Evaluarea Națională

Produsul cartezian; sistemul de axe; distanța dintre două puncte

Produsul cartezian

Fie două mulțimi AA și BB. Produsul cartezian A×BA \times B este mulțimea tuturor perechilor ordonate (a,b)(a, b) în care primul element aparține lui AA, iar al doilea lui BB: A×B={(a,b)aA, bB}.A \times B = \{(a, b) \mid a \in A,\ b \in B\}. De exemplu, dacă A={1,2}A = \{1, 2\} și B={3,4}B = \{3, 4\}, atunci A×B={(1,3), (1,4), (2,3), (2,4)}.A \times B = \{(1,3),\ (1,4),\ (2,3),\ (2,4)\}. Într-o pereche ordonată ordinea contează: (1,3)(3,1)(1, 3) \ne (3, 1). De aceea, în general A×BB×AA \times B \ne B \times A. Numărul de perechi este produsul cardinalelor: dacă AA are mm elemente și BB are nn elemente, atunci A×BA \times B are mnm \cdot n elemente.

Sistemul de axe ortogonale

Sistemul de axe ortogonale (reperul cartezian) xOyxOy este format din două axe numerice perpendiculare, cu originea comună OO. Axa orizontală se numește axa absciselor (OxOx), iar axa verticală axa ordonatelor (OyOy).

Orice punct MM din plan este determinat de o pereche ordonată de numere reale (xM,yM)(x_M, y_M), numite coordonatele punctului: xMx_M este abscisa (citită pe OxOx), iar yMy_M este ordonata (citită pe OyOy). Scriem M(xM,yM)M(x_M, y_M).

Axele împart planul în patru cadrane:

  • Cadranul I: x>0x > 0, y>0y > 0;
  • Cadranul II: x<0x < 0, y>0y > 0;
  • Cadranul III: x<0x < 0, y<0y < 0;
  • Cadranul IV: x>0x > 0, y<0y < 0.

Un punct de forma (x,0)(x, 0) se află pe axa OxOx, iar unul de forma (0,y)(0, y) se află pe axa OyOy. Originea este O(0,0)O(0, 0).

Distanța dintre două puncte

Fie punctele A(x1,y1)A(x_1, y_1) și B(x2,y2)B(x_2, y_2). Distanța dintre ele (lungimea segmentului ABAB) se calculează cu formula: AB=(x2x1)2+(y2y1)2.AB = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2}. Formula provine din teorema lui Pitagora: diferențele x2x1|x_2 - x_1| și y2y1|y_2 - y_1| sunt catetele unui triunghi dreptunghic cu ipotenuza ABAB.

Cazuri particulare utile:

  • dacă AA și BB au aceeași ordonată (y1=y2y_1 = y_2), segmentul este orizontal și AB=x2x1AB = |x_2 - x_1|;
  • dacă au aceeași abscisă (x1=x2x_1 = x_2), segmentul este vertical și AB=y2y1AB = |y_2 - y_1|;
  • distanța de la origine la M(x,y)M(x, y) este OM=x2+y2OM = \sqrt{x^2 + y^2}.

Deoarece ridicăm la pătrat diferențele, ordinea scăderii nu contează: (x2x1)2=(x1x2)2(x_2 - x_1)^2 = (x_1 - x_2)^2. Rezultatul este întotdeauna un număr pozitiv sau 00 (când punctele coincid).

Formule

  • Produsul cartezian: A×B={(a,b)aA, bB}A \times B = \{(a,b) \mid a \in A,\ b \in B\}

  • Cardinalul produsului cartezian: A×B=AB|A \times B| = |A| \cdot |B|

  • Distanța dintre două puncte: AB=(x2x1)2+(y2y1)2AB = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2}

  • Distanța de la origine: OM=x2+y2OM = \sqrt{x^2 + y^2}

Exemple rezolvate

Exemplul 1

Se dau mulțimile A={1,0,2}A = \{-1, 0, 2\} și B={5,7}B = \{5, 7\}. Scrieți produsul cartezian A×BA \times B și precizați câte elemente are.

Formăm toate perechile ordonate cu primul element din AA și al doilea din BB: A×B={(1,5), (1,7), (0,5), (0,7), (2,5), (2,7)}.A \times B = \{(-1,5),\ (-1,7),\ (0,5),\ (0,7),\ (2,5),\ (2,7)\}. Mulțimea AA are 33 elemente, BB are 22 elemente, deci A×BA \times B are 32=63 \cdot 2 = 6 elemente.

Exemplul 2

Calculați distanța dintre punctele A(1,2)A(1, 2) și B(4,6)B(4, 6).

Aplicăm formula distanței cu x1=1x_1 = 1, y1=2y_1 = 2, x2=4x_2 = 4, y2=6y_2 = 6: AB=(41)2+(62)2=32+42.AB = \sqrt{(4-1)^2 + (6-2)^2} = \sqrt{3^2 + 4^2}. AB=9+16=25=5.AB = \sqrt{9 + 16} = \sqrt{25} = 5.

Exemplul 3

Arătați că triunghiul cu vârfurile A(1,2)A(1, 2), B(5,2)B(5, 2) și C(5,5)C(5, 5) este dreptunghic și calculați-i perimetrul.

Calculăm laturile. AA și BB au aceeași ordonată, deci AB=51=4AB = |5 - 1| = 4. BB și CC au aceeași abscisă, deci BC=52=3BC = |5 - 2| = 3. Latura ACAC: AC=(51)2+(52)2=16+9=25=5.AC = \sqrt{(5-1)^2 + (5-2)^2} = \sqrt{16 + 9} = \sqrt{25} = 5. Verificăm teorema lui Pitagora: AB2+BC2=16+9=25=AC2AB^2 + BC^2 = 16 + 9 = 25 = AC^2, deci triunghiul este dreptunghic în BB. Perimetrul este P=AB+BC+AC=4+3+5=12P = AB + BC + AC = 4 + 3 + 5 = 12.

Greșeli frecvente

  • Inversarea coordonatelor: scrierea punctului $(y, x)$ în loc de $(x, y)$. Prima coordonată este întotdeauna abscisa (pe $Ox$), a doua este ordonata (pe $Oy$).
  • Confuzia $A \times B = B \times A$. Perechile sunt ordonate, deci $(1,3) \ne (3,1)$; în general produsul cartezian nu este comutativ.
  • Uitarea pătratului sau a radicalului în formula distanței: calcularea lui $(x_2-x_1)+(y_2-y_1)$ în loc de $\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2}$.
  • Greșeli de semn la diferențe cu numere negative: pentru $x_1 = -2$ și $x_2 = 3$, $x_2 - x_1 = 3 - (-2) = 5$, nu $3 - 2 = 1$.

Pe scurt

  • A×BA \times B este mulțimea perechilor ordonate (a,b)(a,b) cu aAa \in A, bBb \in B; are AB|A| \cdot |B| elemente și nu este comutativ.
  • Un punct din plan se notează M(x,y)M(x, y): xx = abscisa (pe OxOx), yy = ordonata (pe OyOy); axele împart planul în 4 cadrane.
  • Distanța: AB=(x2x1)2+(y2y1)2AB = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2}; provine din teorema lui Pitagora.
  • Segment orizontal: AB=x2x1AB = |x_2 - x_1|; segment vertical: AB=y2y1AB = |y_2 - y_1|.
  • Ordinea scăderii nu contează (se ridică la pătrat), iar rezultatul este mereu 0\ge 0.

Exersează această lecție →

Grile și probleme cu feedback imediat pe barem.