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- 2021-06-09 发布
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知识点
最新考纲
直线的方程
理解平面直角坐标系,理解直线的倾斜角与斜率的概念,掌握直线方程的点斜式、两点式及一般式,了解直线方程与一次函数的关系.
两直线的位置关系
能根据两条直线的斜率判定这两条直线平行或垂直.
会求过两点的直线斜率、两直线的交点坐标、两点间的距离、点到直线的距离、两条平行直线间的距离.
圆的方程
掌握圆的标准方程与一般方程.
直线、圆的位置关系
会解决直线与圆的位置关系的问题,会判断圆与圆的位置关系.
椭 圆
掌握椭圆的定义、标准方程、几何图形及简单几何性质.
会解决直线与椭圆的位置关系的问题.
双曲线
了解双曲线的定义、标准方程、几何图形及简单几何性质,了解直线与双曲线的位置关系.
抛物线
掌握抛物线的定义、标准方程、几何图形及简单几何性质.
会解决直线与抛物线的位置关系的问题.
曲线与方程
了解方程与曲线的对应关系.会求简单的曲线的方程.
第1讲 直线的倾斜角与斜率、直线的方程
1.直线的倾斜角
(1)定义:x轴正向与直线向上方向之间所成的角叫做这条直线的倾斜角.当直线与x轴平行或重合时,规定它的倾斜角为0°.
(2)倾斜角的范围为[0,π).
2.直线的斜率
(1)定义:一条直线的倾斜角α的正切值叫做这条直线的斜率,斜率常用小写字母k表示,即k=tan α,倾斜角是90°的直线没有斜率.
(2)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==.
3.直线方程的五种形式
名称
已知条件
方程
适用范围
点斜式
斜率k与点(x1,y1)
y-y1=k(x-x1)
不含直线x=x1
斜截式
斜率k与直线在y轴上的截距b
y=kx+b
不含垂直于x轴的直线
两点式
两点(x1,y1),(x2,y2)
=
(x1≠x2,y1≠y2)
不含直线x=x1(x1=x2)和直线y=y1(y1=y2)
截距式
直线在x轴、y轴上的截距分别为a,b
+=1
(a≠0,b≠0)
不含垂直于坐标轴和过原点的直线
一般式
Ax+By+C=0
(A2+B2≠0)
平面直角坐标系内的直线都适用
[疑误辨析]
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)直线的倾斜角越大,其斜率就越大.( )
(2)直线的斜率为tan α,则其倾斜角为α.( )
(3)斜率相等的两直线的倾斜角不一定相等.( )
(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)√
[教材衍化]
1.(必修2P86练习T3改编)若过点M(-2,m),N(m,4)的直线的斜率等于1,则m的值为________.
解析:由题意得=1,解得m=1.
答案:1
2.(必修2P100A组T8改编)直线3x-4y+k=0在两坐标轴上的截距之和为2,则实数k=________.
解析:令x=0,得y=; 令y=0,得x=-,则有-=2,所以k=-24.
答案:-24
[易错纠偏]
(1)由直线方程求斜率的思路不清;
(2)忽视斜率和截距对直线位置的影响;
(3)忽视直线斜率不存在的情况;
(4)忽视截距为0的情况.
1.直线l:xsin 30°+ycos 150°+a=0的斜率为________.
解析:设直线l的斜率为k,则k=-=.
答案:
2.如果A·C<0且B·C<0,那么直线Ax+By+C=0不通过第________象限.
解析:由已知得直线Ax+By+C=0在x轴上的截距->0,在y轴上的截距->0,故直线经过第一、二、四象限,不经过第三象限.
答案:三
3.过直线l:y=x上的点P(2,2)作直线m,若直线l,m与x轴围成的三角形的面积为2,则直线m的方程为________.
解析:①若直线m的斜率不存在,则直线m的方程为x=2,直线m,直线l和x轴围成的三角形的面积为2,符合题意;②若直线m的斜率k=0,则直线m与x轴没有交点,不符合题意;③若直线m的斜率k≠0,设其方程为y-2=k(x-2),令y=0,得x=2-,依题意有××2=2,即=1,解得k=,所以直线m的方程为y-2=(x-2),即x-2y+2=0.综上可知,直线m的方程为x-2y+2=0或x=2.
