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  • 2021-06-10 发布

高二数学同步辅导教材(第7讲)

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高二数学同步辅导教材(第 7 讲) 一、本讲进度 7.2 直线的方程 课本第 38 页至第 44 页 二、本讲主要内容 直线普通方程的五种形式 三、学习指导 1、从几何条件看,给出直线上一点及直线的方向可以确定直线;给出直线上的两点也可以确定直线。 由此得到了求直线方程两种常用途径,得到了直线方程的基本形式:点斜式及两点式。两点式归根到底 又由点斜式确定。 同学们应熟练掌握直线普通方程五种基本形式的特征。使用范围及注意事项: (1)在选用点斜式 y-y0=k(x-x0)(将 k 作为待定参数)时,应讨论直线斜率 k 不存在的情形,此时 直线方程为 x=x0。 斜截式 y=kx+b 作为点斜式的特例,也有类似问题。 点斜式是直线方程的最基本形式,斜截式是使用频率最高的一种形式。 (2)两点式是最不常用的一种形式。教材是把两点式转化为点斜式写出直线方程的,体现了转化的 思想,同学们在解题时也应这样去转化。 也可以依照点斜式的推导思想去求两点式直线方程:已知直线上两点 P1(x1,y1),P2(x2,y2)在直线 上任取一点 P(x,y)(异于 P1、P2 点),由 P1、P2、P 三点共线,借助于向量一章中介绍的分比公式得到: 21 1 21 1 yy yy xx xx    …………① 或借助于斜率概念,有 211 PPPP kk  (或 12 PPPP kk  等),则: 12 12 1 1 xx yy xx yy    …………② 方程①及②均是两点式直线方程的表示形式。不管是哪一种分式形式,它都没有能表示出平面上直 线 x=x1(x=x2)及直线 y=y1,即直线斜率不存在或斜率为 0 时,不能通过两点式的分式形式表示出来。若 将分式形式改写成整式形式,如,由①变形为(x-x1)(y1-y2)=(y-y1)(x1-x2),则它可以表示平面上过任意 两个已知点的直线方程。 截距式是两点式特例。当某条直线在坐标轴上截距相等时,应对截距是否为零进行讨论。若截距不 为零,直线方程形式为 x+y=a(a≠0);若截距为零,则直线方程形式为 y=kx(k≠0),此时直线必过原 点。 (3)直线方程一般式 Ax+By+c=0(A2+B2≠0),则指明了直线方程的特征,揭示了平面上直线(形) 与二元一次方程(数)之间的一一对应关系。正因为存在这样一种对应关系,所以可把“直线的方程为 Ax+By+C=0”简说成“直线 Ax+By+C=0”。 应熟练对直线方程的各种形式进行互相转化。一般说来,解题的最后结果都应写成一般式。 2、求直线方程,一般用待定系数法。首先根据题目条件,选择适当的直线方程形式;其次,通过解 方程确定有关参数。 3、在求直线方程过程中,重视分析图形的平几性质简化计算。实际上,这也是研究解析几何问题的 重要思想方法。 四、典型例题 例 1、等腰△ABC 的顶点 A(-1,2), AC 边所在直线斜率为 3 ,点 B 坐标为(-3,2),求 AC、BC 及∠A 平分线所在直线方程。 解题思路分析: 首先正确画出示意图,可以发现点 C 有两种可能,应分情况求解。 AC 边所在直线方程:y-2= (x+1),即 x-y+2+ =0。 当点 C 为点 C1 时 ∵ AB∥x 轴 ∴ ∠BAC2= 3  ,∠BAC1= 3 2 又 |AB|=|AC1| ∴ ∠ABC1=∠AC1B= 6  ∴ 直线 BC 方程:y-2= 3 3 (x+3) 即 x-3y+6+3 =0 ∵ ∠A 平分线与线段 AB 夹角为 3  ∴ ∠A 平分线与 x 轴正方向形成的角为 3 2 ∴ ∠A 平分线方程:y-2=- (x+1) 即 x+y-2+ =0 当点 C 为点 C2 时,△ABC2 为正三角形,BC2 倾斜角为 3 2 ,∠A 平分线倾斜角为 6  ,可求得 BC 边所在 直线方程为 x+y-2+3 =0,∠A 平分线方程为 x-3y+6+ =0。 注:若进一步分析图形的平几性质,因|BA|= 2 1 |C1C2|,故△C1BC2 是以 B 为顶点的直角三角形。由 AB ∥x 轴得∠BAC2= 3  。∴△ABC2 为正三角形,∠ABC1= 6  ,即为直线 BC1 倾斜角。下求有关直线方程亦相当 简单。 