千题百炼高中数学100个热点问题(三)第65炼直线的方程与性质

第九章第65炼直线的方程与性质解析几何第65炼直线的方程与性质一、基础知识：（一）直线的要素与方程：1、倾斜角：若直线l与x轴相交，则以x轴正方向为始边，绕交点逆时针旋转直至与l重合所成的角称为直线l的倾斜角，通常用,,,表示（1）若直线与x轴平行（或重合），则倾斜角为0（2）倾斜角的取值范围0,2、斜率：设直线的倾斜角为，则的正切值称为直线的斜率，记为tank（1）当2时，斜率不存在；所以竖直线是不存在斜率的（2）所有的直线均有倾斜角，但是不是所有的直线均有斜率（3）斜率与倾斜角都是刻画直线的倾斜程度，但就其应用范围，斜率适用的范围更广（与直线方程相联系）（4）k越大，直线越陡峭（5）斜率k的求法：已知直线上任意两点1122,,,AxyBxy，则2121yykxx，即直线的斜率是确定的，与所取的点无关。3、截距：若直线l与坐标轴分别交于,0,0,ab，则称,ab分别为直线l的横截距，纵截距（1）截距：可视为直线与坐标轴交点的简记形式，其取值可正，可负，可0（不要顾名思义误认为与“距离”相关）（2）横纵截距均为0的直线为过原点的非水平非竖直直线4、直线方程的五种形式：首先在直角坐标系中确定一条直线有两种方法：一种是已知直线上一点与直线的方向（即斜率），另一种是已知两点（两点确定一条直线），直线方程的形式与这两种方法有关（1）一点一方向：①点斜式：已知直线l的斜率k，直线上一点00,Pxy，则直线l的方程为：00yykxx第九章第65炼直线的方程与性质解析几何证明：设直线l上任意一点,Qxy，根据斜率计算公式可得：00yykxx，所以直线上的每一点都应满足：00yykxx，即为直线方程②斜截式：已知直线l的斜率k，纵截距b，则直线l的方程为：ykxb证明：由纵截距为b可得直线与y轴交点为0,b，从而利用点斜式得：0ybkx化简可得：ykxb（2）两点确定一条直线：③两点式：已知直线l上的两点1122,,,AxyBxy，则直线l的方程为：221212yyxxyyxx④截距式：若直线l的横纵截距分别为,0abab，则直线l的方程为：1xyab证明：从已知截距可得：直线上两点,0,0,ab，所以00bbkaa:01bxylybxbxayabaab⑤一般式：由前几类直线方程可知：直线方程通常由,xy的一次项与常数项构成，所以可将直线的通式写为：0AxByC（,AB不同时为0），此形式称为直线的一般式一般式方程的作用：可作为直线方程的最终结果可用于判定直线的平行垂直关系点到直线距离公式与平行线间距离公式需要用直线的一般式5、五种直线形式所不能表示的直线：（1）点斜式，斜截式：与斜率相关，所以无法表示斜率不存在的直线（即竖直线）（2）截距式：①截距不全的直线：水平线，竖直线②截距为0的直线：过原点的直线6、求曲线（或直线）方程的方法：在已知曲线类型的前提下，求曲线（或直线）方程的思路通常有两种：（1）直接法：寻找决定曲线方程的要素，然后直接写出方程，例如在直线中，若用直接法则需找到两个点，或者一点一斜率（2）间接法：若题目条件与所求要素联系不紧密，则考虑先利用待定系数法设出曲线方程，第九章第65炼直线的方程与性质解析几何然后再利用条件解出参数的值（通常条件的个数与所求参数的个数一致）（二）直线位置关系：1、在解析几何中直线的位置关系有三种：平行，相交（包含垂直），重合如果题目中提到“两条直线”，则不存在重合的情况，如果只是12,ll，则要考虑重合的情况。2、直线平行的条件（1）斜截式方程：设直线111222:,:lykxblykxb①121212,kkbbll∥②若直线12,ll的斜率存在，则1212llkk∥（2）一般式方程：设11112222:0,:0lAxByClAxByC，则①当111222ABCABC时，1l∥2l②1221ABAB，且1221ACAC和1221BCBC中至少一个成立，则1l∥2l（此条件适用于所有直线）3、直线垂直的条件：（1）斜截式方程：设直线111222:,:lykxblykxb，则12121llkk（2）一般式方程：设11112222:0,:0lAxByClAxByC，则：1212120AABBll4、一般式方程平行与垂直判定的规律：可选择与一般式方程0AxByC对应的向量：,aAB，即有：11111112222222:0,,:0,lAxByCaABlAxByCaAB，从而12,aa的关系即可代表12,ll的关系，例如：12211212ABABaall∥∥（注意验证是否会出现重合的情况）121212121200AABBaaaall第九章第65炼直线的方程与性质解析几何（三）距离问题：1、两点间距离公式：设1122,,,AxyBxy，则221212ABxxyy2、点到直线距离公式：设00,,:0PxylAxByC则点P到直线l的距离0022PlAxByCdAB3、平行线间的距离：1122:0,:0lAxByClAxByC则12,ll的距离为1222CCdAB（四）对称问题1、中心对称：（1）几何特点：若',AA关于O点中心对称，则O为线段'AA的中点（2）解析特征：设00,Axy，,Oab，则与A点关于O点中心对称的点',Axy满足：00002222xxaxaxyyybyb2、轴对称