内容正文:
第二章 直线与圆的方程
2.2 直线的方程
2.2.1 直线的点斜式方程
课程标准:根据确定直线位置的几何要素,探索并掌握直线的点斜式方程与斜截式方程.
教学重点:会求直线的点斜式方程、斜截式方程.
教学难点:能利用直线的点斜式方程、斜截式方程解决相应的问题.
核心素养:通过推导直线的点斜式方程及斜截式方程的过程,提升逻辑推理及数学抽象素养.
(教师独具内容)
核心概念掌握
核心素养形成
随堂水平达标
目录
课后课时精练
核心概念掌握
知识点一 直角坐标系中确定一条直线的几何要素
在平面直角坐标系中,给定一个点P0(x0,y0)和斜率k(或_________),就能唯一确定一条直线.
知识点二 直线的点斜式方程(简称点斜式)
倾斜角
已知条件 直线经过点P(x0,y0),且斜率为k
方程形式 __________________
特别情况 经过点P(x0,y0)且斜率为0的直线方程为_________
y-y0=k(x-x0)
y=y0
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知识点三 直线的斜截式方程(简称斜截式)
[提醒] (1)直线的斜截式方程是直线的点斜式方程的特殊情况,它们只适用于直线斜率存在的情况.
(2)“直线在y轴上的截距为b”的含义是直线与y轴的交点(0,b)的纵坐标为b,注意截距不是距离,其可正、可负、可为零.
已知条件 直线的斜率为k,且在y轴上的截距为b
方程形式 ___________
y=kx+b
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[想一想] 斜截式与一次函数的解析式相同,都是y=kx+b的形式,两者之间有哪些区别?
提示:当k≠0时,y=kx+b即为一次函数;当k=0时,y=b,不是一次函数,一次函数y=kx+b(k≠0)必是一条直线的斜截式方程.
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1.(点斜式)已知直线的方程是y+2=-x-1,则( )
A.直线经过点(-1,2),且斜率为-1
B.直线经过点(2,-1),且斜率为-1
C.直线经过点(-1,-2),且斜率为-1
D.直线经过点(-2,-1),且斜率为1
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y=2x+3
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核心素养形成
题型一 求直线的点斜式方程
例1 写出下列直线的点斜式方程:
(1)经过点(-1,4)且倾斜角为135°的直线;
(2)过点P(3,-4)且与x轴平行的直线;
(3)过点P(1,2)且与直线y=2x+1平行的直线;
(4)直线y=x+1绕着其上一点P(3,4)逆时针旋转90°后得到的直线.
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解 (1)由题意知,直线的斜率k=tan135°=-1,故所求直线的点斜式方程为y-4=-[x-(-1)],即y-4=-(x+1).
(2)与x轴平行的直线,其斜率k=0,由直线的点斜式方程可得直线方程为y-(-4)=0×(x-3),即y=-4.
(3)由题意知,所求直线的斜率为2,且过点P(1,2),所以所求直线的方程为y-2=2(x-1).
(4)直线y=x+1的斜率k=1.由题意知,所求直线与直线y=x+1垂直,所以所求直线的斜率k′=-1,又点P(3,4)在所求直线上,由点斜式方程知,所求直线的方程为y-4=-(x-3).
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【感悟提升】 求直线的点斜式方程的步骤
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解:(1)直线过点P(-4,3),斜率k=-3,
由直线的点斜式方程得,
所求直线的方程为y-3=-3(x+4).
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【感悟提升】 直线的斜截式方程的求解策略
(1)用斜截式求直线方程,只要确定直线的斜率和截距即可,同时要特别注意截距和距离的区别.
(2)直线的斜截式方程y=kx+b不仅形式简单,而且特点明显,k是直线的斜率,b是直线在y轴上的截距,只要确定了k和b的值,直线方程就确定了.因此,在解决直线问题时,常通过把直线方程化为斜截式方程,利用k,b的几何意义进行判断.
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题型三 平行与垂直问题
例3 (1)当a为何值时,直线l1:y=-x+2a与直线l2:y=(a2-2)x+2平行?
(2)当a为何值时,直线l1:y=(2a-1)x+3与直线l2:y=4x-3垂直?
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[条件探究] 在本例(1)中若改为“l1:y=-ax+2a”,又如何求a的值?
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【感悟提升】 两条直线平行和垂直的判定
(1)平行的判定(两条直线的斜率都存在)
(2)垂直的判定(两条直线的斜率都存在)
提醒:若已知含参数的两条直线平行或垂直,求参数的值时,要注意讨论斜率是否存在,若是平行关系,注意考虑b1≠b2这个条件.
