检查三条直线是否共点


这个问题包括检查给定的三条直线是否共点。如果平面上的三条线都经过同一点,则称它们为共点线。为了共点,它们必须恰好在一个点相交。

上图描绘了三条共点线。根据上图,任意两条线的交点必须位于第三条线上才能共点。共点是这些线的交点。众所周知,直线可以用一般的方程表示,例如$\mathrm{a_{1}x=b_{1}y+c_{1}=0}$ 或 $\mathrm{y=mx+c}$

在这个问题中,我们将考虑直线的一般方程。在这个方程中,a1、b1和c1被称为直线的系数,而x和y代表直线经过的每个点的坐标。

在这个问题中,我们将得到三条直线的系数值。我们必须确定这些直线是否共点,并相应地打印输出。

让我们通过一些例子更好地理解这个问题

输入

a=2 , b=-3 , c=4
d=9 , e=5 , f=-19
g=2 , h=-7, i=12

输出

Yes

解释:直线的一般形式为$\mathrm{a_{1}x=b_{1}y+c_{1}=0}$。这里,输入中的a、b和c是第一条直线的系数,可以写成2x-3y+4=0。类似地,d、e和f是第二条直线的系数,即9x+5y-19=0,g、h和i是第三条直线的系数,即2x-7y+12=0。这三条直线相交于点(1,2),这就是共点。因此,这些直线是共点线。

输入

a=6 , b=3 , c=-12
d=2 , e=1 , f=-5
g=5 , h=-1 , i=14

输出

No

解释:使用直线的一般方程,我们可以找到使用其系数分别给出的三条直线的方程。这三条直线是6x+3y-12,2x+y-5=0。如果我们观察前两条线,它们具有相同的斜率,这意味着它们是平行线,因此这三条线永远不可能是共点线,因为没有共同的交点。

为了解决上述问题,我们必须开发一个算法来检查给定的三条线是否有任何共同的交点。如果所有线都经过同一点,则存在共点线,否则不存在。我们现在将通过算法检查共同的交点。

算法

假设三条直线的方程为ax+by+c=0、dx+ey+f=0和gx+hy+i=0,其中a、b、c、d、e、f、g、h和i分别是直线的系数,将作为输入提供。我们需要检查这三条线是否有任何共同的交点。

共点线只在一个点相交。在数学中,如果三条线共点,则由三条线的系数分别构成的矩阵的行列式值为0。

由三条线的系数构成的矩阵将是

$\mathrm{\begin{vmatrix}a & b & c\\d & e & f\\g & h & i \end{vmatrix}\:=\:0}$

如果给定的线共点,则上述矩阵的行列式将为零。

我们只需要计算由三条线的系数构成的矩阵的行列式值来解决问题。

计算矩阵行列式的公式是

a ∗ (e ∗ i − f ∗ h) − b ∗ (d ∗ i − f ∗ g) + c ∗ (d ∗ h − e ∗ g) = 矩阵的行列式

当将三条线的系数值代入上述公式时,如果结果值为0,则三条线共点。根据数学原理,如果矩阵的行列式值不为0,则给定的线不是共点线。

我们将使用上述公式来确定这些线是否共点。

方法

为了解决这个问题,我们将实现上述算法。在我们的方法中,必须采取以下步骤

  • 我们将编写一个函数来确定给定的直线是否共点。

  • 声明一个变量,然后将其设置为由指定直线的系数构成的矩阵的行列式的值。

  • 我们将检查变量的值是否为0。如果值为零,我们将返回true。

  • 如果变量的值包含0以外的任何值,我们将返回false。

  • 如果函数返回true,则在驱动程序代码中打印三条线共点的语句;否则,打印三条线不共点的语句。

该方法的C++代码

例子

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

//function to check if the three given lines are concurrent or not
bool check(int a, int b, int c,
           int d, int e, int f, 
           int g, int h, int i)
{
    //to store the value of determinant of the matrix formed by
    //the coefficients of the three lines
    long long int ans= (a*(e*i-f*h) - b*(d*i-f*g) + c*(d*h-e*g)); 
    
    if(ans==0){ //if value of determinant equals 0, they are concurrent
        return true;
    }
    
    else  //the value of determinant of the matrix is any value other than 0
    return false;
               
    
}

int main()
{
   int a, b, c;
   int d, e, f;
   int g, h, i;
   
   a=3, b=4, c=-13;
   d=2, e=-7, f=1;
   g=5, h=-1, i=-14;
   
   //to store the output of the function
   bool concurrent=check(a,b,c,d,e,f,g,h,i); 
   
   if(concurrent==true){ //if function returns true
       cout<<"The given three lines are concurrent"<<endl;
   }
   
   else  //if function returns false
       cout<<"The given three lines are not concurrent"<<endl;

    return 0;
}

输出

The given three lines are concurrent

时间复杂度:O(1),因为检查线是否共点需要常数时间。

空间复杂度:O(1),因为我们没有使用任何额外的空间。

结论

我们讨论了共点线的概念,并提供了一个实用的C++方法来确定给定的三条直线是否共点。我们使用简单数学概念的方法。

阅读完这篇文章后,我希望您完全理解解决问题所需的各个概念。

更新于:2023年8月21日

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