直線與方程 含答案

2022-12-25 13:36:02 字數 4290 閱讀 5138

要點梳理

1. 直線的傾斜角與斜率

(1)直線的傾斜角

①定義:當直線l與x軸相交時,我們取x軸作為基準,x軸正向與直線l向上方向之間所成的角α叫做直線l的傾斜角.當直線l與x軸平行或重合時,規定它的傾斜角為0°.

②傾斜角的範圍為[0°,180°).

(2)直線的斜率

①定義:一條直線的傾斜角α的正切值叫做這條直線的斜率,斜率常用小寫字母k表示,即k=tan_α,傾斜角是90°的直線斜率不存在.

②過兩點的直線的斜率公式

經過兩點p1(x1,y1),p2(x2,y2) (x1≠x2)的直線的斜率公式為k=.

2. 直線方程的五種形式

3. 過p1(x1,y1),p2(x2,y2)的直線方程

(1)若x1=x2,且y1≠y2時,直線垂直於x軸,方程為x=x1;

(2)若x1≠x2,且y1=y2時,直線垂直於y軸,方程為y=y1;

(3)若x1=x2=0,且y1≠y2時,直線即為y軸,方程為x=0;

(4)若x1≠x2,且y1=y2=0時,直線即為x軸,方程為y=0.

4. 線段的中點座標公式

若點p1、p2的座標分別為(x1,y1)、(x2,y2),且線段p1p2的中點m的座標為(x,y),則,此公式為線段p1p2的中點座標公式.

5. 兩條直線平行與垂直的判定

(1)兩條直線平行

對於兩條不重合的直線l1、l2,其斜率分別為k1、k2,則有l1∥l2k1=k2.特別地,當直線l1、l2的斜率都不存在時,l1與l2平行.

(2)兩條直線垂直

如果兩條直線l1,l2斜率存在,設為k1,k2,則l1⊥l2k1·k2=-1,當一條直線斜率為零,另一條直線斜率不存在時,兩條直線垂直.

6. 兩直線相交

交點:直線l1:a1x+b1y+c1=0和l2:a2x+b2y+c2=0的公共點的座標與方程組的解一一對應.

相交方程組有唯一解,交點座標就是方程組的解;

平行方程組無解;

重合方程組有無數個解.

7. 三種距離公式

(1)點a(x1,y1)、b(x2,y2)間的距離:

|ab|=.

(2)點p(x0,y0)到直線l:ax+by+c=0的距離:

d=.(3)兩平行直線l1:ax+by+c1=0與l2:ax+by+c2=0 (c1≠c2)間的距離為

d=.題型分類

題型一直線的傾斜角與斜率

例1(1)若直線l與直線y=1,x=7分別交於點p,q,且線段pq的中點座標為(1,-1),則直線l的斜率為

abcd.

(2)直線xcos α+y+2=0的傾斜角的範圍是

a.∪ b.∪ cd.

思維啟迪:斜率公式和傾斜角的定義是解決這類問題的基礎,範圍可結合圖形考慮.

答案 (1)b (2)b

解析 (1)依題意,設點p(a,1),q(7,b),

則有,解得a=-5,b=-3,

從而可知直線l的斜率為=-.

(2)由xcos α+y+2=0得直線斜率k=-cos α.

∵-1≤cos α≤1,∴-≤k≤.

設直線的傾斜角為θ,則-≤tan θ≤.

結合正切函式在∪上的圖象可知,

0≤θ≤或≤θ<π.

變式1:已知線段pq兩端點的座標分別為p(-1,1)和q(2,2),若直線l:x+my+m=0與線段pq有交點,求實數m的取值範圍.

解如圖所示,直線l:x+my+m=0過定點a(0,-1),

當m≠0時,kqa=,kpa=-2,

kl=-.

∴-≤-2或-≥,

解得0當m=0時,直線l的方程為x=0,與線段pq有交點,

所以,實數m的取值範圍為-≤m≤.

題型二求直線的方程

例2 求適合下列條件的直線方程:

(1)經過點p(3,2),且在兩座標軸上的截距相等;

(2)過點a(-1,-3),斜率是直線y=3x的斜率的-;

(3)過點a(1,-1)與已知直線l1:2x+y-6=0相交於b點且|ab|=5.

思維啟迪:選擇適當的直線方程形式,把所需要的條件求出即可.

