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  • 2021-06-15 发布

【数学】2020届一轮复习新课改省份专用版8--1直线的倾斜角与斜率、直线的方程学案

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第一节直线的倾斜角与斜率、直线的方程 ‎1.直线的倾斜角❶‎ ‎(1)定义:当直线l与x轴相交时,取x轴作为基准,x轴正向与直线l向上方向之间所成的角叫做直线l的倾斜角.‎ ‎(2)规定:当直线l与x轴平行或重合时,它的倾斜角为0.‎ ‎(3)范围:直线l倾斜角的取值范围是[0,π).‎ ‎2.斜率公式 ‎(1)定义式:直线l的倾斜角为α,则斜率k=tan α.‎ ‎(2)坐标式:P1(x1,y1),P2(x2,y2)❷在直线l上,且x1≠x2,则l的斜率k=.‎ ‎3.直线方程的5种形式 名称 方程 适用条件 点斜式 y-y0=k(x-x0)‎ 不含垂直于x轴的直线 斜截式 y=kx+b 不含垂直于x轴的直线 两点式 = 不含直线x=x1(x1≠x2)和直线y=y1(y1≠y2)‎ 截距式 +=1‎ 不含垂直于坐标轴和过原点的直线 一般式❸‎ Ax+By+C=0,A2+B2≠0‎ 平面内所有直线 平面直角坐标系中每一条直线都有一个确定的倾斜角,且倾斜程度相同的直线,其倾斜角相等;倾斜程度不同的直线,其倾斜角不相等.‎ 如果y2=y1,x2≠x1,则直线与x轴平行或重合,斜率等于0;如果y2≠y1,x2=x1,则直线与x轴垂直,倾斜角等于90°,斜率不存在.‎ 斜率与倾斜角的关系 ‎(1)当直线不垂直于x轴时,直线的斜率和直线的倾斜角为一一对应关系.‎ ‎(2)当直线l的倾斜角α∈时,α越大,直线l的斜率越大;当α∈时,α越大,直线l的斜率越大.‎ ‎(3)所有的直线都有倾斜角,但不是所有的直线都有斜率.‎ ‎(4)已知倾斜角α的范围,求斜率k的范围,实质是求k=tan α的值域;已知斜率k的范围,求倾斜角α的范围,实质是在∪ 上解关于正切函数的三角不等式问题,可借助正切函数图象来解决此类问题.‎ ‎ (1)把直线Ax+By+C=0(ABC≠0)化为下面的形式:‎ ‎①化为截距式:Ax+By=-C,即+=1.‎ ‎②化为斜截式:y=-x-.‎ ‎ (2)在一般式Ax+By+C=0(A,B不全为0)中,‎ 若A=0,则y=-,它表示一条与y轴垂直的直线;‎ 若B=0,则x=-,它表示一条与x轴垂直的直线. ‎ ‎[小题查验基础]‎ 一、判断题(对的打“√”,错的打“×”)‎ ‎(1)坐标平面内的任何一条直线均有倾斜角与斜率.(  )‎ ‎(2)过点M(a,b),N(b,a)(a≠b)的直线的倾斜角是45°.(  )‎ ‎(3)直线的倾斜角越大,斜率k就越大.(  )‎ ‎(4)经过点P(x0,y0)的直线都可以用方程y-y0=k(x-x0)表示.(  )‎ ‎(5)经过任意两个不同的点P1(x1,y1),P2(x2,y2)的直线都可以用方程(y-y1)(x2-x1)=(x-x1)(y2-y1)表示.(  )‎ 答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√‎ 二、选填题 ‎1.若直线x=2的倾斜角为α,则α的值为(  )‎ A.0       B. C. D.不存在 解析:选C 因为直线x=2垂直于x轴,所以倾斜角α为.‎ ‎2.直线x-y+a=0的倾斜角为(  )‎ A. B. C. D. 解析:选B 设直线的倾斜角为α,则tan α=,‎ ‎∵α∈[0,π),∴α=.‎ ‎3.如果A·C<0,且B·C<0,那么直线Ax+By+C=0不经过(  )‎ A.第一象限 B.第二象限 C.第三象限 D.