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  • 2021-05-13 发布

2013高考数学教案和学案有答案学案42

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第9章 解析几何 学案42 直线与方程 导学目标: 1.在平面直角坐标系中,结合具体图形,确定直线位置的几何要素.2.理解直线的倾斜角和斜率的概念,掌握过两点的直线斜率的计算公式.3.掌握确定直线位置的几何要素,掌握直线方程的几种形式,了解斜截式与一次函数的关系.‎ 自主梳理 ‎1.直线的倾斜角与斜率 ‎(1)在平面直角坐标系中,对于一条与x轴相交的直线,把x轴所在的直线绕着交点按__________方向旋转到和直线重合时所转过的____________称为这条直线的倾斜角.当直线l与x轴平行或重合时,规定它的倾斜角为__________.‎ ‎(2)倾斜角的范围为________________.‎ ‎(3)倾斜角与斜率的关系:α≠90°时,k=________,倾斜角是90°的直线斜率________.‎ ‎(4)过两点的直线的斜率公式:‎ 经过两点P1(x1,y1),P2(x2,y2) (x1≠x2)的直线的斜率公式为k=______________________.‎ ‎2.直线方程的五种基本形式 名称 方程 适用范围 点斜式 不含直线x=x0‎ 斜截式 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 不含垂直于坐标轴和过原点的直线 一般式 平面直角坐标系内的直线都适用 自我检测 ‎1.若A(-2,3),B(3,-2),C三点共线,则m的值为________.‎ ‎2.直线l与两条直线x-y-7=0,y=1分别交于P、Q两点,线段PQ的中点为(1,-1),则直线l的斜率为__________________________________________________________.‎ ‎3.下列四个命题中,假命题是________(填序号).‎ ‎①经过定点P(x0,y0)的直线不一定都可以用方程y-y0=k(x-x0)表示;‎ ‎②经过两个不同的点P1(x1,y1)、P2(x2,y2)的直线都可以用方程(y-y1)(x2-x1)=(x-x1)(y2-y1)来表示;‎ ‎③与两条坐标轴都相交的直线不一定可以用方程+=1表示;‎ ‎④经过点Q(0,b)的直线都可以表示为y=kx+b.‎ ‎4.如果A·C<0,且B·C<0,那么直线Ax+By+C=0不通过第________象限.‎ ‎5.已知直线l的方向向量与向量a=(1,2)垂直,且直线l过点A(1,1),则直线l的方程为______________.‎ 探究点一 倾斜角与斜率 例1 已知两点A(-1,-5)、B(3,-2),直线l的倾斜角是直线AB倾斜角的一半,求l的斜率.‎ 变式迁移1 直线xsin α-y+1=0的倾斜角的变化范围是______________.‎ 探究点二 直线的方程 例2 过点M(0,1)作直线,使它被两直线l1:x-3y+10=0,l2:2x+y-8=0所截得的线段恰好被M所平分,求此直线方程.‎ 变式迁移2 求适合下列条件的直线方程:‎ ‎(1)经过点P(3,2)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.‎ 探究点三 直线方程的应用 例3 过点P(2,1)的直线l交x轴、y轴正半轴于A、B两点,求使:‎ ‎(1)△AOB面积最小时l的方程;‎ ‎(2)PA·PB最小时l的方程.