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- 2021-06-10 发布
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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( )