内容正文:
第2节 两条直线的位置关系
1.能根据斜率公式判定两条直线平行或垂直,能用解方程组的方法求两条直线的交点坐标.
2.掌握平面上两点间的距离公式、点到直线的距离公式,会求两条平行线间的距离.
[对应学生用书P38]
一、两条直线的位置关系
斜截式
一般式
方程
y=k1x+b1,
y=k2x+b2
A1x+B1y+C1=0(A+B≠0),
A2x+B2y+C2=0(A+B≠0)
相交
k1≠k2
A1B2-A2B1≠0
垂直
k1k2=-1
A1A2+B1B2=0
平行
k1=k2
且b1≠b2
或
重合
k1=k2
且b1=b2
A1B2-A2B1=B1C2-B2C1=A1C2-A2C1=0
谨防2个易错点
(1)两条直线平行时,不要忘记它们的斜率有可能不存在的情况.
(2)两条直线垂直时,不要忘记一条直线的斜率不存在,另一条直线的斜率为零的情况.
二、距离公式
1.两点间的距离公式
平面上任意两点P1(x1,y1),P2(x2,y2)间的距离|P1P2|=.
特别地,原点O(0,0)与任一点P(x,y)间的距离|OP|=.
2.点到直线的距离公式
平面上任意一点P0(x0,y0)到直线l:Ax+By+C=0的距离d=.
3.两条平行线间的距离公式
一般地,两条平行直线l1:Ax+By+C1=0.l2:Ax+By+C2=0(C1≠C2)间的距离d=.
1.六种常用对称关系:
(1)点(x,y)关于原点(0,0)的对称点为(-x,-y).
(2)点(x,y)关于x轴的对称点为(x,-y),关于y轴的对称点为(-x,y).
(3)点(x,y)关于直线y=x的对称点为(y,x),关于直线y=-x的对称点为(-y,-x).
(4)点(x,y)关于直线x=a的对称点为(2a-x,y),关于直线y=b的对称点为(x,2b-y).
(5)点(x,y)关于点(a,b)的对称点为(2a-x,2b-y).
(6)点(x,y)关于直线x+y=k的对称点为(k-y,k-x),关于直线x-y=k的对称点为(k+y,x-k).
2.直线系方程:
(1)过定点(x0,y0)的直线系:y-y0=k(x-x0).
(2)与Ax+By+C=0平行的直线系:Ax+By+λ=0.
(3)与Ax+By+C=0垂直的直线系:Bx-Ay+λ=0.
(4)交点直线系:A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2)=0.
一、教材典题改编
1.(人教A版选择性必修第一册P67T8改编)已知直线l过点(0,3),且与直线x+y+1=0垂直,则直线l的方程是( )
A.x+y-2=0 B.x-y+2=0
C.x+y-3=0 D.x-y+3=0
答案:D
2.(人教A版选择性必修第一册P102T2改编)若直线2x+my+1=0与直线3x+6y-1=0平行,则m等于( )
A.4 B.-4 C.1 D.-1
A 解析:因为直线2x+my+1=0与直线3x+6y-1=0平行,所以=≠,解得m=4.
3.(苏教版选择性必修第一册P27T2)以点A(-1,1),B(2,-1),C(1,4)为顶点的三角形是( )
A.锐角三角形 B.直角三角形
C.钝角三角形 D.等边三角形
B 解析:易知kAB==-,kAC==,kAB=-,故△ABC是直角三角形.
4.(人教A版选择性必修第一册P77T3)已知点P(-1,2)到直线l:4x-3y+C=0的距离为1,则实数C的值为 .
答案:5或15
5.(苏教版选择性必修第一册P32T3改编)若三条直线y=2x,x+y=3,mx+2y+5=0相交于同一点,则m的值为 .
答案:-9 解析:由得所以点(1,2)满足方程mx+2y+5=0,即m×1+2×2+5=0,所以m=-9.
二、易误易混澄清
1.(使用平行线间的距离公式忽略系数相等)平行线3x+4y-9=0和6x+8y+2=0之间的距离是( )
A. B.2
C. D.
B 解析:依题意得,所求的距离等于=2.
2.(已知两直线平行求参数值未验证重合的情况)已知直线ax+3y+1=0与x+(a-2)y+a=0平行,则a的值为 .