‎ 变式迁移3 为了绿化城市,拟在矩形区域ABCD内建一个矩形草坪(如图),另外△EFA内部有一文物保护区不能占用,经测量AB=‎100 m,BC=‎80 m,AE=‎30 m,AF=‎20 m,应如何设计才能使草坪面积最大?‎ 数形结合思想 例 (14分)已知实数x,y满足y=x2-2x+2(-1≤x≤1).‎ 试求的最大值与最小值.‎ ‎【答题模板】‎ 解 由的几何意义可知,它表示经过定点P(-2,-3)与曲线段AB上任一点(x,y)的直线的斜率k,[4分]‎ 由图可知:‎ kPA≤k≤kPB,由已知可得:A(1,1),B(-1,5),‎ ‎∴≤k≤8,[10分]‎ 故的最大值为8,最小值为.[14分]‎ ‎【突破思维障碍】‎ 解决这类问题的关键是弄清楚所求代数式的几何意义,借助数形结合,将求最值问题转化为求斜率取值范围问题,简化了运算过程,收到事半功倍的效果.‎ ‎1.要正确理解倾斜角的定义,明确倾斜角的范围为0°≤α<180°,熟记斜率公式k=,该公式与两点顺序无关.已知两点坐标(x1≠x2),根据该公式可以求出经过两点的直线斜率,而 x1=x2,y1≠y2时,直线斜率不存在,此时直线的倾斜角为90°.‎ ‎2.当直线没有斜率(x1=x2)或斜率为0(y1=y2)时,不能用两点式=求直线方程,但都可以写成(x2-‎ x1)(y-y1)=(y2-y1)(x-x1)的形式.直线方程的点斜式、斜截式、两点式、截距式都可以化成一般式,但是有些直线的一般式方程不能化成点斜式、斜截式、两点式或截距式.‎ ‎3.使用直线方程时,一定要注意限制条件以免解题过程中丢解,如点斜式的使用条件是直线必须有斜率,截距式的使用条件是截距存在且不为零,两点式的使用条件是直线不与坐标轴垂直.‎ ‎(满分:90分)‎ 一、填空题(每小题6分,共48分)‎ ‎1.已知直线l经过A(2,1)、B(1,m2) (m∈R)两点,那么直线l的倾斜角的取值范围是__________________.‎ ‎2.若直线l:y=kx-与直线2x+3y-6=0的交点位于第一象限,则直线l的倾斜角的取值范围是________.‎ ‎3.点P(x,y)在经过A(3,0),B(1,1)两点的直线上,那么2x+4y的最小值是________.‎ ‎4.(2011·淮安期末)点A(a+b,ab)在第一象限内,则直线bx+ay-ab=0一定不经过第________象限.‎ ‎5.经过点P(2,-1),且在y轴上的截距等于它在x轴上的截距的2倍的直线l的方程为________.‎ ‎6.过两点A(m2+2,m2-3),B(3-m-m2,‎2m)的直线l的倾斜角为45°,则m=________.‎ ‎7.过点P(-1,2),且方向向量为a=(-1,2)的直线方程为______________.‎ ‎8.(2011·上海)若直线l过点(3,4),且(1,2)是它的一个法向量,则直线l的方程为________.‎ 二、解答题(共42分)‎ ‎9.(14分)已知两点A(-1,2),B(m,3),求:‎ ‎(1)直线AB的斜率k;‎ ‎(2)求直线AB的方程;‎ ‎(3)已知实数m∈,求直线AB的倾斜角α的范围.‎ ‎10.(14分)已知线段PQ两端点的坐标分别为(-1,1)、(2,2),若直线l:x+my+m=0与线段PQ有交点,求m的范围.‎ ‎11.(14分)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A,交y轴正半轴于B,△AOB的面积为S,求S的最小值并求此时直线l的方程.‎ 学案42 直线与方程 答案 自主梳理 ‎1.(1)逆时针 最小正角 0° (2)0°≤α<180° (3)tan α 不存在 (4) 2.y-y0=k(x-x0) y=kx+b = +=1 Ax+By+C=0(A、B不全为0)‎ 自我检测 ‎1. 