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- 2021-06-15 发布
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§9.2 两条直线的位置关系
最新考纲
考情考向分析
1.能根据两条直线的斜率判定这两条直线平行或垂直.
2.能用解方程组的方法求两条相交直线的交点坐标.
3.掌握两点间的距离公式、点到直线的距离公式,会求两条平行直线间的距离.
以考查两条直线的位置关系、两点间的距离、点到直线的距离、两条直线的交点坐标为主,有时也会与圆、椭圆、双曲线、抛物线交汇考查.题型主要以选择、填空题为主,要求相对较低,但内容很重要,特别是距离公式,是高考考查的重点.
1.两条直线的位置关系
(1)两条直线平行与垂直
①两条直线平行:
(ⅰ)对于两条不重合的直线l1,l2,若其斜率分别为k1,k2,则有l1∥l2⇔k1=k2.
(ⅱ)当直线l1,l2不重合且斜率都不存在时,l1∥l2.
②两条直线垂直:
(ⅰ)如果两条直线l1,l2的斜率存在,设为k1,k2,
则有l1⊥l2⇔k1·k2=-1.
(ⅱ)当其中一条直线的斜率不存在,而另一条的斜率为0时,l1⊥l2.
(2)两条直线的交点
直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,则l1与l2的交点坐标就是方程组的解.
2.几种距离
(1)两点P1(x1,y1),P2(x2,y2)之间的距离
|P1P2|=.
(2)点P0(x0,y0)到直线l:Ax+By+C=0的距离
d=.
(3)两条平行线Ax+By+C1=0与Ax+By+C2=0(其中C1≠C2)间的距离d= .
知识拓展
1.直线系方程
(1)与直线Ax+By+C=0平行的直线系方程是Ax+By+m=0(m∈R且m≠C).
(2)与直线Ax+By+C=0垂直的直线系方程是Bx-Ay+n=0(n∈R).
2.两直线平行或重合的充要条件
直线l1:A1x+B1y+C1=0与直线l2:A2x+B2y+C2=0平行或重合的充要条件是A1B2-A2B1=0.
3.两直线垂直的充要条件
直线l1:A1x+B1y+C1=0与直线l2:A2x+B2y+C2=0垂直的充要条件是A1A2+B1B2=0.
4.过直线l1:A1x+B1y+C1=0与l2:A2x+B2y+C2=0的交点的直线系方程为A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2)=0(λ∈R),但不包括l2.
5.点到直线、两平行线间的距离公式的使用条件
(1)求点到直线的距离时,应先化直线方程为一般式.
(2)求两平行线之间的距离时,应先将方程化为一般式且x,y的系数对应相等.
题组一 思考辨析
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)当直线l1和l2斜率都存在时,一定有k1=k2⇒l1∥l2.( × )
(2)如果两条直线l1与l2垂直,则它们的斜率之积一定为-1.( × )
(3)已知直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0(A1,B1,C1,A2,B2,C2为常数),若直线l1⊥l2,则A1A2+B1B2=0.( √ )
(4)点P(x0,y0)到直线y=kx+b的距离为.( × )
(5)直线外一点与直线上一点的距离的最小值就是点到直线的距离.( √ )
(6)若点A,B关于直线l:y=kx+b(k≠0)对称,则直线AB的斜率等于-,且线段AB的中点在直线l上.( √ )
题组二 教材改编
2.[P110B组T2]已知点(a,2)(a>0)到直线l:x-y+3=0的距离为1,则a等于( )
A. B.2- C.-1 D.+1
答案 C
解析 由题意得=1.
解得a=-1+或a=-1-.∵a>0,∴a=-1+.
3.[P101A组T10]已知P(-2,m),Q(m,4),且直线PQ垂直于直线x+y+1=0,则m=________.
答案 1
解析 由题意知=1,所以m-4=-2-m,
所以m=1.
题组三 易错自纠
4.(2017·郑州调研)直线2x+(m+1)y+4=0与直线mx+3y-2=0平行,则m等于( )
A.2 B.-3
C.2或-3 D.-2或-3
答案 C
解析 直线2x+(m+1)y+4=0与直线mx+3y-2=0平行,则有=≠,故m=2或-3.故选C.
