec{\text{OQ}}+k\vec{\text{QP}}\end{align*}
が成り立ち、これを変形すると
\begin{align*}(x, y)&=(c, d)+k(a-c, b-d)\\[0.5em]&=(c, d)+\bigl(k(a-c), k(b-d)\bigr)\\[0.5em]&=\bigl(c +k(a-c), d +k(b-d)\bigr)\end{align*}
となり、
\begin{cases}x=c +k(a-c)&\cdots(1)\\[0.5em]y=d +k(b-d)&\cdots(2)\end{cases}
が成り立つことがわかります。
$(1)$の両辺を$b-d$倍して変形すると
\[k(a-c)(b-d)=(b-d)x-(b-d)c\]
$(2)$の両辺を$a-c$倍して変形すると
\[k(a-c)(b-d)=(a-c)y-(a-c)d\]
となるので、
\begin{align*}(b-d)x-(b-d)c&=(a-c)y-(a-c)d\\[0.5em](b-d)x-(a-c)y+(a-c)d-(b-d)c&=0\\[0.5em]\large\therefore(b-d)x-(a-c)y +ad-bc&\large=0\end{align*}
となることがわかります。

Desmosグラフ計算機で2点を通る直線の方程式のサンプルを作ってみました。
外部リンク:2点を通る直線の方程式| Desmos

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