第四象限 解析:选C ∵A·C<0,B·C<0,Ax+By+C=0,∴y=-x-,∴A·B>0,->0,∴-<0,∴直线Ax+By+C=0经过第一、二、四象限,故选C.‎ ‎4.若过点M(-2,m),N(m,4)的直线的斜率等于1,则m=________.‎ 解析:由k==1,得m=1.‎ 答案:1‎ ‎5.过点P(2,-3),倾斜角为45°的直线方程为_____________.‎ 解析:由点斜式得直线方程为y-(-3)=tan 45°(x-2),即x-y-5=0.‎ 答案:x-y-5=0‎ 考点一 直线的倾斜角与斜率 [师生共研过关]‎ ‎ [典例精析]‎ ‎(1)直线xsin α+y+2=0的倾斜角的范围是(  )‎ A.[0,π)      B.∪ C. D.∪ ‎(2)已知直线l过点P(1,0),且与以A(2,1),B(0,)为端点的线段有公共点,则直线l的斜率的取值范围是________.‎ ‎[解析] (1)设直线的倾斜角为θ,‎ 则有tan θ=-sin α,‎ 又-sin α∈[-1,1],θ∈[0,π),‎ 所以0≤θ≤或 ≤θ<π.‎ ‎(2)如图,因为kAP==1,‎ kBP==-,‎ 所以直线l的斜率k∈(-∞,-]∪[1,+∞).‎ ‎[答案] (1)B (2)(-∞,-]∪[1,+∞)‎ ‎[解题技法]‎ 斜率取值范围的2种求法 数形结合法 作出直线在平面直角坐标系中可能的位置,借助图形,结合正切函数的单调性确定 函数图象法 根据正切函数图象,由倾斜角范围求斜率范围,反之亦可 ‎[过关训练]‎ ‎1.若图中的直线l1,l2,l3的斜率分别为k1,k2,k3,则(  )‎ A.k1<k2<k3 B.k3<k1<k2‎ C.k3<k2<k1 D.k1<k3<k2‎ 解析:选D 直线l1的倾斜角α1是钝角,故k1<0.直线l2与l3的倾斜角α2与α3均为锐角,且α2>α3,所以0<k3<k2,因此k1<k3<k2.故选D.‎ ‎2.已知点(-1,2)和在直线l:ax-y+1=0(a≠0)的同侧,则直线l倾斜角的取值范围是________.‎ 解析:点(-1,2)和在直线l:ax-y+1=0同侧的充要条件是(-a-2+1)>0,解得-<a<-1,即直线l的斜率的范围是(-,-1),故其倾斜角的取值范围是.‎ 答案: 考点二 直线的方程 [师生共研过关]‎ ‎ [典例精析]‎ ‎(1)求过点A(1,3),斜率是直线y=-4x的斜率的的直线方程.‎ ‎(2)求经过点A(-5,2),且在x轴上的截距等于在y轴上截距的2倍的直线方程.‎ ‎[解] (1)设所求直线的斜率为k,依题意k=-4×=-.又直线经过点A(1,3),因此所求直线方程为y-3=-(x-1),即4x+3y-13=0.‎ ‎(2)当直线不过原点时,设所求直线方程为+=1,将(-5,2)代入所设方程,解得a=-,所以直线方程为x+2y+1=0;当直线过原点时,设直线方程为y=kx,则-5k=2,解得k=-,所以直线方程为y=-x,即2x+5y=0.‎ 故所求直线方程为2x+5y=0或x+2y+1=0.‎ ‎[解题技法]‎ 求直线方程的方法 ‎(1)直接法:根据已知条件,选择恰当形式的直线方程,求出方程中的系数,写出直线方程;‎ ‎(2)待定系数法:先根据已知条件恰当设出直线的方程,再根据已知条件构造关于待定系数的方程(组)解得系数,最后代入设出的直线方程.‎ ‎[提醒] (1)选择直线方程时,应注意分类讨论思想的应用,选用点斜式或斜截式时,先分类讨论直线的斜率是否存在;选用截距式时,先分类讨论在两坐标轴上的截距是否存在或是否为0.‎ ‎(2)求直线方程时,如果没有特别要求,求出的直线方程应化为一般式Ax+By+C=0,且A≥0.‎ ‎[过关训练]‎ ‎ 求适合下列条件的直线方程:‎ ‎(1)经过点P(4,1),且在两坐标轴上的截距相等.‎ ‎(2)经过点A(-1,-3),倾斜角等于直线y=3x的倾斜角的2倍.