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【跟踪训练】
3.(1)已知直线l过点A(2,-3),直线l′过点(-4,4)和(-3,2),根据下列条件,求直线l的方程.
①直线l与l′平行;
②直线l与l′垂直.
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随堂水平达标
1.经过点(4,1),且斜率为3的直线的点斜式方程为( )
A.y-1=3(x-4)
B.y-1=3(x+4)
C.y+1=3(x+4)
D.y-1=-3(x-4)
解析:经过点(4,1),且斜率为3的直线的点斜式方程为y-1=3(x-4).
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2.(多选)已知直线l:y=mx+1,A(1,2),B(3,3),则下列结论正确的是( )
A.当m=1时,直线l的倾斜角为45°
B.当m=0时,直线l的斜率不存在
C.直线l恒过定点(0,1)
D.当m=-2时,直线l与直线AB垂直
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课后课时精练
基础题(占比60%) 中档题(占比30%) 拔高题(占比10%)
题号 1 2 3 4 5 6 7
难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★
考向 直线的斜截式方程 直线的点斜式方程 直线的点斜式方程 直线的斜截式方程 直线的点斜式方程;直线的斜截式方程;平行与垂直问题 直线的斜截式方程 直线的点斜式方程
考点 确定直线
位置 确定直线经过的点及倾斜角 求直线的点斜式方程 求直线的斜截式方程 特殊方程;直线的点斜式、斜截式方程的适用范围;利用平行关系求参数 直线的斜截式方程的综合
应用 求直线的点斜式方程
题号 8 9 10 11 12 13 14
难度 ★ ★★ ★ ★★ ★★ ★★★ ★★★
考向 平行与垂直问题;直线的斜截式方程 直线的斜截式方程 平行与垂直问题 直线的斜截式方程 直线的点斜式方程;直线的斜截式方程 直线的点斜式方程;直线的斜截式方程 直线的点斜式方程;直线的斜截式方程
考点 利用垂直关系求直线的斜截式方程 利用直线的斜截式方程求参数 利用平行、垂直关系求直线方程 确定直线位置 求直线的斜截式
方程 定点问题 定点问题
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一、选择题
1.直线y=-3x+5不经过的象限为( )
A.第一象限
B.第二象限
C.第三象限
D.第四象限
解析:如图,画出直线可看出直线y=-3x+5不过第三象限.故选C.
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4.直线l的斜率为方程x2-2x+1=0的根,且在y轴上的截距为5,则直线l的方程为( )
A.y=-x+5 B.y=x-5
C.y=x+5 D.y=5
解析:由题意,方程x2-2x+1=0的根为1,所以k=1,又在y轴上的截距为5,所以直线l的方程为y=x+5.故选C.
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解析:易知A,B均正确;对于C,点斜式与斜截式方程只适用斜率存在的直线,所以C错误;对于D,若两条直线平行,则a=2-a,解得a=1,所以D正确.故选ABD.
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二、填空题
7.已知过定点(4,5)的直线m的一个方向向量是d=(3,2),则直线m的点斜式方程为_________________.
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y=-2x+6
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9.设点A(-1,0),B(1,0),直线y=-2x+b与线段AB相交,则b的取值范围为____________.
解析:b为直线y=-2x+b在y轴上的截距,如图,当直线y=-2x+b过点A(-1,0)和点B(1,0)时,b分别取得最小值和最大值,所以b的取值范围是[-2,2].
[-2,2]
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11.(多选)在同一坐标系中,直线l1:y=ax+b与l2:y=bx-a的大致位置正确的是( )
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解析:因为l1:y=ax+b,l2:y=bx-a.对于A,由题图可得直线l1的斜率a<0,在y轴上的截距b<0,而l2的斜率b>0,矛盾,故A错误;对于B,由题图可得直线l1的斜率a>0,在y轴上的截距b<0,而l2的斜率b<0,在y轴上的截距-a<0,即a>0,符合题意,故B正确;对于C,由题图可得直线l1的斜率a<0,在y轴上的截距b>0,而l2的斜率b>0,在y轴上的截距-a>0,即a<0,符合题意,故C正确;对于D,由题图可得直线l1的斜率a>0,在y轴上的截距b>0,而l2的斜率b<0,矛盾,故D错误.故选BC.
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y=-3x+4
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14.已知直线l:y=kx+2k+1.
(1)求证:直线l过定点;
(2)当-3<x<3时,直线l上的点都在x轴上方,求实数k的取值范围.