5.直线2x+2y+1=0,x+y+2=0之间的距离是______.
答案
解析 先将2x+2y+1=0化为x+y+=0,
则两平行线间的距离为d==.
6.若关于x,y的方程组有无数多组解,则实数a=________.
答案 2
解析 当a=0时,不合题意;
当a≠0时,==,得a=2,综上,a=2.
题型一 两条直线的位置关系
典例 (2018·青岛模拟)已知两条直线l1:ax-by+4=0和l2:(a-1)x+y+b=0,
求满足下列条件的a,b的值.
(1)l1⊥l2,且l1过点(-3,-1);
(2)l1∥l2,且坐标原点到这两条直线的距离相等.
解 (1)由已知可得l2的斜率存在,且k2=1-a.
若k2=0,则1-a=0,a=1.
∵l1⊥l2,直线l1的斜率k1必不存在,即b=0.
又∵l1过点(-3,-1),
∴-3a+4=0,即a=(矛盾),
∴此种情况不存在,
∴k2≠0,即k1,k2都存在且不为0.
∵k2=1-a,k1=,l1⊥l2,
∴k1k2=-1,即(1-a)=-1.(*)
又∵l1过点(-3,-1),∴-3a+b+4=0.(**)
由(*)(**)联立,解得a=2,b=2.
(2)∵l2的斜率存在,l1∥l2,∴直线l1的斜率存在,
k1=k2,即=1-a,①
又∵坐标原点到这两条直线的距离相等,且l1∥l2,
∴l1,l2在y轴上的截距互为相反数,即=b,②
联立①②,解得或
∴a=2,b=-2或a=,b=2.
思维升华 (1)当直线方程中存在字母参数时,不仅要考虑到斜率存在的一般情况,也要考虑到斜率不存在的特殊情况.同时还要注意x,y的系数不能同时为零这一隐含条件.
(2)在判断两直线平行、垂直时,也可直接利用直线方程的系数间的关系得出结论.
跟踪训练 已知直线l1:ax+2y+6=0和直线l2:x+(a-1)y+a2-1=0.
(1)试判断l1与l2是否平行;
(2)当l1⊥l2时,求a的值.
解 (1)方法一 当a=1时,l1:x+2y+6=0,
l2:x=0,l1不平行于l2;
当a=0时,l1:y=-3,
l2:x-y-1=0,l1不平行于l2;
当a≠1且a≠0时,两直线可化为l1:y=-x-3,
l2:y=x-(a+1),
l1∥l2⇔解得a=-1,
综上可知,当a=-1时,l1∥l2.
方法二 由A1B2-A2B1=0,
得a(a-1)-1×2=0,
由A1C2-A2C1≠0,
得a(a2-1)-1×6≠0,
∴l1∥l2⇔
⇔可得a=-1,
故当a=-1时,l1∥l2.
(2)方法一 当a=1时,l1:x+2y+6=0,l2:x=0,
l1与l2不垂直,故a=1不成立;
当a=0时,l1:y=-3,l2:x-y-1=0,l1不垂直于l2,
故a=0不成立;
当a≠1且a≠0时,
l1:y=-x-3,l2:y=x-(a+1),
由·=-1,得a=.
方法二 由A1A2+B1B2=0,得a+2(a-1)=0,
可得a=.
题型二 两直线的交点与距离问题
1.已知直线y=kx+2k+1与直线y=-x+2的交点位于第一象限,则实数k的取值范围是________.
答案
解析 方法一 由方程组
解得
(若2k+1=0,即k=-,则两直线平行)
∴交点坐标为.
又∵交点位于第一象限,
∴
解得-<k<.
方法二 如图,已知直线y=-x+2与x轴、y轴分别交于点A(4,0),B(0,2).
而直线方程y=kx+2k+1可变形为y-1=k(x+2),表示这是一条过定点P(-2,1),斜率为k的动直线.
∵两直线的交点在第一象限,
∴两直线的交点必在线段AB上(不包括端点),
∴动直线的斜率k需满足kPA<k<kPB.