答案:x-2y+2=0或x=2
4.过点P(2,3)且在两坐标轴上截距相等的直线方程为________.
解析:当截距为0时,直线方程为3x-2y=0;
当截距不为0时,设直线方程为+=1,
则+=1,解得a=5,所以直线方程为x+y-5=0.
答案:3x-2y=0或x+y-5=0
直线的倾斜角与斜率
(1)直线2xcos α-y-3=0的倾斜角的变化范围是( )
A. B.
C. D.
(2)已知直线l:x-my+m=0上存在点M满足与两点A(-1,0),B(1,0)连线的斜率kMA与kMB之积为3,则实数m的取值范围是( )
A.[-,]
B.∪
C.∪
D.以上都不对
【解析】 (1)直线2xcos α-y-3=0的斜率k=2cos α.由于α∈,所以≤cos α≤,因此k=2cos α∈[1,].设直线的倾斜角为θ,则有tan θ∈[1,].由于θ∈[0,π),所以θ∈,即倾斜角的变化范围是.
(2)设M(x,y),由kMA·kMB=3,得·=3,即y2=3x2-3.
联立得x2+x+6=0.
要使直线l:x-my+m=0上存在点M满足与两点A(-1,0),B(1,0)连线的斜率kMA与kMB之积为3,则Δ=-24≥0,即m2≥.所以实数m的取值范围是∪.故选C.
【答案】 (1)B (2)C
(变条件)若本例(1)中直线变为x+ycos θ-3=0(θ∈R),则直线的倾斜角α的取值范围为________.
解析:当cos θ=0时,方程变为x-3=0,其倾斜角为;
当cos θ≠0时,由直线的方程,可得斜率k=-.
因为cos θ∈[-1,1]且cos θ≠0,
所以k∈(-∞,-1]∪[1,+∞),
即tan α∈(-∞,-1]∪[1,+∞),
又α∈[0,π),所以α∈∪,
综上知,直线的倾斜角α的取值范围是.
答案:
(1)求倾斜角的取值范围的一般步骤
①求出斜率k=tan α的取值范围.
②利用三角函数的单调性,借助图象,确定倾斜角α的取值范围.
[提醒] 求倾斜角时要注意斜率是否存在.
(2)斜率的求法
①定义法:若已知直线的倾斜角α或α的某种三角函数值,一般根据k=tan α求斜率.
②公式法:若已知直线上两点A(x1,y1),B(x2,y2),一般根据斜率公式k=(x1≠x2)求斜率.
1.若直线l的斜率为k,倾斜角为α,且α∈∪,则k的取值范围是________.
解析:当α∈时,k=tan α∈;
当α∈时,k=tan α∈[-,0).
综上k∈[-,0)∪.
答案:[-,0)∪
2.若经过点P(1-a,1+a)和Q(3,2a)的直线的倾斜角为锐角,则实数a的取值范围是________.
解析:由条件知直线的斜率存在,
由斜率公式得k=.
因为倾斜角为锐角,所以k>0,解得a>1或a<-2.
答案:(-∞,-2)∪(1,+∞)
求直线的方程
(1)过点(-4,0),倾斜角的正弦值为的直线方程为________.
(2)过点M(-3,5)且在两坐标轴上的截距互为相反数的直线方程为________.
(3)若直线过点(5,10),且到原点的距离为5,则该直线的方程为________.
【解析】 (1)由题设知,该直线的斜率存在,故可采用点斜式.
设倾斜角为α,则sin α=(0<α<π),
从而cos α=±,则k=tan α=±.
故所求直线方程为y=±(x+4).即直线方程为x+3y+4=0或x-3y+4=0.
(2)①当直线过原点时,直线方程为y=-x;
②当直线不过原点时,设直线方程为+=1,
即x-y=a.代入点(-3,5),得a=-8.
即直线方程为x-y+8=0.
综上直线方程为y=-x或x-y+8=0.
(3)当斜率不存在时,所求直线方程为x-5=0;
当斜率存在时,设其为k,则所求直线方程为y-10=k(x-5),即kx-y+(10-5k)=0.
由点线距离公式,得=5,解得k=.
故所求直线方程为3x-4y+25=0.
