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- 2021-06-11 发布
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2.1.2
两条直线平行和垂直的判定
激趣诱思
知识点拨
过山车是一项富有刺激性的娱乐项目
.
实际上
,
过山车的运动包含了许多数学和物理学原理
.
过山车的两条铁轨是相互平行的轨道
,
它们靠着一根根巨大的柱形钢筋支撑着
,
为了使设备安全
,
柱子之间还有一些小的钢筋连接
,
这些钢筋有的互相平行
,
有的互相垂直
,
你能感受到过山车中的平行和垂直吗
?
两条直线的平行与垂直用什么来刻画呢
?
激趣诱思
知识点拨
一、两条直线平行与斜率之间的关系
设两条不重合的直线
l
1
,
l
2
,
倾斜角分别为
α
1
,
α
2
,
斜率存在时斜率分别为
k
1
,
k
2
.
则对应关系如下
:
激趣诱思
知识点拨
微思考
对于两条不重合的直线
l
1
,
l
2
,“
l
1
∥
l
2
”
是
“
两条直线斜率相等
”
的什么条件
?
答案
:
必要不充分条件
,
如果两不重合直线斜率相等
,
则两直线一定平行
;
反过来
,
两直线平行
,
有可能两直线斜率均不存在
.
微练习
已知直线
l
1
经过两点
(
-
1,
-
2),(
-
1,4),
直线
l
2
经过两点
(2,1),(
x
,6),
且
l
1
∥
l
2
,
则
x=
.
解析
:
由题意知
l
1
⊥
x
轴
.
又
l
1
∥
l
2
,
所以
l
2
⊥
x
轴
,
故
x=
2
.
答案
:
2
激趣诱思
知识点拨
二、两条直线垂直与斜率之间的
关系
名师点析
“
两条直线的斜率之积等于
-
1”
是
“
这两条直线垂直
”
的充分不必要条件
.
因为两条直线垂直时
,
除了斜率之积等于
-
1,
还有可能一条直线的斜率为
0,
另一条直线的斜率不存在
.
激趣诱思
知识点拨
微练习
若直线
l
1
,
l
2
的斜率是方程
x
2
-
3
x-
1
=
0
的两根
,
则
l
1
与
l
2
的位置关系是
.
解析
:
由根与系数的关系
,
知
k
1
k
2
=-
1,
所以
l
1
⊥
l
2
.
答案
:
l
1
⊥
l
2
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
两直线平行
例
1
判断下列各小题中的直线
l
1
与
l
2
是否平行
:
(1)
l
1
经过点
A
(
-
1,
-
2),
B
(2,1),
l
2
经过点
M
(3,4),
N
(
-
1,
-
1);
(2)
l
1
的斜率为
1,
l
2
经过点
A
(1,1),
B
(2,2);
(3)
l
1
经过点
A
(0,1),
B
(1,0),
l
2
经过点
M
(
-
1,3),
N
(2,0);
(4)
l
1
经过点
A
(
-
3,2),
B
(
-
3,10),
l
2
经过点
M
(5,
-
2),
N
(5,5)
.
思路分析
:
斜率存在的直线求出斜率
,
利用
l
1
∥
l
2
⇔
k
1
=k
2
进行判断
,
若两直线斜率都不存在
,
可通过观察并结合图形得出结论
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
则
A
,
B
,
M
不共线
.
故
l
1
∥
l
2
.
(4)
由已知点的坐标
,
得
l
1
与
l
2
均与
x
轴垂直且不重合
,
故有
l
1
∥
l
2
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
反思感悟
两直线平行的判定及应用
1
.
判定两直线是否平行时
,
应先看两直线的斜率是否存在
,
若都不存在
,
则平行
(
不重合的情况下
);
若存在
,
再看是否相等
,
若相等
,
则平行
(
不重合的情况下
)
.
2
.