‎ ‎(3)经过点B(3,4),且与两坐标轴围成一个等腰直角三角形.‎ 解:(1)设直线l在x轴,y轴上的截距均为a,‎ 若a=0,即l过点(0,0)和(4,1),‎ 所以l的方程为y=x,即x-4y=0.‎ 若a≠0,设l的方程为+=1,‎ 因为l过点(4,1),所以+=1,‎ 所以a=5,所以l的方程为x+y-5=0.‎ 综上可知,所求直线的方程为x-4y=0或x+y-5=0.‎ ‎(2)由已知设直线y=3x的倾斜角为α,则所求直线的倾斜角为2α.‎ 因为tan α=3,所以tan 2α==-.‎ 又直线经过点A(-1,-3),‎ 因此所求直线方程为y+3=-(x+1),‎ 即3x+4y+15=0.‎ ‎(3)由题意可知,所求直线的斜率为±1.‎ 又过点(3,4),由点斜式得y-4=±(x-3).‎ 故所求直线的方程为x-y+1=0或x+y-7=0.‎ 考点三 直线方程的综合问题 [师生共研过关]‎ ‎[典例精析]‎ ‎(1)(2019·成都模拟)已知直线l过点M(2,1),且分别与x轴的正半轴、y轴的正半轴交于A,B两点,O为坐标原点,当△AOB面积最小时,直线l的方程为__________________.‎ ‎(2)已知直线l1:ax-2y=2a-4,l2:2x+a2y=2a2+4,若0<a<2时,直线l1,l2与两坐标轴围成一个四边形,当四边形的面积最小时,实数a=________.‎ ‎[解析] (1)设直线l的方程为y-1=k(x-2)(k<0),则A,B(0,1-2k),S△AOB=(1-2k)·=≥(4+4)=4,当且仅当-4k=-,即k=-时,等号成立.故直线l的方程为y-1=-(x-2),即x+2y-4=0.‎ ‎(2)直线l1可写成a(x-2)=2(y-2),直线l2可写成2(x-2)=a2(2-y),所以直线l1,l2恒过定点P(2,2),直线l1的纵截距为2-a,直线l2的横截距为a2+2,所以四边形的面积S=×2×(2-a)+×2×(a2+2)=a2-a+4=2+,故当a=时,四边形的面积最小.‎ ‎[答案] (1)x+2y-4=0 (2) ‎[解题技法]‎ 与直线方程有关问题的常见类型及解题策略 ‎(1)求解与直线方程有关的最值问题.先设出直线方程,建立目标函数,再利用基本不等式求解最值.‎ ‎(2)求直线方程.弄清确定直线的两个条件,由直线方程的几种特殊形式直接写出方程.‎ ‎(3)求参数值或范围.注意点在直线上,则点的坐标适合直线的方程,再结合函数的单调性或基本不等式求解.‎ ‎[过关训练]‎ ‎1.已知直线(a-1)x+y-a-3=0(a>1),当此直线在x轴,y轴上的截距和最小时,实数a的值是(  )‎ A.1         B. C.2 D.3‎ 解析:选D 当x=0时,y=a+3,当y=0时,x=,令t=a+3+=5+(a ‎-1)+.因为a>1,所以a-1>0.所以t≥5+2 =9.‎ 当且仅当a-1=,即a=3时,等号成立.故选D.‎ ‎2.过点P(4,1)作直线l分别交x轴,y轴正半轴于A,B两点,‎ O为坐标原点.‎ ‎(1)当△AOB面积最小时,求直线l的方程.‎ ‎(2)当|OA|+|OB|取最小值时,求直线l的方程.‎ 解:设直线l:+=1(a>0,b>0),‎ 因为直线l经过点P(4,1),所以+=1.‎ ‎(1)+=1≥2=,所以ab≥16,‎ 当且仅当a=8,b=2时等号成立,‎ 所以当a=8,b=2时,△AOB的面积最小,‎ 此时直线l的方程为+=1,即x+4y-8=0.‎ ‎(2)因为+=1,a>0,b>0,‎ 所以|OA|+|OB|=a+b=(a+b)=5++≥5+2 =9,当且仅当a=6,b=3时等号成立,‎ 所以当|OA|+|OB|取最小值时,直线l的方程为+=1,即x+2y-6=0.‎ ‎ 一、题点全面练 ‎1.