2.- 3.④ 4.三 5.x+2y-3=0‎ 课堂活动区 例1 解题导引 斜率与倾斜角常与三角函数联系,本题需要挖掘隐含条件,判断角的范围.关键是熟练掌握好根据三角函数值确定角的范围这一类题型.‎ 解 设直线l的倾斜角为α,则直线AB的倾斜角为2α,‎ 由题意可知:tan 2α==,∴=.‎ 整理得3tan2α+8tan α-3=0.‎ 解得tan α=或tan α=-3,∵tan 2α=>0,‎ ‎∴0°<2α<90°,∴0°<α<45°,∴tan α>0,‎ 故直线l的斜率为.‎ 变式迁移1 ∪ 解析 直线xsin α-y+1=0的斜率是k=sin α,‎ 又∵-1≤sin α≤1,∴-1≤k≤1.‎ 当0≤k≤1时,倾斜角的范围是,‎ 当-1≤k<0时,倾斜角的范围是.‎ 例2 解题导引 (1)对直线问题,要特别注意斜率不存在的情况.‎ ‎(2)求直线方程常用方法——待定系数法.‎ 待定系数法就是根据所求的具体直线设出方程,然后按照它们满足的条件求出参数.‎ 解 方法一 过点M且与x轴垂直的直线是y轴,它和两已知直线的交点分别是和(0,8),‎ 显然不满足中点是点M(0,1)的条件.‎ 故可设所求直线方程为y=kx+1,与两已知直线l1、l2分别交于A、B两点,联立方程组 ①‎ ②‎ 由①解得xA=,由②解得xB=.‎ ‎∵点M平分线段AB,∴xA+xB=2xM,‎ 即+=0,解得k=-.‎ 故所求直线方程为x+4y-4=0.‎ 方法二 设所求直线与已知直线l1、l2分别交于A、B两点.‎ ‎∵点B在直线l2:2x+y-8=0上,故可设B(t,8-2t).‎ 又M(0,1)是AB的中点,‎ 由中点坐标公式,得A(-t,2t-6).‎ ‎∵A点在直线l1:x-3y+10=0上,‎ ‎∴(-t)-3(2t-6)+10=0,解得t=4.‎ ‎∴B(4,0),A(-4,2),‎ 故所求直线方程为x+4y-4=0.‎ 变式迁移2 解 (1)方法一 设直线l在x,y轴上的截距均为a,‎ 若a=0,即l过点(0,0)和(3,2),‎ ‎∴l的方程为y=x,即2x-3y=0.‎ 若a≠0,则设l的方程为+=1,‎ ‎∵l过点(3,2),∴+=1,‎ ‎∴a=5,∴l的方程为x+y-5=0,‎ 综上可知,直线l的方程为2x-3y=0或x+y-5=0.‎ 方法二 由题意知,所求直线的斜率k存在且k≠0,设直线方程为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=,‎ ‎∴直线l的方程为:y-2=-(x-3)或y-2=(x-3),‎ 即x+y-5=0或2x-3y=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.‎ ‎∵tan α=3,∴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.‎ 例3 解题导引 先设出A、B所在的直线方程,再求出A、B两点的坐标,表示出△ABO的面积,然后利用相关的数学知识求最值.‎ 确定直线方程可分为两个类型:一是根据题目条件确定点和斜率或确定两点,进而套用直线方程的几种形式,写出方程,此法称直接法;二是利用直线在题目中具有的某些性质,先设出方程(含参数或待定系数),再确定参数值,然后写出方程,这种方法称为间接法.‎ 解 设直线的方程为+=1 (a>2,b>1),‎ 由已知可得+=1.‎ ‎(1)∵2 ≤+=1,∴ab≥8.‎ ‎∴S△AOB=ab≥4.‎ 当且仅当==,‎ 即a=4,b=2时,S△AOB取最小值4,‎ 此时直线l的方程为+=1,‎ 即x+2y-4=0.