∵kPA=-,kPB=.
∴-<k<.
2.若直线l过点P(-1,2)且到点A(2,3)和点B(-4,5)的距离相等,则直线l的方程为____________________________.
答案 x+3y-5=0或x=-1
解析 方法一 当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y-2=k(x+1),即kx-y+k+2=0.
由题意知=,
即|3k-1|=|-3k-3|,∴k=-.
∴直线l的方程为y-2=-(x+1),即x+3y-5=0.
当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为x=-1,也符合题意.
方法二 当AB∥l时,有k=kAB=-,
直线l的方程为y-2=-(x+1),
即x+3y-5=0.
当l过AB的中点时,AB的中点为(-1,4).
∴直线l的方程为x=-1.
故所求直线l的方程为x+3y-5=0或x=-1.
思维升华 (1)求过两直线交点的直线方程的方法
先求出两直线的交点坐标,再结合其他条件写出直线方程.
(2)利用距离公式应注意:①点P(x0,y0)到直线x=a的距离d=|x0-a|,到直线y=b的距离d=|y0-b|;②两平行线间的距离公式要把两直线方程中x,y的系数化为相等.
题型三 对称问题
命题点1 点关于点中心对称
典例 过点P(0,1)作直线l,使它被直线l1:2x+y-8=0和l2:x-3y+10=0截得的线段被点P平分,则直线l的方程为________________.
答案 x+4y-4=0
解析 设l1与l的交点为A(a,8-2a),则由题意知,点A关于点P的对称点B(-a,2a-6)在l2上,代入l2的方程得-a-3(2a-6)+10=0,解得a=4,即点A(4,0)在直线l上,所以直线l的方程为x+4y-4=0.
命题点2 点关于直线对称
典例 如图,已知A(4,0),B(0,4),从点P(2,0)射出的光线经直线AB反射后再射到直线OB上,最后经直线OB反射后又回到P点,则光线所经过的路程是( )
A.3 B.6 C.2 D.2
答案 C
解析 直线AB的方程为x+y=4,点P(2,0)关于直线AB的对称点为D(4,2),关于y轴的对称点为C(-2,0),则光线经过的路程为|CD|==2.
命题点3 直线关于直线的对称问题
典例 已知直线l:2x-3y+1=0,求直线m:3x-2y-6=0关于直线l的对称直线m′的方程.
解 在直线m上任取一点,如M(2,0),则M(2,0)关于直线l的对称点M′必在直线m′上.
设对称点M′(a,b),则
解得
∴M′.
设直线m与直线l的交点为N,则
由
得N(4,3).
又∵直线m′经过点N(4,3),
∴由两点式得直线m′的方程为9x-46y+102=0.
思维升华 解决对称问题的方法
(1)中心对称
①点P(x,y)关于Q(a,b)的对称点P′(x′,y′)满足
②直线关于点的对称可转化为点关于点的对称问题来解决.
(2)轴对称
①点A(a,b)关于直线Ax+By+C=0(B≠0)的对称点A′(m,n),则有
②直线关于直线的对称可转化为点关于直线的对称问题来解决.
跟踪训练 已知直线l:3x-y+3=0,求:
(1)点P(4,5)关于l的对称点;
(2)直线x-y-2=0关于直线l对称的直线方程;
(3)直线l关于(1,2)的对称直线.
解 (1)设P(x,y)关于直线l:3x-y+3=0的对称点为P′(x′,y′),∵kPP′·kl=-1,
即×3=-1.①
又PP′的中点在直线3x-y+3=0上,
∴3×-+3=0.②
由①②得
把x=4,y=5代入③④得x′=-2,y′=7,
∴点P(4,5)关于直线l的对称点P′的坐标为(-2,7).
(2)用③④分别代换x-y-2=0中的x,y,
得关于l对称的直线方程为
--2=0,
化简得7x+y+22=0.