在同一平面直角坐标系中,直线l1:ax+y+b=0和直线l2:bx+y+a=0有可能是(  )‎ 解析:选B 由题意l1:y=-ax-b,l2:y=-bx-a,当a>0,b>0时,-a<0,-b<0.选项B符合.‎ ‎2.(2019·惠州质检)直线l经过点A(1,2),在x轴上的截距的取值范围是(-3,3),则其斜率k的取值范围是(  )‎ A.       B. C.(-∞,-1)∪ D.(-∞,-1)∪ 解析:选D 设直线l的斜率为k,则直线方程为y-2=k(x-1),直线在x轴上的截距为1-.令-3<1-<3,解不等式得k<-1或k>.‎ ‎3.在等腰三角形MON中,MO=MN,点O(0,0),M(-1,3),点N在x轴的负半轴上,则直线MN的方程为(  )‎ A.3x-y-6=0 B.3x+y+6=0‎ C.3x-y+6=0 D.3x+y-6=0‎ 解析:选C 因为MO=MN,所以直线MN的斜率与直线MO的斜率互为相反数,所以kMN=-kMO=3,所以直线MN的方程为y-3=3(x+1),即3x-y+6=0,选C.‎ ‎4.若直线x-2y+b=0与两坐标轴所围成的三角形的面积不大于1,那么b的取值范围是(  )‎ A.[-2,2] B.(-∞,-2]∪[2,+∞)‎ C.[-2,0)∪(0,2] D.(-∞,+∞)‎ 解析:选C 令x=0,得y=,令y=0,得x=-b,所以所求三角形面积为|-b|=b2,且b≠0,因为b2≤1,所以b2≤4,所以b的取值范围是[-2,0)∪(0,2].‎ ‎5.已知函数f(x)=asin x-bcos x(a≠0,b≠0),若f=f,则直线ax-by+c=0的倾斜角为(  )‎ A. B. C. D. 解析:选D 由f =f 知,函数f(x)的图象关于x=对称,所以f(0)=f ,所以-b=a,则直线ax-by+c=0的斜率为k==-1,又直线倾斜角的取值范围为[0,π),所以该直线的倾斜角为,故选D.‎ ‎6.设点A(-1,0),B(1,0),直线2x+y-b=0与线段AB相交,则b的取值范围是________.‎ 解析:b为直线y=-2x+b在y轴上的截距,如图,当直线y=-2x+b过点A(-1,0)和点B(1,0)时,b分别取得最小值-2和最大值2.∴b的取值范围是[-2,2].‎ 答案:[-2,2]‎ ‎7.已知直线l过点(1,0),且倾斜角为直线l0:x-2y-2=0的倾斜角的2倍,则直线l的方程为__________________.‎ 解析:由题意可设直线l0,l的倾斜角分别为α,2α,‎ 因为直线l0:x-2y-2=0的斜率为,则tan α=,‎ 所以直线l的斜率k=tan 2α===,‎ 所以由点斜式可得直线l的方程为y-0=(x-1),‎ 即4x-3y-4=0.‎ 答案:4x-3y-4=0‎ ‎8.如图,射线OA,OB分别与x轴正半轴成45°和30°角,过点P(1,0)的直线AB分别交OA,OB于A,B两点,当AB的中点C恰好落在直线y=x上时,则直线AB的方程为____________________________.‎ 解析:由题意可得kOA=tan 45°=1,‎ kOB=tan(180°-30°)=-,‎ 所以直线lOA:y=x,lOB:y=-x.‎ 设A(m,m),B(-n,n),‎ 所以AB的中点C,‎ 由点C在直线y=x上,且A,P,B三点共线得 解得m=,所以A(,).‎ 又P(1,0),所以kAB=kAP==,‎ 所以lAB:y=(x-1),‎ 即直线AB的方程为(3+)x-2y-3-=0.‎ 答案:(3+)x-2y-3-=0‎ ‎9.已知直线l与两坐标轴围成的三角形的面积为3,分别求满足下列条件的直线l的方程:‎ ‎(1)过定点A(-3,4);‎ ‎(2)斜率为.‎ 解:(1)由题意知,直线l存在斜率.‎ 设直线l的方程为y=k(x+3)+4,‎ 它在x轴,y轴上的截距分别是--3,3k+4,‎ 由已知,得(3k+4)=±6,‎ 解得k1=-或k2=-.