内容正文:
第10讲 两条直线平行与垂直的判定
1.掌握两直线平行的判定方法;
2.掌握两直线垂直的判定方法;
3.会利用两直线的平行和垂直的关系处理平面几何问题.
1两直线平行
对于斜率分别为,的两条直线,有.
2 两直线垂直
对于斜率分别为,的两条直线,有.
【题型一】 两条直线位置关系的判断
相关知识点讲解
1两直线平行
(1) 对于斜率分别为,的两条直线,有.
解释
① 证明:若,则与的倾斜角与相等,则,即.
因此若,则;反之时,,由倾斜角范围及正切函数的单调性可知,因此.
② 当时,直线的斜率不存在,此时.
③ 若存在斜率的两直线重合,此时仍然有.故可用斜率相等证明三点共线时.
【例1】两条不重合直线斜率是的 条件.
2 两直线垂直
对于斜率分别为,的两条直线,有.
解释
① 证明:直线的方向向量分别是,,于是
,即;
② 当直线或的倾斜角为时,若,则另一条直线的倾斜角为;反之亦然.
【例1】两条直线斜率是的 条件.
【典题1】 判断下列各组直线是否平行或垂直,并说明理由.
(1)经过点,经过点;
(2)的斜率为,经过点;
(3),.
变式练习
1.已知不重合的两直线与对应的斜率分别为与,则“”是“”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不是充分也不是必要条件
2.下列各对直线互相平行的是( )
A.直线经过点,,直线经过点,
B.直线经过点,,直线经过点,
C.直线经过点,,直线经过点,
D.直线经过点,,直线经过点,
3.已知直线的斜率是方程的两个根,则( )
A. B.
C.与相交但不垂直 D.与的位置关系不确定
4.若直线的斜率为,经过点,,则直线和的位置关系是( )
A.平行 B.垂直 C.相交不垂直 D.重合
5.已知直线,直线,则直线的倾斜角为( )
A. B. C. D.
【题型二】 已知直线位置关系求参数
【典题1】若直线l经过点和,且与斜率为的直线垂直,则实数a的值是( )
A. B. C. D.
【典题2】已知A(-2,m),B(m,4),M(m+2,3),N(1,1),若AB∥MN,则m的值为 .
变式练习
1.已知直线的一个方向向量为(,2),直线的一个法向量为(m,6),若,则m=( )
A. B.3 C.6 D.9
2.已知直线的倾斜角为,直线经过点和,且直线与垂直,的值为( )
A.1 B.6 C.0或6 D.0
3.已知经过点的直线与经过点的直线平行,则的值为( )
A.-1 B.-2
C.-1或2 D.-2或1
4.已知的倾斜角为45°,经过点.若,则实数m为( )
A.6 B.-6 C.5 D.-5
5.已知的顶点,,.
(1)若是以点为直角顶点的直角三角形,求实数的值.
(2)若是以点为锐角顶点的直角三角形,求实数的值.
(3)若为直角三角形,如何求解的值?
【题型三】 两直线平行与垂直的综合应用
【典题1】已知四边形的顶点,则四边形的形状为 .
【典题2】已知直线过点,直线与直线的交点B在第一象限, 点O为坐标原点. 若三角形OAB为钝角三角形时,则直线的斜率的范围是( )
A. B.
C. D.
变式练习
1. 已知A(-1,2),B(1,3),C(0,-2),点D使AD⊥BC,AB∥CD,则点D的坐标为( )
A. B. C. D.
2.以为顶点的四边形是( )
A.平行四边形,但不是矩形 B.矩形
C.梯形,但不是直角梯形 D.直角梯形
3.已知点,,,是的垂心.则点C的坐标为( )
A. B. C. D.
4.已知倾斜角为的直线与直线垂直,则=( )
A. B.- C. D.-
5.过点与点(7,0)的直线l1,过点(2,1)与点(3,k+1)的直线l2与两坐标轴围成的四边形内接于一个圆,则实数k为( )
A.-3 B.3 C.-6 D.6
6.在平面直角坐标系中,设三角形的顶点分别为,,,点是线段上的一点(异于端点),设均为非零实数,直线分别交于点,若,求证: .