综上所求直线方程为x-5=0或3x-4y+25=0.
【答案】 (1)x+3y+4=0或x-3y+4=0
(2)y=-x或x-y+8=0
(3)x-5=0或3x-4y+25=0
(1)求直线方程的两种常用方法
①直接法:根据已知条件,确定适当的直线方程形式,直接写出直线方程;
②待定系数法:先设出直线方程,再根据已知条件求出待定的系数,最后代入求出直线的方程.
(2)求直线方程应注意的问题
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,
需讨论直线的斜率是否存在;选用截距式时,需讨论直线是否过原点.
②求直线方程时,如果没有特别要求,求出的方程应化为一般式Ax+By+C=0(A,B不同时为0).
1.已知A(-1,1),B(3,1),C(1,3),则△ABC的BC边上的高所在的直线方程为( )
A.x+y=0
B.x-y+2=0
C.x+y+2=0
D.x-y=0
解析:选B.因为B(3,1),C(1,3),
所以kBC==-1,
故BC边上的高所在直线的斜率k=1,
又高线经过点A,所以其直线方程为x-y+2=0.
2.过点M(-1,-2)作一条直线l,使得l夹在两坐标轴之间的线段被点M平分,则直线l的方程为________.
解析:由题意,可设所求直线l的方程为y+2=k(x+1)(k≠0),直线l与x轴、y轴分别交于A、B两点,则A,B(0,k-2).因为AB的中点为M,所以解得k=-2.所以所求直线l的方程为2x+y+4=0.
答案:2x+y+4=0
直线方程的综合应用(高频考点)
直线方程的综合应用是解析几何的一个基础内容,在高考中常与其他知识结合考查,多以选择题、填空题的形式呈现,难度为中、低档题目.主要命题角度有:
(1)与基本不等式相结合求最值问题;
(2)由直线方程解决参数问题.
角度一 与基本不等式相结合求最值问题
(2020·杭州七校联考)直线l过点P(1,4),分别交x轴的正半轴和y轴的正半轴于A、B两点,O为坐标原点,当|OA|+|OB|最小时,求l的方程.
【解】 依题意,l的斜率存在,且斜率为负,
设直线l的斜率为k,
则直线l的方程为y-4=k(x-1)(k<0).
令y=0,可得A;
令x=0,可得B(0,4-k).
|OA|+|OB|=+(4-k)=5-
=5+≥5+4=9.
所以当且仅当-k=且k<0,
即k=-2时,|OA|+|OB|取最小值.
这时l的方程为2x+y-6=0.
(变问法)在本例条件下,若|PA|·|PB|最小,求l的方程.
解:|PA|·|PB|= ·
=-(1+k2)=4≥8(k<0).
所以当且仅当=-k且k<0,
即k=-1时,|PA|·|PB|取最小值.
这时l的方程为x+y-5=0.
角度二 由直线方程解决参数问题
已知直线l1:ax-2y=2a-4,l2:2x+a2y=2a2+4,当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,求实数a的值.
【解】 由题意知直线l1,l2恒过定点P(2,2),直线l1在y轴上的截距为2-a,直线l2在x轴上的截距为a2+2,所以四边形的面积S=×2×(2-a)+×2×(a2+2)=a2-a+4=+,当a=时,面积最小.
直线方程综合问题的两大类型及其解法
(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.
1.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,
所以所求三角形的面积为|-b|=b2,且b≠0,b2≤1,所以b2≤4,所以b的取值范围是[-2,0)∪(0,2].
2.已知直线x+2y=2分别与x轴、y轴相交于A,B两点,若动点P(a,b)在线段AB上,则ab的最大值为________.
解析:直线方程可化为+y=1,故直线与x轴的交点为A(2,0),与y轴的交点为B(0,1),由动点P(a,b)在线段AB上,可知0≤b≤1,且a+2b=2,从而a=2-2b,故ab=(2-2b)b=-2b2+2b=-2+,由于0≤b≤1,故当b=时,ab取得最大值.
答案:
核心素养系列18 直观想象——巧构造,妙用斜率求解问题
一、比较大小
已知函数f(x)=log2(x+1),且a>b>c>0,则,,的大小关系为________.