解 (1)方法一設直線l在x,y軸上的截距均為a,若a=0,即l過點(0,0)和(3,2),

∴l的方程為y=x,即2x-3y=0.

若a≠0,則設l的方程為+=1,

∵l過點(3,2),∴+=1,

∴a=5,∴l的方程為x+y-5=0,

綜上可知,直線l的方程為2x-3y=0或x+y-5=0.

方法二由題意,所求直線的斜率k存在且k≠0,

設直線方程為y-2=k(x-3),

令y=0,得x=3-,令x=0,得y=2-3k,

由已知3-=2-3k,解得k=-1或k=,

∴直線l的方程為

y-2=-(x-3)或y-2=(x-3),

即x+y-5=0或2x-3y=0.

(2)設所求直線的斜率為k,依題意

k=-×3=-.

又直線經過點a(-1,-3),

因此所求直線方程為y+3=-(x+1),

即3x+4y+15=0.

(3)過點a(1,-1)與y軸平行的直線為x=1.

解方程組,

求得b點座標為(1,4),此時|ab|=5,

即x=1為所求.

設過a(1,-1)且與y軸不平行的直線為

y+1=k(x-1),

解方程組,

得兩直線交點為.

(k≠-2,否則與已知直線平行).

則b點座標為.

由已知2+2=52,

解得k=-,∴y+1=-(x-1),

即3x+4y+1=0.

綜上可知,所求直線的方程為x=1或3x+4y+1=0.

變式2:△abc的三個頂點為a(-3,0),b(2,1),c(-2,3),求:

(1)bc所在直線的方程;

(2)bc邊上中線ad所在直線的方程;

(3)bc邊的垂直平分線de的方程.

解 (1)因為直線bc經過b(2,1)和c(-2,3)兩點,由兩點式得bc的方程為=,即x+2y-4=0.

(2)設bc中點d的座標為(x,y),

則x==0,y==2.

bc邊的中線ad過a(-3,0),d(0,2)兩點,由截距式得ad所在直線方程為+=1,即2x-3y+6=0.

(3)bc的斜率k1=-,則bc的垂直平分線de的斜率k2=2,由點斜式得直線de的方程為y-2=2(x-0),

即2x-y+2=0.

題型三直線方程的綜合應用

例3 已知直線l:kx-y+1+2k=0(k∈r).

(1)證明:直線l過定點;

(2)若直線不經過第四象限,求k的取值範圍;

(3)若直線l交x軸負半軸於a,交y軸正半軸於b,△aob的面積為s(o為座標原點),求s的最小值並求此時直線l的方程.

思維啟迪:抓住直線過定點這個特徵,找直線不經過第四象限的條件,表示△aob的面積,然後求最值.

(1)證明直線l的方程是:k(x+2)+(1-y)=0,

令,解得,

∴無論k取何值,直線總經過定點(-2,1).

(2)解由方程知,當k≠0時直線在x軸上的截距為-,在y軸上的截距為1+2k,要使直線不經過第四象限,則必須有,

解之得k>0;

當k=0時,直線為y=1,符合題意,故k≥0.

(3)解由l的方程,得a,b(0,1+2k).

依題意得

解得k>0.

∵s=·|oa|·|ob|=··|1+2k|

=·=≥×(2×2+4)=4,

「=」成立的條件是k>0且4k=,即k=,

∴smin=4,此時l的方程為:x-2y+4=0.

變式3:已知直線l過點p(3,2),且與x軸、y軸的正半軸分別交於a、b兩點,如圖所示,求△abo的面積的最小值及此時直線l的方程.

解方法一設直線方程為+=1 (a>0,b>0),

點p(3,2)代入得+=1≥2,得ab≥24,

從而s△aob=ab≥12,當且僅當=時等號成立,這時k=-=-,從而所求直線方程為2x+3y-12=0.

方法二依題意知,直線l的斜率k存在且k<0.

則直線l的方程為y-2=k(x-3) (k<0),

且有a,b(0,2-3k),

∴s△abo=(2-3k) =≥

=×(12+12)=12.

當且僅當-9k=時,即k=-時,等號成立.

即△abo面積的最小值為12.

故所求直線的方程為2x+3y-12=0.

題型四兩條直線的平行與垂直

例4 已知直線l1:ax+2y+6=0和直線l2:x+(a-1)y+a2-1=0.

(1)試判斷l1與l2是否平行;

直線與直線方程經典例題

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