7.在平面直角坐标系中,矩形的顶点按逆时针顺序依次排列,且点O,P,Q的坐标分别是,其中.
(1)求顶点R的坐标;
(2)求矩形在第一象限部分的面积.
【A组---基础题】
1.下列说法中正确的有( )
①若两条不同直线的斜率相等,则两直线平行;
②若,则;
③所有的直线都有倾斜角;
④若两条直线的垂直,则它们的斜率之积为-1.
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
2.已知直线的倾斜角为,若直线与垂直,则的斜率为( )
A. B. C. D.
3.直线,的斜率是方程的两个根,则( )
A. B.
C.与相交但不垂直 D.与的位置关系不确定
4.以为顶点的三角形是( )
A.锐角三角形 B.钝角三角形
C.以为直角顶点的直角三角形 D.以为直角顶点的直角三角形
5.顺次连接A(-4,3),B(2,5),C(6,3),D(-3,0)所构成的图形是( )
A.平行四边形 B.直角梯形
C.等腰梯形 D.以上都不对
6.若直线l经过点和,且与经过点,斜率为的直线垂直,则实数a的值为 .
7.在平面直角坐标系中,已知点和,点在轴上.若直线与直线的夹角为,则点的坐标为 .
8.在平面直角坐标系中,四边形的顶点坐标按逆时针顺序依次为,,,,其中.则四边形的形状为 .
9.根据下列给定的条件,判断直线与直线是否平行.
(1)经过点,,经过点,;
(2)的斜率为,经过点,;
(3)平行于轴,经过点,;
(4)经过点,,经过点,.
10.已知过坐标原点的一条直线与函数的图象交于,两点,分别过点,作轴的平行线与函数的图象交于,两点.
(1)证明:点,,在同一条直线上;
(2)当直线的斜率为0时,求点的坐标.
【B组---提高题】
1.已知直线,动直线,则下列结论错误的是( )
A.存在,使得的倾斜角为;
B.对任意的,与都有公共点;
C.对任意的,与都不重合;
D.对任意的,与都不垂直;
2.已知直线,若,则的倾斜角的取值范围是( )
A. B. C. D.
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第10讲 两条直线平行与垂直的判定
1.掌握两直线平行的判定方法;
2.掌握两直线垂直的判定方法;
3.会利用两直线的平行和垂直的关系处理平面几何问题.
1两直线平行
对于斜率分别为,的两条直线,有.
2 两直线垂直
对于斜率分别为,的两条直线,有.
【题型一】 两条直线位置关系的判断
相关知识点讲解
1两直线平行
(1) 对于斜率分别为,的两条直线,有.
解释
① 证明:若,则与的倾斜角与相等,则,即.
因此若,则;反之时,,由倾斜角范围及正切函数的单调性可知,因此.
② 当时,直线的斜率不存在,此时.
③ 若存在斜率的两直线重合,此时仍然有.故可用斜率相等证明三点共线时.
【例1】两条不重合直线斜率是的 条件.
解析 若直线的斜率,则;故是的充分条件;
若,不一定有,因为两直线可能垂直轴而不存在斜率,故是的不必要条件;
故填充分不必要条件.
2 两直线垂直
对于斜率分别为,的两条直线,有.
解释
① 证明:直线的方向向量分别是,,于是
,即;
② 当直线或的倾斜角为时,若,则另一条直线的倾斜角为;反之亦然.
【例1】两条直线斜率是的 条件.
解析 若直线存在斜率,且,则;故是的充分条件;若,不一定有,因为若两直线倾斜角分别为和,它们依然相互垂直,但由于一直线不存在斜率,则不存在,故是的不必要条件;
故填充分不必要条件.
【典题1】 判断下列各组直线是否平行或垂直,并说明理由.
(1)经过点,经过点;
(2)的斜率为,经过点;
(3),.
【答案】(1)既不平行又不垂直,理由见解析
(2)垂直,理由见解析
(3)平行,理由见解析
【分析】先判断直线是否存在斜率,若不存在,则易判断两直线位置关系;若不存在,则求出斜率,并判断斜率是否相等,或乘积是否为,斜率相等时注意是否重合.