(3)在直线l:3x-y+3=0上取点M(0,3),
关于(1,2)的对称点M′(x′,y′),
∴=1,x′=2,=2,y′=1,∴M′(2,1).
l关于(1,2)的对称直线平行于l,∴k=3,
∴对称直线方程为y-1=3×(x-2),
即3x-y-5=0.
妙用直线系求直线方程
一、平行直线系
由于两直线平行,它们的斜率相等或它们的斜率都不存在,因此两直线平行时,它们的一次项系数与常数项有必然的联系.
典例1 求与直线3x+4y+1=0平行且过点(1,2)的直线l的方程.
思想方法指导 因为所求直线与3x+4y+1=0平行,因此,可设该直线方程为3x+4y+c=0(c≠1).
规范解答
解 由题意,设所求直线方程为3x+4y+c=0(c≠1),
又因为直线过点(1,2),
所以3×1+4×2+c=0,解得c=-11.
因此,所求直线方程为3x+4y-11=0.
二、垂直直线系
由于直线A1x+B1y+C1=0与A2x+B2y+C2=0垂直的充要条件为A1A2+B1B2=0.因此,当两直线垂直时,它们的一次项系数有必然的联系.可以考虑用直线系方程求解.
典例2 求经过A(2,1),且与直线2x+y-10=0垂直的直线l的方程.
思想方法指导 依据两直线垂直的特征设出方程,再由待定系数法求解.
规范解答
解 因为所求直线与直线2x+y-10=0垂直,所以设该直线方程为x-2y+C1=0,又直线过点A(2,1),
所以有2-2×1+C1=0,解得C1=0,
即所求直线方程为x-2y=0.
三、过直线交点的直线系
典例3 (2017·湖南东部十校联考)经过两条直线2x+3y+1=0和x-3y+4=0的交点,并且垂直于直线3x+4y-7=0的直线方程为____________.
思想方法指导 可分别求出直线l1与l2的交点及直线l的斜率k,直接写出方程;也可以根据垂直关系设出所求方程,再把交点坐标代入求解;又可以利用过交点的直线系方程设直线方程,再用待定系数法求解.
解析 方法一 由方程组
解得
即交点为,
∵所求直线与直线3x+4y-7=0垂直,
∴所求直线的斜率为k=.
由点斜式得所求直线方程为y-=,
即4x-3y+9=0.
方法二 由垂直关系可设所求直线方程为4x-3y+m=0,
由方程组
可解得交点为,
代入4x-3y+m=0,得m=9,
故所求直线方程为4x-3y+9=0.
方法三 由题意可设所求直线方程为
(2x+3y+1)+λ(x-3y+4)=0,
即(2+λ)x+(3-3λ)y+1+4λ=0,①
又∵所求直线与直线3x+4y-7=0垂直,
∴3(2+λ)+4(3-3λ)=0,
∴λ=2,代入①式得所求直线方程为4x-3y+9=0.
答案 4x-3y+9=0
1.直线2x+y+m=0和x+2y+n=0的位置关系是( )
A.平行 B.垂直
C.相交但不垂直 D.不能确定
答案 C
解析 直线2x+y+m=0的斜率k1=-2,直线x+2y+n=0的斜率k2=-,则k1≠k2,且k1k2≠-1.
故选C.
2.已知直线l1:x+my+7=0和l2:(m-2)x+3y+2m=0互相平行,则实数m等于( )
A.-1或3 B.-1
C.-3 D.1或-3
答案 A
解析 当m=0时,显然不符合题意;
当m≠0时,由题意得,=≠,
解得m=-1或m=3,故选A.
3.从点(2,3)射出的光线沿与向量a=(8,4)平行的直线射到y轴上,
则反射光线所在的直线方程为( )
A.x+2y-4=0 B.2x+y-1=0
C.x+6y-16=0 D.6x+y-8=0
答案 A
解析 由直线与向量a=(8,4)平行知,过点(2,3)的直线的斜率k=,所以直线的方程为y-3=(x-2),其与y轴的交点坐标为(0,2),又点(2,3)关于y轴的对称点为(-2,3),所以反射光线过点(-2,3)与(0,2),由两点式知A正确.