若已知两直线平行
,
求某参数值时
,
也应分斜率存在与不存在两种情况求解
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
延伸探究
已知
A
(
-
2,
m
),
B
(
m
,4),
M
(
m+
2,3),
N
(1,1),
若
AB
∥
MN
,
则
m
的值为
.
解析
:
当
m=-
2
时
,
直线
AB
的斜率不存在
,
而直线
MN
的斜率存在
,
MN
与
AB
不平行
,
不合题意
;
当
m=-
1
时
,
直线
MN
的斜率不存在
,
而直线
AB
的斜率存在
,
MN
与
AB
不平行
,
不合题意
;
答案
:
0
或
1
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
两直线垂直
例
2
(1)
直线
l
1
经过点
A
(3,2),
B
(3,
-
1),
直线
l
2
经过点
M
(1,1),
N
(2,1),
判断
l
1
与
l
2
是否垂直
;
(2)
已知直线
l
1
经过点
A
(3,
a
),
B
(
a-
2,3),
直线
l
2
经过点
C
(2,3),
D
(
-
1,
a-
2),
若
l
1
⊥
l
2
,
求
a
的值
.
思路分析
:
(1)
若斜率存在
,
求出斜率
,
利用垂直的条件判断
;
若一条直线的斜率不存在
,
再看另一条直线的斜率是否为
0,
若为
0,
则垂直
.
(2)
当两直线的斜率都存在时
,
由斜率之积等于
-
1
求解
;
若一条直线的斜率不存在
,
由另一条直线的斜率为
0
求解
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
解
:
(1)
直线
l
1
的斜率不存在
,
直线
l
2
的斜率为
0,
所以
l
1
⊥
l
2
.
(2)
由题意
,
知直线
l
2
的斜率
k
2
一定存在
,
直线
l
1
的斜率可能不存在
.
当直线
l
1
的斜率不存在时
,3
=a-
2,
即
a=
5,
此时
k
2
=
0,
则
l
1
⊥
l
2
,
满足题意
.
综上所述
,
a
的值为
0
或
5
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
反思感悟
两直线垂直的判定方法
两条直线垂直需判定
k
1
k
2
=-
1,
使用它的前提条件是两条直线斜率都存在
,
若其中一条直线斜率不存在
,
另一条直线斜率为零
,
此时两直线也垂直
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
变式训练
已知定点
A
(
-
1,3),
B
(4,2),
以
AB
为直径作圆
,
与
x
轴有交点
P
,
则交点
P
的坐标是
.
解析
:
设以
AB
为直径的圆与
x
轴的交点为
P
(
x
,0)
.
∵
k
PB
≠0,
k
PA
≠0,
∴
k
PA
·
k
PB
=-
1,
∴
(
x+
1)(
x-
4)
=-
6,
即
x
2
-
3
x+
2
=
0,
解得
x=
1
或
x=
2
.
故点
P
的坐标为
(1,0)
或
(2,0)
.
答案
:
(1,0)
或
(2,0)
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
两直线平行与垂直的综合应用
例
3
如
图所示
,
在平面直角坐标系中
,
四边形
OPQR
的顶点坐标按逆时针顺序依次为
O
(0,0),
P
(1,
t
),
Q
(1
-
2
t
,2
+t
),
R
(
-
2
t
,2),
其中
t>
0
.
试判断四边形
OPQR
的形状
.
思路分析
:
利用直线方程的系数关系
,
或两直线间的斜率关系
,
判断两直线的位置关系
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
所以四边形
OPQR
为平行四边形
.
又
k
OP
·
k
OR
=-
1,
所以
OP
⊥
OR
,
故四边形
OPQR
为矩形
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
延伸探究
1
将本例中的四个点
,
改为
“
A
(
-
4,3),
B
(2,5),
C
(6,3),
D
(
-
3,0),
顺次连接
A
,
B
,
C
,
D
四点
,
试判断四边形
ABCD
的形状
.