【详解】(1)设直线,的斜率分别为,
因为,,
所以,从而与既不平行又不垂直.
(2)设直线,的斜率分别为,
因为,
所以,从而与垂直.
(3)设直线,的斜率分别为,
因为,且与不重合,
从而与平行.
变式练习
1.已知不重合的两直线与对应的斜率分别为与,则“”是“”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不是充分也不是必要条件
【答案】C
【分析】根据题意,由直线斜率与直线的位置关系,即可判断.
【详解】不重合的两直线与对应的斜率分别为与,
当时,可得,当时,可得,
故“”是“”的充分必要条件,
故选:C.
2.下列各对直线互相平行的是( )
A.直线经过点,,直线经过点,
B.直线经过点,,直线经过点,
C.直线经过点,,直线经过点,
D.直线经过点,,直线经过点,
【答案】A
【分析】根据斜率公式求出各直线的斜率,判断直线的斜率是否相等或不存在,进而可得出结论.
【详解】对于A,因为,
所以;
对于B,因为,
所以直线不平行;
对于C,由直线经过点,,直线经过点,,
得直线的斜率都不存在,且两直线重合;
对于D,因为直线经过点,,所以直线直线的斜率不存在,
而,所以直线不平行.
故选:A.
3.已知直线的斜率是方程的两个根,则( )
A. B.
C.与相交但不垂直 D.与的位置关系不确定
【答案】C
【分析】由可知两直线不垂直,且知两直线不平行,由此可得结论.
【详解】设直线的斜率为,则,
,不垂直,A错误;
若,则,与矛盾,,不平行,B错误;
不平行,也不垂直,相交但不垂直,C正确,D错误.
故选:C.
4.若直线的斜率为,经过点,,则直线和的位置关系是( )
A.平行 B.垂直 C.相交不垂直 D.重合
【答案】B
【分析】根据直线斜率公式,结合两直线位置关系与斜率的关系进行判断即可.
【详解】因为直线经过点,,
所以直线的斜率为:,
又因为,
所以两直线垂直,
故选:B
5.已知直线,直线,则直线的倾斜角为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据题意结合垂直关系可得直线的斜率,进而可得倾斜角.
【详解】因为直线的斜率,
且,可知直线的斜率
所以的倾斜角为.
故选:D.
【题型二】 已知直线位置关系求参数
【典题1】若直线l经过点和,且与斜率为的直线垂直,则实数a的值是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】先利用斜率公式表示出;再根据两直线垂直列出关系式求解即可.
【详解】由题意得,直线l的斜率必存在,且 .
因为直线l与斜率为的直线垂直
所以,解得.
故选:A.
【典题2】已知A(-2,m),B(m,4),M(m+2,3),N(1,1),若AB∥MN,则m的值为 .
【答案】0或1
【分析】
分当直线AB的斜率不存在,直线MN的斜率不存在及两直线的斜率都存在时进行求解即可,注意检验下两直线不重合.
【详解】解: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;
当m≠-2,且m≠-1时,
kAB=,
kMN=.
因为AB∥MN,所以kAB=kMN,
即,解得m=0或m=1.
当m=0或1时,由图形知,两直线不重合.
综上,m的值为0或1.
故答案为:0或1
变式练习
1.已知直线的一个方向向量为(,2),直线的一个法向量为(m,6),若,则m=( )
A. B.3 C.6 D.9
【答案】A
【分析】用直线方向向量和法向量的定义,直接翻译条件求解参数即可.
【详解】,直线的一个方向向量为(,2),直线的一个法向量为(m,6),
直线的一个方向向量与直线的一个法向量平行
,
解得,
故选: A
2.已知直线的倾斜角为,直线经过点和,且直线与垂直,的值为( )
A.1 B.6 C.0或6 D.0
【答案】D
【分析】求出直线与的斜率,利用两个斜率乘积等于即可求解.
