Mi correggo: dal momento che atan2 per funzionare effettivamente necessita dei due pezzi della frazione, di fatto sarà:

theta = atan2(y1-y2, x1-x2)

Inoltre, per evitare problemi di divergenza della tangente, se sai quanto vuoi che sia lungo il secondo segmento (diciamo ro) puoi calcolare le coordinate finali usando seno e coseno:

y3 = y1 + sin(theta_f)*ro
x3 = x1 + cos(theta_f)*ro