答案:3 解析:令3×1=a(a-2),解得a=-1或a=3.当a=-1时,两直线重合,故舍去,故a=3.
[对应学生用书P39]
考点一 两条直线的位置关系
[例1] 已知两直线l1:(m+3)x+5y=5-3m,l2:2x+(m+6)y=8,当m为何值时,l1与l2:
(1)相交;(2)平行;(3)重合;(4)垂直.
解:(1)当直线l2斜率不存在,即m=-6时,直线l1的方程为-3x+5y=23,l2的方程为x=4,显然两直线相交;
当直线l2斜率存在,即m≠-6时,由-≠-,解得m≠-1,m≠-8.
综上可知,当m≠-1且m≠-8时,直线l1与l2相交.
(2)由(1)知当m=-6时,直线l1与l2相交.
当m≠-6时,由=≠,得m=-1(舍去)或m=-8,所以当m=-8时,直线l1与l2平行.
(3)由==,得m=-1,所以当m=-1时,直线l1与l2重合.
(4)由 2(m+3)+5(m+6)=0得m=-,所以当m=-时,直线l1与l2垂直.
两直线位置关系的解题思路
(1)当含参数的直线方程为一般式时,若要表示出直线的斜率,不仅要考虑到斜率存在的一般情况,也要考虑到斜率不存在的特殊情况,同时还要注意x,y的系数不能同时为零这一隐含条件.
(2)在判断两直线的平行、垂直时,也可直接利用直线方程系数间的关系得出结论,同时验证结论的正确性.
训练1 (1)“m=3”是“直线l1:2(m+1)x+(m-3)y+7-5m=0与直线l2:(m-3)x+2y-5=0垂直”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
A 解析:由l1⊥l2得,2(m+1)(m-3)+2(m-3)=0,解得m=3或m=-2,即m=3是l1⊥l2的充分不必要条件.
(2)若直线x+(1+m)y-2=0与直线mx+2y+4=0平行,则实数m的值为( )
A.1 B.-2
C.1或-2 D.-
A 解析:由题意可知2-m(1+m)=0,解得m=-2或m=1.经检验,当m=-2时,两直线重合,不符合题意,舍去;当m=1时,符合题意.故实数m的值为1.
(3)若直线y=-2x+4与直线y=kx的交点在直线y=x+2上,则实数k=( )
A.4 B.2
C. D.
A 解析:解方程组得直线y=-2x+4与直线y=x+2的交点为(,).依题意,=k,解得k=4,所以实数k=4.
考点二 两直线的交点与距离问题
[例2] 经过两直线l1:2x-y+3=0与l2:x+2y-1=0的交点,且平行于直线3x+2y+7=0的直线方程是( )
A.2x-3y+5=0
B.2x+3y-1=0
C.3x+2y-2=0
D.3x+2y+1=0
D 解析:方法一 由解得所以直线l1与l2的交点为(-1,1),设与直线3x+2y+7=0平行的直线为3x+2y+m=0(m≠7),所以3×(-1)+2×1+m=0,解得m=1,所求直线方程为3x+2y+1=0.
方法二 设所求直线方程为2x-y+3+λ(x+2y-1)=0,即(λ+2)x+(2λ-1)y+3-λ=0.又该直线与3x+2y+7=0平行,故(λ+2)·2-3·(2λ-1)=0,解得λ=,故所求直线方程为(+2)x+(-1)y+3-=0,即3x+2y+1=0.
1.求过两直线交点的直线方程的方法
先求出两直线的交点坐标,再结合其他条件写出直线方程.
2.利用距离公式的注意点
(1)点P(x0,y0)到直线x=a的距离d=|x0-a|,到直线y=b的距离d=|y0-b|;
(2)应用两平行线间的距离公式要把两直线方程中x,y的系数化成相同的数值.
训练2 (1)(2025·咸阳模拟)已知直线l1:2x-y+1=0,l2:x+ay-1=0,且l1⊥l2,则点P(1,2)到直线l2的距离d=( )
A. B.
C. D.
D 解析:由l1⊥l2,可得2×1-1×a=0,解得a=2,故d==.