【详解】因为直线的倾斜角为,所以直线的斜率为,且与垂直,
所以直线斜率存在,
由经过点和,所以直线斜率为,
所以,解得:,
故选:D
3.已知经过点的直线与经过点的直线平行,则的值为( )
A.-1 B.-2
C.-1或2 D.-2或1
【答案】C
【分析】利用直线的斜率公式求解.
【详解】由题意得,
因为,所以,即,
化简得,
所以或,
又由得=-1或2,
故选:C.
4.已知的倾斜角为45°,经过点.若,则实数m为( )
A.6 B.-6 C.5 D.-5
【答案】B
【分析】
根据垂直关系得到,由此计算出的值.
【详解】因为,,且,
所以,解得,
故选:B.
5.已知的顶点,,.
(1)若是以点为直角顶点的直角三角形,求实数的值.
(2)若是以点为锐角顶点的直角三角形,求实数的值.
(3)若为直角三角形,如何求解的值?
【答案】(1);
(2)或;
(3)或或
【分析】(1)依题意可得,则,利用斜率公式计算可得;
(2)分或为直角顶点两种情况讨论,分别计算可得;
(3)结合(1)(2)得解.
【详解】(1)因为为直角顶点,所以,
由题可知直线,的斜率存在,所以,即,解得.
(2)由于为锐角顶点,为直角三角形,故或为直角顶点.
若为直角顶点,则,由题可知直线,的斜率存在,
所以,即,解得;
若为直角顶点,则,由题可知直线,的斜率存在,
所以,即,解得.
综上可知,或.
(3)若为直角顶点,由(1)知;
若为直角顶点,由(2)知;
若为直角顶点,由(2)知.
综上可知,或或.
【题型三】 两直线平行与垂直的综合应用
【典题1】已知四边形的顶点,则四边形的形状为 .
【答案】矩形
【分析】分别求出直线的斜率,根据斜率判断对应直线得位置关系,即可得出结论.
【详解】解:,且不在直线上,.
又,且不在直线上,,四边形为平行四边形.
又.
平行四边形为矩形.
故答案为:矩形.
【典题2】已知直线过点,直线与直线的交点B在第一象限, 点O为坐标原点. 若三角形OAB为钝角三角形时,则直线的斜率的范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】找到三个极端位置的斜率值,并旋转相关直线得到斜率范围.
【详解】当三角形为直角三角形时,或,
此时的斜率或0.
当从顺时针旋转到轴之间时,三角形为钝角三角形,此时;
当从逆时针旋转到与直线平行之间时,三角形为钝角三角形,此时,
综上,,
故选:C.
故选:C.
变式练习
1. 已知A(-1,2),B(1,3),C(0,-2),点D使AD⊥BC,AB∥CD,则点D的坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】设D(x,y),根据两直线平行和垂直时,其斜率间的关系得出方程组,解之可求得点D的坐标得选项.
【详解】解:设D(x,y),∵AD⊥BC,∴·=-1,∴x+5y-9=0,
∵AB∥CD,∴=,∴x-2y-4=0,由得,,
故选:D.
2.以为顶点的四边形是( )
A.平行四边形,但不是矩形 B.矩形
C.梯形,但不是直角梯形 D.直角梯形
【答案】D
【分析】先在坐标系内画出ABCD点,再根据对边和邻边的位置关系判断四边形ABCD的形状.
【详解】
在坐标系中画出ABCD点,大致如上图,其中,
,
,
所以四边形ABCD是直角梯形;
故选:D.
3.已知点,,,是的垂心.则点C的坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】
先设点C的坐标,再求出直线的斜率,则可求出直线的斜率和直线的倾斜角,联立方程组求出C的坐标;
【详解】设C点标为,直线AH斜率,
∴,而点B的横坐标为6,则,
直线BH的斜率,
∴直线AC斜率,
∴,
∴点C的坐标为.
故选:.
4.已知倾斜角为的直线与直线垂直,则=( )
A. B.- C. D.-
【答案】C
【分析】根据直线的垂直关系,可求得垂直直线的斜率;由斜率与倾斜角关系,结合同角三角函数关系式中齐次式化简方法可求得式子的值.
【详解】直线的斜率为,因此与此直线垂直的直线的斜率,
,
∴,
把代入得,
原式.