解:(1)证明:由y=kx+2k+1,
得y-1=k(x+2).
由点斜式方程可知,直线l过定点(-2,1).
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R
[说明] (1)经过点P(x0,y0)的直线有无数条,可分为两类:
①斜率存在的直线,其方程可用点斜式求出;
②斜率不存在的直线,其方程不能用点斜式,方程为x=x0.
(2)方程y-y0=k(x-x0)与方程k=eq \f(y-y0,x-x0)不是等价的,前者是整条直线,后者表示一条直线去掉点P(x0,y0).
2.(点斜式)过点P(-1,2),倾斜角为60°的直线的点斜式方程为__________________.
3.(斜截式)已知直线l:y=2-eq \r(3)x,则直线l的斜率是________,在y轴上的截距为________.
4.(斜截式)斜率为2,过点A(0,3)的直线的斜截式方程为______________.
y-2=eq \r(3)(x+1)
-eq \r(3)
【跟踪训练】
1.求分别满足下列条件的直线方程,如果能用点斜式表示的,请用点斜式表示.
(1)过点P(-4,3),斜率k=-3;
(2)经过点(2,-3),倾斜角是直线y=eq \f(\r(3),3)x的倾斜角的2倍;
(3)经过点(-5,2),且平行于y轴;
(4)过P(-2,3),Q(5,-4)两点.
(2)∵直线y=eq \f(\r(3),3)x的斜率为eq \f(\r(3),3),
∴直线y=eq \f(\r(3),3)x的倾斜角为30°.
∴所求直线的倾斜角为60°,故其斜率为eq \r(3).
∴所求直线的方程为y+3=eq \r(3)(x-2).
(3)∵直线平行于y轴,∴直线的斜率不存在,
∴所求直线的方程为x=-5.
(4)过点P(-2,3),Q(5,-4)的直线的斜率kPQ=eq \f(-4-3,5-(-2))=eq \f(-7,7)=-1.
又直线过点P(-2,3),∴由直线的点斜式方程可得,所求直线的方程为y-3=-(x+2).
题型二 求直线的斜截式方程
例2 根据条件写出下列直线的斜截式方程:
(1)斜率为2,在y轴上的截距是5;
(2)倾斜角为eq \f(5π,6),在y轴上的截距是-2;
(3)倾斜角为eq \f(2π,3),与y轴的交点到原点的距离为3.
解 (1)由直线的斜截式方程可知,所求直线的方程为y=2x+5.
(2)由于倾斜角α=eq \f(5π,6),则斜率k=taneq \f(5π,6)=-eq \f(\r(3),3),由斜截式可得所求直线的方程为y=-eq \f(\r(3),3)x-2.
(3)由于直线的倾斜角为eq \f(2π,3),则其斜率k=taneq \f(2π,3)=-eq \r(3).由于直线与y轴的交点到原点的距离为3,则直线在y轴上的截距b=3或b=-3,故所求直线的方程为y=-eq \r(3)x+3或y=-eq \r(3)x-3.
【跟踪训练】
2.(1)写出斜率为-1,在y轴上截距为-2的直线的斜截式方程;
(2)求过点A(6,-4),斜率为-eq \f(4,3)的直线的斜截式方程;
(3)已知直线方程为y-1=-2(x-1),求直线的斜率、在y轴上的截距,以及与y轴交点的坐标.
解:(1)易知k=-1,b=-2,由直线的斜截式方程知,所求直线的方程为y=-x-2.
(2)由于直线斜率k=-eq \f(4,3),且过点A(6,-4),根据直线的点斜式方程得直线方程为y+4=-eq \f(4,3)(x-6),化为斜截式方程为y=-eq \f(4,3)x+4.
(3)直线方程y-1=-2(x-1)可化为y=-2x+3,由直线的斜截式方程知,直线的斜率k=-2,在y轴上的截距b=3,直线与y轴交点的坐标为(0,3).
解 (1)由题意可知,直线l1的斜率k1=-1,直线l2的斜率k2=a2-2.
∵l1∥l2,∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a2-2=-1,,2a≠2,))解得a=-1.
故当a=-1时,直线l1:y=-x+2a与直线l2:y=(a2-2)x+2平行.
(2)由题意可知,直线l1的斜率k1=2a-1,直线l2的斜率k2=4.
∵l1⊥l2,∴4(2a-1)=-1,解得a=eq \f(3,8).
故当a=eq \f(3,8)时,直线l1:y=(2a-1)x+3与直线l2:y=4x-3垂直.
解:由题意可知,直线l1的斜率k1=-a,直线l2的斜率k2=a2-2.