(2)若点(m,n)在直线l:3x+4y-13=0上,则(m-1)2+n2的最小值为( )
A.3 B.4
C.2 D.6
B 解析:由(m-1)2+n2的几何意义为点(m,n)到点(1,0)的距离的平方,得其最小值为点(1,0)到直线l:3x+4y-13=0的距离的平方,即d2=()2=4.
直线系方程
过直线l1:A1x+B1y+C1=0与l2:A2x+B2y+C2=0的交点的直线系方程为A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2)=0,λ∈R,但不包括直线l2.
[例] (1)过两直线l1:x-3y+4=0和l2:2x+y+5=0的交点和原点的直线方程为( )
A.3x-19y=0 B.19x-3y=0
C.19x+3y=0 D.3x+19y=0
(2)若两条平行直线3x-2y-1=0,6x+ay+c=0之间的距离为,则c的值是 .
答案:(1)D (2)2或-6 解析:(1)设过两直线交点的直线系方程为x-3y+4+λ(2x+y+5)=0,代入原点坐标,得4+5λ=0,解得λ=-,故所求直线方程为x-3y+4-(2x+y+5)=0,即3x+19y=0.
(2)由题意得=≠,∴a=-4,c≠-2,则6x+ay+c=0可化为3x-2y+=0.由两平行线间的距离公式得=,即|+1|=2,解得c=2或c=-6.
考点三 对称问题
考向1 中心对称问题
[例3] 过点P(0,1)作直线l使它被直线l1:2x+y-8=0和l2:x-3y+10=0截得的线段被点P平分,则直线l的方程为 .
答案:x+4y-4=0 解析:设直线l1与直线l的交点为A(a,8-2a),则由题意知,点A关于点P的对称点B(-a,2a-6)在直线l2上,把B点坐标代入直线l2的方程得-a-3(2a-6)+10=0,解得a=4,即点A(4,0)在直线l上,所以由截距式得直线l的方程为x+4y-4=0.
若点M(x1,y1)和点N(x,y)关于点P(a,b)对称,则由中点坐标公式得进而求解.
考向2 轴对称问题
[例4] 已知A(0,2),B(3,-1),点P为x轴上一动点,则|PA|-|PB|的最大值是( )
A. B.3
C.2 D.
A 解析:设点A关于x轴的对称点为C(0,-2),kBC==,直线BC的方程为y=x-2.令y=0,得x=6,所以直线BC与x轴交点为Q(6,0),
|PA|-|PB|=|PC|-|PB|≤|CB|==,当且仅当P是直线BC与x轴交点Q时,等号成立.
轴对称问题的两个类型及求解方法
(1)点关于直线的对称:若两点P1(x1,y1)与P2(x2,y2)关于直线l:Ax+By+C=0对称,则可得(其中B≠0,x1≠x2).
(2)直线关于直线的对称:一般转化为点关于直线的对称来解决,有两种情况:一是已知直线与对称轴相交;二是已知直线与对称轴平行.
训练3 (1)若直线l1:y=k(x-4)与直线l2关于点(2,1)对称,则直线l2过定点( )
A.(0,4) B.(0,2)
C.(-2,4) D.(4,-2)
B 解析:由题知直线l1过定点(4,0),则由条件可知,直线l2所过的定点关于(2,1)对称的点为(4,0),故可知直线l2所过的定点为(0,2).
(2)已知直线y=2x是△ABC中∠C的平分线所在的直线,若点A,B的坐标分别是(-4,2),(3,1),则点C的坐标为( )
A.(-2,4) B.(-2,-4)
C.(2,4) D.(2,-4)
C 解析:设点A(-4,2)关于直线y=2x的对称点为(x,y),则解得故BC所在直线的方程为y-1=·(x-3),即3x+y-10=0.联立解得则点C的坐标为(2,4).
(3)已知入射光线经过点M(-3,4),被直线l:x-y+3=0反射,反射光线经过点N(2,6),则反射光线所在直线的方程为 .
答案:6x-y-6=0 解析:设点M(-3,4)关于直线l:x-y+3=0的对称点为M′(a,b),则反射光线所在的直线过点M′,所以解得a=1,b=0.又反射光线经过点N(2,6),所以所求直线的方程为=,即6x-y-6=0.
[课时训练(11)见P174]
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