‎ ‎(2)由+=1,得ab-a-2b=0,变形得(a-2)(b-1)=2,‎ PA·PB=· ‎= ‎≥.‎ 当且仅当a-2=1,b-1=2,‎ 即a=3,b=3时,PA·PB取最小值4.‎ 此时直线l的方程为x+y-3=0.‎ 变式迁移3 解 如图所示建立直角坐标系,则E(30,0),F(0,20),‎ ‎∴线段EF的方程为+=1(0≤x≤30).‎ 在线段EF上取点P(m,n),‎ 作PQ⊥BC于点Q,PR⊥CD于点R,‎ 设矩形PQCR的面积为S,‎ 则S=PQ·PR=(100-m)(80-n).‎ 又+=1(0≤m≤30),‎ ‎∴n=20(1-).‎ ‎∴S=(100-m)(80-20+m)‎ ‎=-(m-5)2+(0≤m≤30).‎ ‎∴当m=5时,S有最大值,‎ 这时==5.‎ 所以当矩形草坪的两边在BC、CD上,一个顶点在线段EF上,且这个顶点分EF成5∶1时,草坪面积最大.‎ 课后练习区 ‎1.∪ 2. 3.4 ‎4.三 解析 由已知得即a>0,b>0.‎ 由bx+ay-ab=0知y=-x+b.‎ ‎∴该直线的斜率k<0且在y轴上的截距b>0,故该直线一定不经过第三象限.‎ ‎5.2x+y-3=0或x+2y=0‎ 解析 当截距不等于零时,设l的方程+=1,‎ ‎∵点P在l上,∴-=1,则a=.‎ ‎∴l的方程为2x+y=3.当截距等于零时,设l的方程为y=kx,又点P在l上,‎ ‎∴k=-.∴x+2y=0.‎ 综上,所求直线l的方程为2x+y=3或x+2y=0.‎ ‎6.-2‎ 解析 由题意得:=1,‎ 解得:m=-2或m=-1.‎ 又m2+2≠3-m-m2,‎ ‎∴m≠-1且m≠,‎ ‎∴m=-2.‎ ‎7.2x+y=0‎ 解析 由已知方向向量得直线斜率k=-2,∴由点斜式方程得2x+y=0.‎ ‎8.x+2y-11=0‎ 解析 由题意可得直线l的斜率k=-,‎ ‎∴直线l的方程是y-4=-(x-3),‎ 即x+2y-11=0.‎ ‎9.解 (1)当m=-1时,‎ 直线AB的斜率不存在;(1分)‎ 当m≠-1时,k=.(3分)‎ ‎(2)当m=-1时,AB的方程为x=-1,(5分)‎ 当m≠-1时,AB的方程为y-2=(x+1),‎ 即y=+.(7分)‎ ‎∴直线AB的方程为x=-1或y=+.‎ ‎(8分)‎ ‎(3)①当m=-1时,α=;(10分)‎ ‎②当m≠-1时,‎ ‎∵k=∈(-∞,-]∪,‎ ‎∴α∈∪.(13分)‎ 综合①②,知直线AB的倾斜角 α∈.(14分)‎ ‎10.‎ 解 方法一 直线x+my+m=0恒过A(0,-1)点.(4分)‎ kAP==-2,‎ kAQ==,(8分)‎ 则-≥或-≤-2,‎ ‎∴-≤m≤且m≠0.(12分)‎ 又m=0时直线x+my+m=0与线段PQ有交点,(13分)‎ ‎∴所求m的范围是-≤m≤.(14分)‎ 方法二 过P、Q两点的直线方程为 y-1=(x+1).(5分)‎ 即y=x+,代入x+my+m=0,‎ 整理得:x=-,由已知-1≤-≤2,(12分)‎ 解得:-≤m≤.(14分)‎ ‎11.(1)证明 直线l的方程是:k(x+2)+(1-y)=0,‎ 令,解之得,‎ ‎∴无论k取何值,直线总经过定点(-2,1).(4分)‎ ‎(2)解 由方程知,当k≠0时直线在x轴上的截距为-,在y轴上的截距为1+2k,要使直线不经过第四象限,则必须有,解之得k>0;(7分)‎ 当k=0时,直线为y=1,符合题意,故k≥0.(9分)‎ ‎(3)解 由l的方程,得A,‎ B(0,1+2k).依题意得 ‎ 解得k>0.(11分)‎ ‎∵S=·OA·OB=··|1+2k|‎ ‎=·=≥×(2×2+4)=4,‎ ‎“=”成立的条件是k>0且4k=,即k=,∴Smin=4,此时l:x-2y+4=0.(14分)‎