4.(2017·浙江嘉兴一中月考)若点P在直线l:x-y-1=0上运动,且A(4,1),B(2,0),则|PA|+|PB|的最小值是( )
A. B. C.3 D.4
答案 C
解析 设A(4,1)关于直线x-y-1=0的对称点为A′(2,3),∴|PA|+|PB|=|PA′|+|PB|,
当P,A′,B三点共线时,|PA|+|PB|取得最小值
|A′B|==3.
5.若直线l1:x+ay+6=0与l2:(a-2)x+3y+2a=0平行,则l1与l2之间的距离为( )
A. B.4 C. D.2
答案 C
解析 ∵l1∥l2,∴a≠2且a≠0,
∴=≠,解得a=-1,
∴l1与l2的方程分别为l1:x-y+6=0,l2:x-y+=0,
∴l1与l2的距离d==.
6.若直线l1:y=k(x-4)与直线l2关于点(2,1)对称,则直线l2经过定点 ( )
A.(0,4) B.(0,2)
C.(-2,4) D.(4,-2)
答案 B
解析 直线l1:y=k(x-4)经过定点(4,0),其关于点(2,1)对称的点为(0,2),又直线l1:y=k(x-4)与直线l2关于点(2,1)对称,故直线l2经过定点(0,2).
7.若三条直线y=2x,x+y=3,mx+2y+5=0相交于同一点,则m的值为________.
答案 -9
解析 由得
∴点(1,2)满足方程mx+2y+5=0,
即m×1+2×2+5=0,∴m=-9.
8.将一张坐标纸折叠一次,使得点(0,2)与点(4,0)重合,点(7,3)与点(m,n)重合,则m+n=________.
答案
解析 由题意可知,纸的折痕应是点(0,2)与点(4,0)连线的中垂线,即直线y=2x-3,它也是点(7,3)与点(m,n)连线的中垂线,
于是 解得
故m+n=.
9.已知直线l1:ax+y-6=0与l2:x+(a-2)y+a-1=0相交于点P,若l1⊥l2,则a=________,此时点P的坐标为________.
答案 1 (3,3)
解析 ∵直线l1:ax+y-6=0与l2:x+(a-2)y+a-1=0相交于点P,且l1⊥l2,
∴a×1+1×(a-2)=0,
即a=1,联立方程
易得x=3,y=3,∴P(3,3).
10.已知点A(0,1),直线l1:x-y-1=0,直线l2:x-2y+2=0,则点A关于直线l1的对称点B的坐标为________,直线l2关于直线l1的对称直线的方程是__________.
答案 (2,-1) 2x-y-5=0
解析 设B(x,y),
则解得即B(2,-1).
由得
设C(4,3),由(1)得l2上的点A(0,1)关于直线l1的对称点为B,因此所求对称直线过B,C两点,
所以y-3=(x-4),即2x-y-5=0.
11.已知方程(2+λ)x-(1+λ)y-2(3+2λ)=0与点P(-2,2).
(1)证明:对任意的实数λ,该方程都表示直线,且这些直线都经过同一定点,并求出这一定点的坐标;
(2)证明:该方程表示的直线与点P的距离d小于4.
(1)解 显然2+λ与-(1+λ)不可能同时为零,故对任意的实数λ,该方程都表示直线.
∵方程可变形为2x-y-6+λ(x-y-4)=0,
∴解得
故直线经过的定点为M(2,-2).
(2)证明 过P作直线的垂线段PQ,由垂线段小于斜线段知|PQ|≤|PM|,当且仅当Q与M重合时,|PQ|=|PM|,
此时对应的直线方程是y+2=x-2,即x-y-4=0.
但直线系方程唯独不能表示直线x-y-4=0,
∴M与Q不可能重合,而|PM|=4,
∴|PQ|<4,故所证成立.
12.已知三条直线:l1:2x-y+a=0(a>0);l2:-4x+2y+1=0;l3:x+y-1=0,且l1与l2间的距离是.
(1)求a的值;
(2)能否找到一点P,使P同时满足下列三个条件:
①点P在第一象限;
②点P到l1的距离是点P到l2的距离的;
③点P到l1的距离与点P到l3的距离之比是∶.