‎ 故直线l的方程为2x+3y-6=0或8x+3y+12=0.‎ ‎(2)设直线l在y轴上的截距为b,‎ 则直线l的方程为y=x+b,它在x轴上的截距是-6b,‎ 由已知,得|-6b·b|=6,∴b=±1.‎ ‎∴直线l的方程为x-6y+6=0或x-6y-6=0.‎ ‎10.已知△ABC的三个顶点分别为A(-3,0),B(2,1),C(-2,3),求:‎ ‎(1)BC边所在直线的方程;‎ ‎(2)BC边上中线AD所在直线的方程;‎ ‎(3)BC边的垂直平分线DE所在直线的方程.‎ 解:(1)因为直线BC经过B(2,1)和C(-2,3)两点,‎ 由两点式得BC的方程为=,‎ 即x+2y-4=0.‎ ‎(2)设BC边的中点D的坐标为(x,y),‎ 则x==0,y==2.‎ BC边的中线AD经过A(-3,0),D(0,2)两点,‎ 由截距式得AD所在直线的方程为+=1,‎ 即2x-3y+6=0.‎ ‎(3)由(1)知,直线BC的斜率k1=-,‎ 则BC的垂直平分线DE的斜率k2=2.‎ 由(2)知,点D的坐标为(0,2).‎ 由点斜式得直线DE的方程为y-2=2(x-0),‎ 即2x-y+2=0.‎ 二、专项培优练 ‎(一)易错专练——不丢怨枉分 ‎1.已知两点M(2,-3),N(-3,-2),直线l过点P(1,1)且与线段MN相交,则直线l的斜率k的取值范围是(  )‎ A.(-∞,-4]∪ B. C. D. 解析:选A 如图所示,‎ ‎∵kPN==,‎ kPM==-4,‎ ‎∴要使直线l与线段MN相交,‎ 当l的倾斜角小于90°时,k≥kPN;‎ 当l的倾斜角大于90°时,k≤kPM,‎ ‎∴k≥或k≤-4.‎ ‎2.直线l过点(-2,2)且与x轴、y轴分别交于点(a,0),(0,b),若|a|=|b|,则直线l的方程为________________.‎ 解析:若a=b=0,则直线l过(0,0)与(-2,2)两点,直线l的斜率k=-1,直线l的方程为y=-x,‎ 即x+y=0.‎ 若a≠0,b≠0,设直线l的方程为+=1,‎ 由题意知解得 此时,直线l的方程为x-y+4=0.‎ 答案:x+y=0或x-y+4=0‎ ‎3.过点(-10,10)且在x轴上的截距是在y轴上截距的4倍的直线的方程为________________.‎ 解析:当直线经过原点时,此时直线的方程为x+y=0,满足题意.当直线不经过原点时,设直线方程为+=1,把点(-10,10)代入可得a=,故直线方程为+=1,即x+4y ‎-30=0.综上所述,所求直线方程为x+y=0或x+4y-30=0.‎ 答案:x+y=0或x+4y-30=0‎ ‎(二)交汇专练——融会巧迁移 ‎4.[与不等式交汇]已知直线l:kx-y+1+2k=0(k∈R).‎ ‎(1)证明:直线l过定点;‎ ‎(2)若直线l不经过第四象限,求k的取值范围;‎ ‎(3)若直线l交x轴负半轴于点A,交y轴正半轴于点B,O为坐标原点,设△AOB的面积为S,求S的最小值及此时直线l的方程.‎ 解:(1)证明:直线l的方程可化为y=k(x+2)+1,故无论k取何值,直线l总过定点(-2,1).‎ ‎(2)直线l的方程为y=kx+2k+1,‎ 则直线l在y轴上的截距为2k+1,‎ 要使直线l不经过第四象限,则解得k≥0,‎ 故k的取值范围是.‎ ‎(3)依题意,直线l在x轴上的截距为-,在y轴上的截距为1+2k,∴A,B(0,1+2k).‎ 又-<0且1+2k>0,∴k>0.‎ 故S=|OA||OB|=××(1+2k)‎ ‎=≥(4+4)=4,‎ 当且仅当4k=,即k=时,取等号.‎ 故S的最小值为4,此时直线l的方程为x-2y+4=0.‎

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