在后面讲完两条直线互相垂直的充要条件后,由 BC1⊥BC2,求出 1BCk 后,立即可以求 2BCk ;两种情 况下的角 A 平分线亦互相垂直,求出第一种情形下∠A 平分线斜率,马上可以得到第二种情形下角 A 平 分线斜率。 例 2、过点 P(2,1)作直线分别交 x 轴、y 轴正半轴于 A、B 两点,求 出△AOB 面积最小时直线的方程。 解题思路分析: 从条件分析,因涉及到过定点 P,故可选用点斜式,将斜率 k 作为参数; 又涉及到与坐标轴交点,也可采用截距式,将横、纵截距作为参数。 从结论分析,这是一个最值问题。应将△AOB 面积作为目标函数,将刚才设定的参数作为未知数建 立函数关系,然后求该函数的最小值。 思路一:直线的斜率显然存在,设直线:y-1=k(x-2),由直线的几何位置可知 k<0(这是一个隐 藏条件,却是解决本题关键。由此说明,形与数的对应、转化是多么重要!) △AOB 面积 S= 2 1 |OA||OB|= ]4k 1)k4[(2 1)k21)(k 12(2 1  ≥ k 1)k4(2[2 1  +4]=4 当且仅当-4k= k 1 ,k= 2 1 (舍正)时,Smin=4,此时直线方程为 x+2y-4=0 思路二:设直线方程为 1b y a x  ,a>0,b>0(实际上,a>2,b>1) ∵ P∈ ∴ 1b 1 a 1  …………① 则△AOB 面积 S= ab2 1 问题转化为在条件①下求二元函数 S 的最小值,这在不等式中已多次讲过,这里只介绍一种消元方 法。 由①得 b= 2a a  S= 2a a 2 1 2a aa2 1 2  令 t=a-2,则 t>0,S= )4t 4t(2 1 t )2t( 2 1 2  ≥ 4]4t 4t2[2 1  当且仅当 t 4t  , 2t  (舍负)时等号成立,此时 a=4,b=2,A(4,0), B(0,2) 注 1:在思路二之下,同学们可以发现一个有趣的结论:点 P 在 AB 中点。在与本题相仿的条件下, 记住这个结论也许会提高你解客观题的速度。 思路三:对于本题中的直线,在过点 P 的条件下,实际是无数条直线,称这些直线为放置直线系(束), k 为变量。k 与倾斜角θ 是对应的,故本题也可考虑将旋转角作为参数。 分析图形特征,当绕点 P 绕转时,点 P 与坐标轴围成矩形面积 OMPN 为常数,引起的是两 Rt△BNP、 Rt△PMA 的面积变化,由此可联想到用分割法求面积,如图。 设∠BAO=θ ,θ ∈(0, 2  ) 则 APMPMONBPNOAB SSSS   矩 2 12  (4tanθ +cotθ ) ≥  cottan422 12 =4 当且仅当 4tanθ =cotθ ,tanθ = 2 1 ,θ =arctan 2 1 时,Smin=4,此时直线方程:x+2y-4=0。 例 3、对于直线上任意点(x,y),点(4x+2y,x+3y)仍在直线上,求直线方程。 解题思路分析: 法一:用待定系数法这个常规方法比较困难,考虑从特殊情形着手。为了保证两点(x,y),(4x+2y, x+3y)同时在直线上, 令      y3xy y2x4x 解之得      0y 0x 可知直线过原点,其方程特征为 Ax+By=0(即常数项为 0),下面再确定参数 A、B。 ∵ 点(4x+2y,x+3y)在直线上 ∴ A(4x+2y)+B(x+3y)=0 ∴ (4x+B)x+(2A+3B)y=0 设方程表示的直线其实就是直线 Ax+By=0 ∴ B B3A2 A BA4  ∴ 2A2-AB-B2=0 ∴ A=B,或 B=-2A ∴ 直线方程为 x+y=0 或 x-2y=0 法二:若用待定系数法,只能选用两个参数 设:y=kx+b 则 x+3y=k(4x+2y)+b ∴ x+3(kx+b)=4kx+2k(kx+b)+b ∴ (2k2+k-1)x+2(k-1)b=0 ∵ x∈R ∴      0b)1k(2 01kk2 2 ∴      0b 2 1k 或      0b 1k ∴ 直线:x-2y=0,或 x+y=0 例 4、已知△ABC 中,A(1,3), AB、AC 边上的中线所在直线方程分别为 x-2y+1=0,y-1=0 求△ABC 各边所在直线方程。 解题思路分析: 尽可能画出准确的示意图。 设 AB、AC 中点分别为 E、F 显然求各边所在直线斜率有一定困难,因中线与中点有关,中点 又与三角形顶点相关,均考虑求△ABC 的顶点坐标。由已知两点的几 何条件求直线方程。 ∵ C∈CE,CE 方程为 x-2y+1=0 ∴ 可设点 C(2y0-1,y0),则点 F(y0, 2 3y0  ) ∵ F∈BC,BF 方程 y-1=0 ∴ 012 3y0  ∴ y0=-1 ∴ C(-3,-1) 同理可求得 B(5,1) ∴ △ABC 三边所在直线方程为 AB:x+2y-7=0 BC:x-4y-1=0 AC:x-y+2=0 五、同步练习 (一)选择题 1、直线: 14 y 3 x  的倾斜角是 A、 3 4arctan B、 )3 4arctan( C、 )3 4arctan( D、 )3 4arctan( 2、a、b∈N,则过不同三点(a,0),(0,b),(1,3)的直线条数为 A、1 B、2 C、3 D、多于 3 3、点 A(3,0), B(0,4),动点 P(x,y)在线段 AB 上运动,则(xy)max 为 A、3 B、 3 C、 4 3 D、 49 144 4、已知点 A(3,3)、 B(-1,5)、直线:y=kx+1 与线段 AB 有公共点,则 k 取值范围是 A、(∞,- 2 1 )∪(- 2 1 ,+∞) B、[-4,- 2 1 )∪(- ]3 2,2 1 C、[-4, 3 2 ] D、( -∞,-4]∪[ 3 2 ,+∞) 5、直线:Ax+By+C=0 过第一、二、三象限,则 A、      0BC 0AB B、      0BC 0AB C、      0BC 0AB D、      0BC 0AB 6、直线:(m+2)x-(m-2)y-2m=0,直线 x 轴上截距为 3,则 m 等于 A、6 B、-6 C、 5 6 D、 5 6 7、直线 2x-y-4=0 绕它与 x 轴的交点逆时针旋转 450 所得直线方程是 A、x-3y-2=0 B、3x-y+6=0 C、x-y-2=0 D、3x+y-6=0 8、等腰△AOB 中,AO=AB,点 O(0,0), A(1,3),点 B 在 x 轴正半轴上,则直线 AB 方程为 A、y-1=3(x-3) B、y-1=-3(x-3) C、y-3=3(x-1) D、y-3=-3(x-1) (二)填空题 9、过点(2,1),且倾斜角α 满足 sinα = 5 4 的直线方程是______________________。 10、过点(1,2)且在 x 轴、y 轴上的截距相等的直线方程是________________。 11、已知直线 y=kx+b,当 x∈[-3,4]时,y∈[-8,13],则此直线方程是____________。 12、直线与 x 轴、y 轴的正向交于 A、B,S△AOB=2,且|AO|-|BO|=3,则直线方程________________。 13、直线 3x-4y+k=0 在两坐标轴上截距之积为 2,则实数 k=__________。 14、若直线(a-1)x+(3-a)y+a=0 在两坐标轴上截距相等,则实数 a=____________。 15、已知直线过点(1,-1)且倾斜角等于直线 y=2x+1 的倾斜角的两倍,则直线方程______________。 (三)解答题 16、已知直线过点 P(-1,3)且与 x 轴、y 轴分别交于 A、B,若线段中点为 P,求方程。 17、直线过 P(-2,1),斜率为 k(k>1),将直线绕点 P 逆时针方向旋转 450 得直线 m,若直线和 m 分别与 y 轴交于 Q、R 两点,则当 k 为何值时,△PQR 面积最小?求出面积的最小值。 18、已知两直线 a1x+b1y+1=0 和 a2x+b2y+1=0 都过点 P(2,3),求经过两点 Q1(a1,b1), Q2(a2,b2) 的直线方程。 19、A 是直线:y=3x 上一点,且 A 在第一象限内,直线 AB 交 x 轴正半轴于 C,求使△AOC 面积最小 时 A 点坐标。 20、已知 3A+4B+5C=0,求直线:Ax+By+C=0 必过某定点 P,并求点 P 坐标。 六、参考答案 (一)选择题 1、C。 3 4k  , 3 4tan  ,∵α ∈[0,π ),∴α =π +arctan(- 3 4 ) 2、B。 ∵ a1 3 a b  ,∴ a1 33b  ,∵a、b∈N,∴1-a=±3,±1,当 a=2 时 b=6;当 a=4 时 b=4。 3、A。 P∈AB, 14 y 3 x  ,且 x≥0,y≥0。∵ 4 y 3 x  ≥ 3 xy 12 xy2  ,∴ xy ≤ 3 ,xy≤3。 4、D。 如图,直线表示过 P(0,1)的旋转线系, 3 2k PA  , 4k PB  , 当从 PA 逆时针旋转到 y 轴时,k≥ 3 2 ;当 从 y 轴逆时针旋转到 PB 时,k≤-4, ∴k≤-4,或 k≥ 3 2 。 