（1）几何特点：若若',AA关于直线l轴对称，则l为线段'AA的中垂线，即'AAl，且'AA的中点在l上（2）解析特征：设00,Axy，:lykxb，则与A点关于l轴对称的点',Axy满足：'0000122AAyykxxkyyxxkb，解出',Axy即可（3）求轴对称的直线：设对称轴为直线l，直线1l关于l的对称直线为'1l①若1l∥l，则'1l∥1l，且'1l到对称轴的距离与l到对称轴的距离相等②若1l与l相交于P，则取1l上一点A，求出关于l的对称点'A，则'AP即为对称直线'1l第九章第65炼直线的方程与性质解析几何（五）直线系方程：满足某种特征的一类直线组成的集合称为直线系，直线系的方程通常含有参数（以参数的不同取值确定直线）1、平行线系：集合中的直线呈两两平行关系——参数不会影响斜率的取值（1）与直线0AxByC平行的直线系方程为：0AxBym（m为参数，且mC）（2）与直线0AxByC垂直的直线系方程为：0BxAym（m为参数）2、过定点的直线：（1）若参数的取值影响直线的斜率，则可寻找该直线是否围绕一个定点旋转：即把含参数的项划为一组并提取参数，只需让参数所乘的因式为0即可（2）已知11112222:0,:0lAxByClAxByC（1l与2l不重合），则过12,ll交点的直线系方程为：1211122200llAxByCAxByC（该直线无法表示2l）3、直线系方程的用途：主要是在求直线方程时可充分利用平行，垂直或过定点的条件，将直线设为只含一个参数的方程，从而在思路上就可围绕如何求参数配置资源，寻找条件解出参数，即可得到所求直线方程二、典型例题：例1：直线sin20xy的倾斜角的取值范围是（）A．0,B．30,,44C．0,4D．0,,42思路：要求倾斜角（设为），可将直线转化为斜截式得：sin2yx，所以，即tan1,1，结合正切的定义以及倾斜角的范围可得：30,,44答案：B小炼有话说：一是要注意由正切值求角时，通过图像判断更为稳妥，切忌只求边界角，然后直接根据角大小写区间。二是要注意倾斜角的取值范围：0,，所以当0k时，倾斜角为0（而不是）第九章第65炼直线的方程与性质解析几何例2：经过)1,0(P作直线l，若直线l与连接)3,2(),1,1(BA的线段总有公共点，则直线l的斜率的取值范围为．思路：直线l可视为绕)1,0(P进行旋转，在坐标系中作出线段AB，即可由图判断出若直线l与线段AB有公共点，旋转过程中的第一条直线与最后一条直线分别为直线,PBPA，则11312,21020PAPBkk，由图像可得：,22,k答案：,22,k小炼有话说：本题如果没有图像辅助，极易将结果写成2,2，通过观察可得旋转的过程当中，倾斜角不断变大，由锐角变为钝角。从而斜率的值应为正负值之外，而非正负值之间。所以处理此类问题时：一定作图，作图，作图！！例3：若12:120,:280lxmymlmxy的图象是两条平行直线，则m的值是（）A．1m或2mB．1mC．2mD．m的值不存在思路：由平行线可得：12mm可解得：1m或2m，检验是否存在重合情况，将1m代入直线可得：12:210,:280lxylxy，符合题意，将2m代入直线可得：12:40,:2280lxylxy，则12,ll重合，不符题意，所以舍去。综上可得：1m答案：B小炼有话说：在已知平行关系求参数取值时，尽管在求解时可仅用,xy系数关系，但解出参数后要进行验证，看是否会导致直线重合。例4：已知直线013)2(01yxayax与互相垂直，则实数a等于（）A．3或1B．1或3C．1或3D．1或3思路：由两直线相互垂直可得：2130aa，即2230aa，解得3a或1a第九章第65炼直线的方程与性质解析几何答案：A例5：已知直线通过点3,4M，被直线l：30xy反射，反射光线通过点2,6N，则反射光线所在直线的方程是．思路：本题与物理知识相结合，可知反射光线过已知点在镜面中的虚像（即对称点），所以考虑求出3,4M的对称点'M，再利用2,6N确定反射光线即可。解：设M的对称点'00,Mxy，则有'MMl，且'MM的中点0034,22xy在l上000000004110310343022yxyxxyxy'1,0M'6MNk':61MNyx即660xy答案：660xy例6：直线220mnxmnymn（,mnR且,mn不同时为0）经过定点____思路：直线过定点，则意味着定点坐标使得参数“失去作用”——即无论参数取何值，不会影响表达式的值，能够达到此功效的只有让参数与“0”相乘，所以考虑将已知直线进行变形，将含m的项与含n的项分别归为一组，可得：2120mxynxy，若要让,mn“失去作用”，则21020xyxy，解得11xy，即定点为1,1答案：1,1小炼有话说：含参数的直线方程要么是一组平行线（斜率为常数），要么考虑过定点，而定点的求解可参照例6的求法。寻找定点是一种意识，即遇到含参数的直线时，便可考虑能否找到定点，从而抓住此类直线的特征（绕定点旋转），有助于解题。例7：已知直线:30lxmym上存在点M满足与两点1,0,1,0AB连线的斜率MAk与MBk之积为3，则实数m的取值范围是_________思路：设直线上的点00,Mxy，则M需同时满足两个条件：一是符合直线方程，二是保第九章第65炼直线的方程与性质解析几何