【解析】 作出函数f(x)=log2(x+1)的大致图象,如图所示,可知当x>0时,曲线上各点与原点连线的斜率随x的增大而减小,
因为a>b>c>0,
所以<<.
【答案】 <<
对于函数f(x)图象上的两点(a,f(a)),(b,f(b)),比较与的大小时,可转化为这两点与原点连线的斜率来比较大小.
二、求最值
已知实数x,y满足y=x2-2x+2(-1≤x≤1),试求的最大值和最小值.
【解】 如图,作出y=x2-2x+2(-1≤x≤1)的图象(曲线段AB),则表示定点P(-2,-3)和曲线段AB上任一点(x,y)的连线的斜率k,连接PA,PB,则kPA≤k≤kPB.
易得A(1,1),B(-1,5),所以kPA==,kPB==8,所以≤k≤8,故的最大值是8,最小值是.
对于求形如k=,y=的最值问题,可利用定点与动点的相对位置,转化为求直线斜率的范围,借助数形结合进行求解.
三、证明不等式
已知a,b,m∈(0,+∞),且a.
【证明】 如图,设点P,M的坐标分别为(b,a),(-m,-m).
因为00,所以点M在第三象限,且在直线y=x上.
连接OP,PM,则kOP=,kMP=.
因为直线MP的倾斜角大于直线OP的倾斜角,且两条直线的倾斜角都是锐角,
所以kMP>kOP,即>.
根据所证不等式的特点,寻找与斜率公式有关的信息,从而转变思维角度,构造直线斜率解题,这也是解题中思维迁移的一大技巧,可取得意想不到的效果.
[基础题组练]
1.(2020·丽水模拟)倾斜角为120°,在x轴上的截距为-1的直线方程是( )
A.x-y+1=0 B.x-y-=0
C.x+y-=0 D.x+y+=0
解析:选D.由于倾斜角为120°,故斜率k=-.又直线过点(-1,0),所以方程为y=-(x+1),即x+y+=0.
2.已知直线l的斜率为,在y轴上的截距为另一条直线x-2y-4=0的斜率的倒数,则直线l的方程为( )
A.y=x+2 B.y=x-2
C.y=x+ D.y=-x+2
解析:选A.因为直线x-2y-4=0的斜率为,
所以直线l在y轴上的截距为2,
所以直线l的方程为y=x+2.
3.直线xsin 2-ycos 2=0的倾斜角的大小是( )
A.- B.-2
C. D.2
解析:选D.因为直线xsin 2-ycos 2=0的斜率k==tan 2,所以直线的倾斜角为2.
4.已知函数f(x)=ax(a>0且a≠1),当x<0时,f(x)>1,方程y=ax+表示的直线是( )
解析:选C.因为x<0时,ax>1,所以0<a<1.
则直线y=ax+的斜率0<a<1,
在y轴上的截距>1.故选C.
5.(2020·温州质检)若直线l与直线y=1,x=7分别交于点P,Q,且线段PQ的中点坐标为(1,-1),则直线l的斜率为( )
A. B.-
C.- D.
解析:选B.依题意,设点P(a,1),Q(7,b),则有解得a=-5,b=-3,从而可知直线l的斜率为=-.
6.过点(5,2),且在y轴上的截距是在x轴上的截距的2倍的直线方程是( )
A.2x+y-12=0
B.2x+y-12=0或2x-5y=0
C.x-2y-1=0
D.x-2y-1=0或2x-5y=0
解析:选B.当直线过原点时,由直线过点(5,2),可得直线的斜率为,故直线的方程为y=x,即2x-5y=0.当直线不过原点时,设直线在x轴上的截距为k(k≠0),则在y轴上的截距是2k,直线的方程为+=1,把点(5,2)代入可得+=1,解得k=6.故直线的方程为+=1,即2x+y-12=0.
7.过点A(-1,-3),斜率是直线y=3x的斜率的-的直线方程为________.
解析:设所求直线的斜率为k,依题意
k=-×3=-.
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.
答案:3x+4y+15=0
8.若点A(4,3),B(5,a),C(6,5)三点共线,则a的值为________.
解析:因为kAC==1,kAB==a-3.
由于A,B,C三点共线,所以a-3=1,即a=4.
答案:4
9.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分别取得最小值和最大值.