”
解
:
由题意
A
,
B
,
C
,
D
四点在平面直角坐标系内的位置如图
,
所以
k
AB
=k
CD
,
由图可知
AB
与
CD
不重合
,
所以
AB
∥
CD
,
由
k
AD
≠
k
BC
,
所以
AD
与
BC
不平行
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
延伸探究
2
将本例改为
“
已知矩形
OPQR
中四个顶点按逆时针顺序依次为
O
(0,0),
P
(1,
t
),
Q
(1
-
2
t
,2
+t
),
试求顶点
R
的坐标
.
”
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
反思感悟
1
.
利用两条直线平行或垂直判定几何图形的形状的步骤
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
2
.
判定几何图形形状的注意点
(1)
在顶点确定的前提下
,
判定几何图形的形状时
,
要先画图
,
猜测其形状
,
以明确证明的目标
.
(2)
证明两直线平行时
,
仅有
k
1
=k
2
是不够的
,
还要注意排除两直线重合的情况
.
(3)
判断四边形形状
,
要依据四边形的特点
,
并且不会产生其他的情况
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
分类讨论思想在平行与垂直中的应用
典例
已知点
A
(0,3),
B
(
-
1,0),
C
(3,0),
且四边形
ABCD
为直角梯形
,
求点
D
的坐标
.
思路分析
:
分析题意可知
,
AB
、
BC
都不可作为直角梯形的直角边
,
所以要考虑
CD
是直角梯形的直角边和
AD
是直角梯形的直角边这两种情况
;
设所求点
D
的坐标为
(
x
,
y
),
若
CD
是直角梯形的直角边
,
则
BC
⊥
CD
,
AD
⊥
CD
,
根据已知可得
k
BC
=
0,
CD
的斜率不存在
,
从而有
x=
3;
接下来再根据
k
AD
=k
BC
即可得到关于
x
、
y
的方程
,
结合
x
的值即可求出
y
,
那么点
D
的坐标便不难确定了
,
同理再分析
AD
是直角梯形的直角边的情况
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
解
:
设所求点
D
的坐标为
(
x
,
y
),
如图所示
,
由于
k
AB
=
3,
k
BC
=
0,
则
k
AB
·
k
BC
=
0≠
-
1,
即
AB
与
BC
不垂直
,
故
AB
、
BC
都不可作为直角梯形的直角边
.
①
若
CD
是直角梯形的直角边
,
则
BC
⊥
CD
,
AD
⊥
CD
,
∵
k
BC
=
0,
∴
CD
的斜率不存在
,
从而有
x=
3
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
反思感悟
先由图形判断四边形各边的关系
,
再由斜率之间的关系完成求解
.
特别地
,
注意讨论所求问题的不同情况
.
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
1
.
若直线
l
1
的斜率为
a
,
l
1
⊥
l
2
,
则直线
l
2
的斜率为
(
)
答案
:
D
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
2
.
已知直线
l
1
的倾斜角为
45
°
,
直线
l
1
∥
l
2
,
且
l
2
过点
A
(
-
2,
-
1)
和
B
(3,
a
),
则
a
的值为
.
答案
:
4
3
.
已知
△
ABC
的三个顶点分别是
A
(2,2),
B
(0,1),
C
(4,3),
点
D
(
m
,1)
在边
BC
的高所在的直线上
,
则实数
m=
.
解析
:
设直线
AD
,
BC
的斜率分别为
k
AD
,
k
BC
,
由题意
,
得
AD
⊥
BC
,
则有
k
AD
·
k
BC
=-
1,
探究一
探究二
探究三
素养形成
当堂检测
4
.
顺次连接
A
(
-
4,3),
B
(2,5),
C
(6,3),
D
(
-
3,0)
四点
,
判断四边形
ABCD
形状
.
所以直线
AD
垂直于直线
AB
与
CD
,
而且直线
BC
不平行于任何一条直线
,
所以四边形
ABCD
是直角梯形
.
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