若能,求点P的坐标;若不能,请说明理由.
解 (1)直线l2:2x-y-=0,所以两条平行直线l1与l2间的距离为d==,
所以=,
即=,
又a>0,解得a=3.
(2)假设存在点P,设点P(x0,y0).
若点P满足条件②,
则点P在与l1,l2平行的直线l′:2x-y+c=0上,
且=×,
即c=或,
所以直线l′的方程为
2x0-y0+=0或2x0-y0+=0;
若点P满足条件③,由点到直线的距离公式,
有=×,
即|2x0-y0+3|=|x0+y0-1|,
所以x0-2y0+4=0或3x0+2=0;
由于点P在第一象限,所以3x0+2=0不可能.
联立方程2x0-y0+=0和x0-2y0+4=0,
解得(舍去);
联立方程2x0-y0+=0和x0-2y0+4=0,
解得
所以存在点P同时满足三个条件.
13.若三条直线y=2x,x+y=3,mx+ny+5=0相交于同一点,则点(m,n)到原点的距离的最小值为( )
A. B. C.2 D.2
答案 A
解析 联立解得x=1,y=2.
把(1,2)代入mx+ny+5=0可得,m+2n+5=0.
∴m=-5-2n.
∴点(m,n)到原点的距离
d==
=≥,
当n=-2,m=-1时取等号.
∴点(m,n)到原点的距离的最小值为.
14.(2018届山西名校模拟)已知M(x,y)为曲线C:+=1上任意一点,且A(-3,0),B(3,0),则|MA|+|MB|的最大值是________.
答案 8
解析 原曲线方程可化为+=1,作图如下:
由上图可得要使|MA|+|MB|取得最大值,则M必须在菱形的顶点处,不妨取M(0,±),或M(±4,0),均可求得|MA|+|MB|=8,故|MA|+|MB|的最大值为8.
15.定义点P(x0,y0)到直线l:ax+by+c=0(a2+b2≠0)的有向距离为d=.已知点P1,P2到直线l的有向距离分别是d1,d2,则下列命题正确的是( )
A.若d1=d2=1,则直线P1P2与直线l平行
B.若d1=1,d2=-1,则直线P1P2与直线l垂直
C.若d1+d2=0,则直线P1P2与直线l垂直
D.若d1·d2≤0,则直线P1P2与直线l相交
答案 A
解析 设P1(x1,y1),P2(x2,y2),则由d1=d2=1,
得ax1+by1+c=ax2+by2+c=≠0,
化简得=-(x1≠x2),
由x1=x2得y1≠y2,b=0,又P1,P2不在直线l上,所以直线P1P2与直线l平行;由d1=1,d2=-1或d1+d2=0得ax1+by1+c=-(ax2+by2+c),化简得a(x1+x2)+b(y1+y2)=-2c,得不到a(x1-x2)+b(y1-y2)=0;若d1·d2≤0,则P1,P2可能都在直线l上,所以命题正确的是A项.
16.在平面直角坐标系xOy中,将直线l沿x轴正方向平移3个单位长度,沿y轴正方向平移5个单位长度,得到直线l1.再将直线l1沿x轴正方向平移1个单位长度,沿y轴负方向平移2个单位长度,又与直线l重合.若直线l与直线l1关于点(2,3)对称,则直线l的方程是______________.
答案 6x-8y+1=0
解析 由题意知直线l的斜率存在,设直线l的方程为y=kx+b,将直线l沿x轴正方向平移3个单位长度,沿y轴正方向平移5个单位长度,得到直线l1:y=k(x-3)+5+b,将直线l1沿x轴正方向平移1个单位长度,沿y轴负方向平移2个单位长度,则平移后的直线方程为y=k(x-3-1)+b+5-2,即y=kx+3-4k+b,∴b=3-4k+b,解得k=,∴直线l的方程为y=x+b,直线l1为y=x++b,取直线l上的一点P,则点P关于点(2,3)的对称点为
,∴6-b-=(4-m)+b+,解得b=.∴直线l的方程是y=x+,即6x-8y+1=0.