故选:C.
5.过点与点(7,0)的直线l1,过点(2,1)与点(3,k+1)的直线l2与两坐标轴围成的四边形内接于一个圆,则实数k为( )
A.-3 B.3 C.-6 D.6
【答案】B
【分析】根据四点共圆的条件可知,四边形的2个对角之和是180°,即l1与l2是相互垂直的,利用两条直线斜率的乘积为-1,即可得到结论.
【详解】
.由已知得l1⊥l2,∴×k=-1,∴k=3.
【点睛】本题主要考查直线垂直与直线斜率之间的关系,利用四点共圆得到直线垂直是解决本题的关键.
6.在平面直角坐标系中,设三角形的顶点分别为,,,点是线段上的一点(异于端点),设均为非零实数,直线分别交于点,若,求证: .
【答案】证明见解析
【分析】利用斜率公式求得直线与的斜率,从而利用直线垂直的性质得到,再求得直线与的斜率之积,由此得证.
【详解】由点和点,知直线的斜率为,
由点和点,知直线的斜率为,
因为,所以,即;
由点和点,知直线的斜率为,
由点和点,知直线的斜率为,
则直线与的斜率之积为,
所以.
7.在平面直角坐标系中,矩形的顶点按逆时针顺序依次排列,且点O,P,Q的坐标分别是,其中.
(1)求顶点R的坐标;
(2)求矩形在第一象限部分的面积.
【答案】(1);(2).
【分析】(1)顶点R的坐标为,然后由矩形的性质可得,解方程组可得点R的坐标;
(2),然后如图分两种情况:当和进行求解,当时,由点R和Q的坐标表示出直线RQ的方程,令求出直线与轴的交点,设为M,表示出三角形OMR的面积,利用矩形的面积减去三角形OMR的面积即为所求的面积;当时,设出直线RQ的方程,令求出直线与轴的交点,记为N,此时三角形OPN的面积即为所求的图积,从而可得答案
【详解】(1)设顶点R的坐标为.
由题意知,
易知,
所以,
解得即点R的坐标为.
(2)易得.
①如图1,当,即时,设线段与y轴交于点M,易知直线的方程为,则点M的坐标为,所以,所以.
②如图2,当,即时,设线段与y轴交于点N,易知直线的方程为,则点N的坐标是,所以.
综上
【点睛】此题考查矩形的性质,考查直线的位置关系,考查数学分类思想和计算能力,属于中档题
【A组---基础题】
1.下列说法中正确的有( )
①若两条不同直线的斜率相等,则两直线平行;
②若,则;
③所有的直线都有倾斜角;
④若两条直线的垂直,则它们的斜率之积为-1.
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
【答案】B
【分析】对于①,根据斜率的定义进行判断;对于②,举出反例;对于③,根据倾斜角定义得到③正确;对于④,举出反例.
【详解】对于①,若两条不同直线的斜率相等,则两直线平行,正确;
对于②,若,但可能斜率不存在,此时不能得到,错误;
对于③,所有的直线都有倾斜角,正确;
对于④,若两条直线中,一条直线斜率为0,另一条没有斜率,也满足垂直关系,但不满足它们的斜率之积为-1,错误.,
故正确的个数为2.
故选:B
2.已知直线的倾斜角为,若直线与垂直,则的斜率为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据直线的倾斜角与斜率及两条直线之间的位置关系可得.
【详解】直线的倾斜角为,斜率,
因为,所以,即,
故选:C.
3.直线,的斜率是方程的两个根,则( )
A. B.
C.与相交但不垂直 D.与的位置关系不确定
【答案】B
【分析】结合根与系数关系、两直线的位置关系求得正确答案.
【详解】设直线的斜率分别是,
依题意,所以.
故选:B
4.以为顶点的三角形是( )
A.锐角三角形 B.钝角三角形
C.以为直角顶点的直角三角形 D.以为直角顶点的直角三角形
【答案】D
【分析】通过斜率证明两直线垂直,得到三角形形状.
【详解】直线的斜率,直线的斜率,
由,所以,
故是以为直角顶点的直角三角形.