∵l1∥l2,∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a2-2=-a,,2a≠2,))解得a=-2.
∴当a=-2时,直线l1:y=-ax+2a与直线l2:y=(a2-2)x+2平行.
解:由斜率公式得直线l′的斜率k′=eq \f(2-4,-3-(-4))=-2,
①∵l与l′平行,∴直线l的斜率k=-2.
由直线的点斜式方程知y+3=-2(x-2),
∴直线l的方程为y=-2x+1.
②∵l与l′垂直,∴直线l的斜率k=eq \f(1,2).
由直线的点斜式方程知y+3=eq \f(1,2)(x-2),
∴直线l的方程为y=eq \f(1,2)x-4.
(2)已知直线l1:y=-eq \f(3m,8)x+eq \f(10-3m,8)和直线l2:6my=-x+4,问:m为何值时,直线l1与l2平行?m为何值时,直线l1与l2垂直?
解:当m=0时,直线l1:y=eq \f(5,4),直线l2:x=4,直线l1与l2垂直;
当m≠0时,直线l2的方程可化为y=-eq \f(1,6m)x+eq \f(2,3m).
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(-\f(3m,8)=-\f(1,6m),,\f(10-3m,8)≠\f(2,3m),))得m=-eq \f(2,3);而-eq \f(3m,8)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,6m)))=-1无解.
故当m=-eq \f(2,3)时,直线l1与l2平行;
当m=0时,直线l1与l2垂直.
解析:对于A,当m=1时,直线l的斜率为1,所以直线l的倾斜角为45°,故A正确;对于B,当m=0时,直线l的方程为y=1,直线l的斜率存在,且为0,故B错误;对于C,直线l的方程可化为y-1=m(x-0),所以直线l恒过定点(0,1),故C正确;对于D,由题意可得,直线AB的斜率kAB=eq \f(3-2,3-1)=eq \f(1,2),直线l的斜率为m,当m=-2时,因为-2×eq \f(1,2)=-1,所以直线l与直线AB垂直,故D正确.故选ACD.
3.过点(-3,2)且与直线y-1=eq \f(2,3)(x+5)平行的直线的点斜式方程是________________.
解析:∵所求直线与直线y-1=eq \f(2,3)(x+5)平行,∴所求直线的斜率为eq \f(2,3),又所求直线过点(-3,2),∴所求直线的点斜式方程为y-2=eq \f(2,3)(x+3).
y-2=eq \f(2,3)(x+3)
y=eq \f(\r(3),3)x+3
4.已知直线y=-eq \f(\r(3),3)x+5的倾斜角是直线l的倾斜角的大小的5倍.若直线l过点P(3,-4),则直线l的方程为______________________;若直线l在y轴上的截距为3,则直线l的方程为________________.
解析:设直线y=-eq \f(\r(3),3)x+5的倾斜角为α,则直线y=-eq \f(\r(3),3)x+5的斜率k=tanα=-eq \f(\r(3),3),∴α=150°,故所求直线l的倾斜角为30°,斜率k′=eq \f(\r(3),3).过点P(3,-4),由点斜式方程,得y+4=eq \f(\r(3),3)(x-3),即y=eq \f(\r(3),3)x-eq \r(3)-4.直线l在y轴上的截距为3,由斜截式方程得直线l的方程为y=eq \f(\r(3),3)x+3.
y=eq \f(\r(3),3)x-eq \r(3)-4
2.已知直线方程y-3=eq \r(3)(x-4),则这条直线经过的点、倾斜角分别为( )
A.(4,3),60°
B.(-3,-4),30°
C.(4,3),30°
D.(-4,-3),60°
解析:由直线的点斜式方程易知直线过点(4,3),且斜率为eq \r(3),所以倾斜角为60°.
3.经过点(-1,1),且斜率是直线y=eq \f(\r(2),2)x-2的斜率的2倍的直线方程是( )
A.x=-1
B.y=1
C.y-1=eq \r(2)(x+1)
D.y-1=2eq \r(2)(x+1)
解析:∵y=eq \f(\r(2),2)x-2的斜率为eq \f(\r(2),2),∴所求直线的斜率为eq \r(2),又过点(-1,1),∴其直线方程为y-1=eq \r(2)(x+1).