5、D。 化一般式为斜截式 y=- B CxB A  ,当过第一、二、三象限时,k>0 且 b>0,∴ 0B A  且 0B C  ,∴ B A <0 且 0B C  ,∴AB<0 且 BC<0。 6、B。 7、D。 所求直线斜率   tan45tan1 tan45tank 0 0 (θ 为直线 2x-y-4=0 的倾斜角, 321 21k   。又直线过 (2,0),∴直线方程为 3x+y-6=0。 8、D。 kAB=-kAO=-3,∴直线 AB 方程 y-3=-3(x-1)。 (二)填空题 9、4x-3y-5=0,或 4x+3y-11=0。当α 为锐角时,tanα = ,k= 3 4 ,直线 y-1= 3 4 (x-2),即 4x-3y-5=0; 当α 为钝角时,tanα =- 3 4 ,k= 3 4 ,直线为 y-1=- 3 4 (x-2),即 4x+3y-11=0。 10、2x-y=0,或 x+y-3=0。当截距为零时,设直线方程为 y=kx,令 x=1,y=2,得 k=2,直线方程为 2x-y=0;当截距不为零时,设直线方程为 x+y=a,令 x=1,y=2,则 a=3,直线方程为 x+y-3=0。 11、y=3x+1,或 y=-3x+4。记 f(x)=kx+b,当 k>0 时,f(x)在[-3,4]上递增,      13)4(f 8)3(f ,      1b 3k ; 当 k<0 时,f(x)在[-3,4]上递减,      8)4(f 13)3(f ,∴      4b 3k 。 12、x+4y-4=0。设直线: 1b y a x  (a>0,b>0),则      3ba 2ab2 1 ,      4a 1b 。 13、-24。令 x=0,y= 4 k ,令 y=0,x=- 3 k ,则 2)3 k(4 k  ,∴k=-24。 14、0,或 2。显然 a≠1,a≠3,令 x=0,y= 3a a  ;令 y=0,x= a1 a  。令 a1 a 3a a  ,解之得 a=0, 或 2。 15、4x+3y-1=0。设直线 y=2x+1 倾斜角为α ,则 tanα =2,   2tan1 tan22tank  = 3 4 ,∴直线 L 方程为 y+1=- 4 3 (x-1),即 4x+3y-1=0。 (三)解答题 16、解:设 A(a,0), B(0,b),则        32 b 12 a ,      6b 2a ∴ 直线方程 16 y 2 x  ,即 3x-y+6=0。 17、解;设直线倾斜角为α ,则直线 m 倾斜角为α +450,km=tan(α +450)= k1 k1   ∴ 直线方程:y-1=k(x+2) 直线 m 方程: )2x(k1 k11y   令 x=0 则 yQ=2k+1>0, k1 k3yk   <0 ∴ |PQ|=yQ-yR=2k+1- 1k k31k2k1 k3    ∴ 1k 3k1k2|x||PQ|2 1S PPQR   ]21k 2)1k[(2  ≥ )12(4  当且仅当 k-1= 1k 2  ,k= 12  ,k=1- 2 (舍)时 )12(4Smin  18、解:由已知得      01b3a2 01b3a2 22 11 ∴ (a1,b1), (a2,b2)均是方程 2x+3y+1=0 的解 ∴ 点 Q1(a1,b1),Q2(a2,b2)均在方程 2x+3y+1=0 表示的直线上 ∵ 过两点的直线唯一 ∴ 直线 Q1、Q2 方程为 2x+3y+1=0 19、解:(1)当 AB 斜率存在时,设 A(t,3t)(t>0) ∵ kAB=kBC ∴ Cx3 2 3t 2t3   ∴ 2t3 t7x C  ∵ 点 C 在 x 轴正半轴上 ∴ xC>0 ∴ t> 3 2 令 u=3t-2 则 S= )4u 4u(6 7 u )3 2u( 2 21 2    ≥ 3 28 当且仅当 u=±2(舍负),t= 3 4 时, 3 28Smin  ,此时 A( 3 4 ,4) (2)当 AB 斜率不存在时,A(3,9), S= 2 27 ∵ 3 28 2 27  ∴ 当 A 为( ,4)时, 3 28)S( minAOC  20、解:∵ 3A+4B+5C=0 ∴ )B4A3(5 1C  代入直线方程得 Ax+By- 5 1 (3A+4B)=0 ∴ 5 4)5 3x(B Ay  ∴ )5 3x(B A 5 4y  由方程特征可知,这是表示过定点( 5 4,5 3 )的旋转直线系 ∴ P( )