所以b的取值范围是[-2,2].
答案:[-2,2]
10.一条直线经过点A(-2,2),并且与两坐标轴围成的三角形的面积为1,则此直线的方程为________________.
解析:设所求直线的方程为+=1,
因为A(-2,2)在直线上,所以-+=1.①
又因为直线与坐标轴围成的三角形面积为1,
所以|a|·|b|=1.②
由①②可得(1)或(2)
由(1)解得或方程组(2)无解.
故所求的直线方程为+=1或+=1,
即x+2y-2=0或2x+y+2=0为所求直线的方程.
答案:x+2y-2=0或2x+y+2=0
11.设直线l的方程为x+my-2m+6=0,根据下列条件分别确定m的值:
(1)直线l的斜率为1;
(2)直线l在x轴上的截距为-3.
解:(1)因为直线l的斜率存在,所以m≠0,
于是直线l的方程可化为y=-x+.
由题意得-=1,解得m=-1.
(2)法一:令y=0,得x=2m-6.
由题意得2m-6=-3,解得m=.
法二:直线l的方程可化为x=-my+2m-6.由题意得2m-6=-3,解得m=.
12.已知直线l:kx-y+1+2k=0(k∈R).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(O为坐标原点),求S的最小值并求此时直线l的方程.
解:由l的方程,得A,B(0,1+2k).
依题意得
解得k>0.
因为S=·|OA|·|OB|
=··|1+2k|
=·=
≥×(2×2+4)=4,
“=”成立的条件是k>0且4k=,
即k=,所以Smin=4,
此时直线l的方程为x-2y+4=0.
[综合题组练]
1.(2020·富阳市场口中学高三质检)已知点A(2,-3)、B(-3,-2),直线l过点P(1,1),且与线段AB相交,则直线l的斜率k的取值范围是( )
A.k≥或k≤-4 B.k≥或k≤-
C.-4≤k≤ D.≤k≤4
解析:选A.如图所示,由题意得,所求直线l的斜率k满足k≥kPB或k≤kPA,即k≥或k≤-4,故选A.
2.已知动直线l:ax+by+c-2=0(a>0,c>0)恒过点P(1,m)且Q(4,0)到动直线l的最大距离为3,则+的最小值为( )
A. B.
C.1 D.9
解析:选B.因为动直线l:ax+by+c-2=0(a>0,c>0)恒过点P(1,m),所以a+bm+c-2=0,又Q(4,0)到动直线l的最大距离为3,所以=3,解得m=0
,所以a+c=2,则+=(a+c)·=≥=,当且仅当c=2a=时取等号,故选B.
3.(2020·金丽衢十二校高考模拟)直线l:x+λy+2-3λ=0(λ∈R)恒过定点________,P(1,1)到该直线的距离的最大值为________.
解析:直线l:x+λy+2-3λ=0(λ∈R)即λ(y-3)+x+2=0,令,解得x=-2,y=3.
所以直线l恒过定点Q(-2,3),
P(1,1)到该直线的距离最大值为|PQ|==.
答案:(-2,3)
4.直线l的倾斜角是直线4x+3y-1=0的倾斜角的一半,若l不过坐标原点,则l在x轴上与y轴上的截距之比为________.
解析:设直线l的倾斜角为θ.所以tan 2θ=-.
=-,所以tan θ=2或tan θ=-,
由2θ∈[0°,180°)知,θ∈[0°,90°).
所以tan θ=2.
又设l在x轴上的截距为a,在y轴上的截距为b.
所以tan θ=-.即=-=-.
答案:-
5.如图,射线OA,OB分别与x轴正半轴成45°和30°角,过点P(1,0)作直线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,求直线AB的方程.
解: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.
6.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?
解:如图所示,建立平面直角坐标系,则E(30,0),F(0,20),
所以直线EF的方程为+=1(0≤x≤30).
易知当矩形草坪的一个顶点在EF上时,可取最大值,
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),所以n=20-m.
所以S=(100-m)
=-(m-5)2+(0≤m≤30).
所以当m=5时,S有最大值,这时=5∶1.
所以当矩形草坪的两边在BC,CD上,一个顶点在线段EF上,且这个顶点分有向线段EF成5∶1时,草坪面积最大.