故选:D
5.顺次连接A(-4,3),B(2,5),C(6,3),D(-3,0)所构成的图形是( )
A.平行四边形 B.直角梯形
C.等腰梯形 D.以上都不对
【答案】B
【分析】结合直角梯形的性质,利用两直线间的平行和垂直关系来判断即可得出结论.
【详解】,,则,
所以,与不平行,
因此
故构成的图形为直角梯形.
故选:B.
6.若直线l经过点和,且与经过点,斜率为的直线垂直,则实数a的值为 .
【答案】
【分析】求出直线l的斜率,利用直线垂直关系列式求出a的值即得.
【详解】依题意,直线的斜率存在且为,由直线l经过点和,
得直线的斜率,解得,
所以实数a的值为.
故答案为:
7.在平面直角坐标系中,已知点和,点在轴上.若直线与直线的夹角为,则点的坐标为 .
【答案】/(0.5)
【分析】翻译垂直条件,利用直线斜率建立方程求解即可.
【详解】设横坐标为,且由题意得,
与相互垂直,,解得,故,
故答案为:
8.在平面直角坐标系中,四边形的顶点坐标按逆时针顺序依次为,,,,其中.则四边形的形状为 .
【答案】矩形
【分析】根据点的坐标计算斜率,利用斜率相等得到直线平行,再根据矩形的判定,即可得到答案;
【详解】由斜率公式得,,,,
所以,,从而,.所以四边形为平行四边形.
又,所以,故四边形为矩形.
故答案为:矩形.
9.根据下列给定的条件,判断直线与直线是否平行.
(1)经过点,,经过点,;
(2)的斜率为,经过点,;
(3)平行于轴,经过点,;
(4)经过点,,经过点,.
【答案】(1)不平行
(2)平行或重合
(3)平行
(4)重合
【分析】
先求出两直线的斜率,再利用斜率进行判断;
【详解】(1),,,所以与不平行.
(2)
的斜率,的斜率,,所以l1与l2平行或重合.
(3)由题意,知的斜率不存在,且不与轴重合,的斜率也不存在,且与轴重合,所以.
(4)
由题意,知,,
,所以与平行或重合.
需进一步研究,,,四点是否共线,.
所以,,,四点共线,所以与重合.
10.已知过坐标原点的一条直线与函数的图象交于,两点,分别过点,作轴的平行线与函数的图象交于,两点.
(1)证明:点,,在同一条直线上;
(2)当直线的斜率为0时,求点的坐标.
【答案】(1)证明见解析;(2).
【分析】(1)设,,通过,,三点共线知,从而证明,即点,,在同一条直线上;
(2)根据直线的斜率为0得出,再结合(1)中的条件即可求出,从而求出点的坐标.
【详解】(1)如图,设点,,则,.
由,,三点共线,知,
所以,即,
所以,即.
所以点,,在同一条直线上.
(2)当直线的斜率为0时,轴,
则,即,所以,
由(1)知,所以,解得,
所以点的坐标为.
【B组---提高题】
1.已知直线,动直线,则下列结论错误的是( )
A.存在,使得的倾斜角为;
B.对任意的,与都有公共点;
C.对任意的,与都不重合;
D.对任意的,与都不垂直;
【答案】C
【分析】根据倾斜角与斜率的关系取特殊值判断A;联立与的方程,由恒有解判断B;取时,与重合,判断C;由两直线垂直斜率的关系判断D.
【详解】解:当时,的倾斜角为,此时的方程为,故A正确;
联立方程组,得,此方程恒有解,
故对任意的,与都有公共点,B正确;
当时,,此时与重合,故C错误;
因为的斜率为1,当时,与不垂直;
当时,的斜率,所以对任意的,与都不垂直,D正确;
故选:C.
2.已知直线,若,则的倾斜角的取值范围是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】分时和时两种情况讨论,根据,得,或,不存在,从而求得的范围,即可得出倾斜角的取值范围.
【详解】解:当时,,
,,
,,
设的倾斜角为,则,;
当时,直线的斜率为0,倾斜角为0,
,的倾斜角为.
综上.
故选:C.
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