5.(多选)下列四个结论中正确的是( )
A.若直线l过点P(x1,y1),且倾斜角为eq \f(π,2),则其方程为x=x1
B.若直线l过点P(x1,y1),且斜率为0,则其方程为y=y1
C.所有直线都有点斜式和斜截式方程
D.若两条直线y=ax-2与y=(2-a)x+1互相平行,则a=1
6.(多选)对于直线l:x=my+1,下列说法正确的是( )
A.直线l恒过定点(1,0)
B.直线l的斜率必定存在
C.当m=eq \r(3)时,直线l的倾斜角为60°
D.当m=2时,直线l与两坐标轴围成的三角形的面积为eq \f(1,4)
解析:对于直线l:x=my+1,令y=0,则x=1,所以直线l恒过定点(1,0),故A正确;当m=0时,直线l:x=1,斜率不存在,故B错误;当m=eq \r(3)时,直线l:x=eq \r(3)y+1,斜率为eq \f(\r(3),3),此时直线l的倾斜角为30°,故C错误;当m=2时,直线l:x=2y+1,与两坐标轴的交点坐标分别为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,-\f(1,2))),(1,0),所以直线l与两坐标轴围成的三角形的面积为eq \f(1,2)×1×eq \f(1,2)=eq \f(1,4),故D正确.故选AD.
y-5=eq \f(2,3)(x-4)
解析:因为直线m的一个方向向量是d=(3,2),所以直线m的斜率为eq \f(2,3).又直线过点(4,5),所以直线m的点斜式方程为y-5=eq \f(2,3)(x-4).
8.已知直线l与直线y=eq \f(1,2)x+4互相垂直,直线l与直线y=x+6在y轴上的截距相等,则直线l的方程为______________.
解析:因为直线l与直线y=eq \f(1,2)x+4垂直,所以直线l的斜率k=-2.又因为直线y=x+6在y轴上的截距为6,所以直线l在y轴上的截距为6,所以直线l的方程为y=-2x+6.
三、解答题
10.已知点A(1,2)和直线l:y=-eq \f(3,4)x+eq \f(5,4),求:
(1)过点A与直线l平行的直线l1的方程;
(2)过点A与直线l垂直的直线l2的方程.
解:由y=-eq \f(3,4)x+eq \f(5,4),
得直线l的斜率k=-eq \f(3,4).
(1)∵l∥l1,∴直线l1的斜率k1=k=-eq \f(3,4).
∴直线l1的方程为y-2=-eq \f(3,4)(x-1),
即y=-eq \f(3,4)x+eq \f(11,4).
(2)∵l⊥l2,∴k2k=-1,∴k2=eq \f(4,3).
∴直线l2的方程为y-2=eq \f(4,3)(x-1),
即y=eq \f(4,3)x+eq \f(2,3).
12.已知直线l:y=2x-1.若直线l绕着点A(1,1)逆时针旋转eq \f(π,4)与直线l1重合,则l1的斜截式方程是____________;若直线l绕着点A(1,1)顺时针旋转eq \f(π,4)与直线l2重合,则l2的斜截式方程是________________.
解析:设直线l的倾斜角为α,则tanα=2,所以eq \f(π,4)<α<eq \f(π,2),由题意得,直线l1的倾斜角为α+eq \f(π,4),直线l2的倾斜角为α-eq \f(π,4),则taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α+\f(π,4)))=eq \f(tanα+1,1-tanα)=-3,taneq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(α-\f(π,4)))=eq \f(tanα-1,1+tanα)=eq \f(1,3),所以直线l1:y-1=-3(x-1),即y=-3x+4,直线l2:y-1=eq \f(1,3)(x-1),即y=eq \f(1,3)x+eq \f(2,3).
y=eq \f(1,3)x+eq \f(2,3)
13.已知直线l:y=ax-eq \f(a,5)+eq \f(3,5).
(1)求证:不论a为何值,直线l总过第一象限;
(2)当直线l不过第二象限时,求a的取值范围.
解:(1)证明:直线l的方程可化为y-eq \f(3,5)=aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(1,5))),
由点斜式方程可知,直线l的斜率为a,且过定点Aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,5),\f(3,5))),由于点A在第一象限,所以直线l总过第一象限.
(2) 如图,当直线l介于直线AO与AP之间时,直线l不过第二象限,
又kAO=eq \f(\f(3,5)-0,\f(1,5)-0)=3,直线AP的斜率不存在,
所以a的取值范围为[3,+∞).
(2)设函数f(x)=y=kx+2k+1,显然其图象是一条直线(如图所示).
若-3<x<3时,直线l上的点都在x轴上方,
需满足eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(f(-3)≥0,,f(3)≥0,))
即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(-3k+2k+1≥0,,3k+2k+1≥0,))解得-eq \f(1,5)≤k≤1.
所以实数k的取值范围是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(-\f(1,5),1)).
$$