内容正文:
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2.2.2 直线的方程
第1课时 直线的点斜式与斜截式方程
课程标准
素养解读
1.了解直线方程的点斜式的推导过程
2.掌握直线方程的点斜式并会应用
3.掌握直线方程的斜截式,了解截距的概念
通过对直线的点斜式方程的学习,培养逻辑推理、数学运算的数学素养
[情境引入]
笛卡尔出生于法国,毕业于普瓦捷大学,法国著名哲学家、物理学家、数学家,被黑格尔称为“近代哲学之父”.
笛卡尔的思想核心是:把几何学的问题归结成代数形式的问题,用代数学的方法进行计算、证明,从而达到最终解决几何问题的目的.依照这种思想他创立了“解析几何学”.
我们知道给定一点和一个方向可以唯一确定一条直线,这样,在平面直角坐标系中给定一个点P0(x0,y0)和斜率k就能唯一确定一条直线,也就是说这条直线上任意一点坐标(x,y)与点P0的坐标(x0,y0)和斜率k之间的关系是完全确定的,那么这一关系如何表示呢?
[知识梳理]
[知识点一] 直线与方程
一般地,如果直线l上点的坐标都是方程F(x,y)=0的解,而且以方程F(x,y)=0的解为坐标的点都在直线l上,则称F(x,y)=0为直线l的方程,而直线l称为方程F(x,y)=0的直线.此时,为了简单起见,“直线l”也可说成“直线F(x,y)=0”,并且记作l∶F(x,y)=0.
[知识点二] 直线的点斜式方程和斜截式方程
点斜式
斜截式
已知条件
点P(x0,y0)和斜率k
斜率k和直线在y轴上的截距 b
图示
方程形式
y-y0= k(x-x0)
y=kx+b
适用条件
斜率存在
1.直线的点斜式方程能否表示坐标平面上的所有直线呢?
[提示] 不能.有斜率的直线才能写成点斜式方程,凡是垂直于x轴的直线,其方程都不能用点斜式表示.
[知识点三] 直线的截距
当直线l既不是x轴也不是y轴时,若直线l与x轴的交点为(a,0),则称l在x轴上的截距为a,与y轴的交点为(0,b),则称l在y轴上的截距为b.
2.截距是距离吗?为什么?
[提示] 截距是一个实数,它是直线与坐标轴交点的横坐标或纵坐标,可以为正数、负数和0.当直线过原点时,它的横截距和纵截距都为0.
[预习自测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)y轴所在直线方程为y=0.( )
(2)直线y-3=k(x+1)恒过定点(-1,3).( )
(3)直线在y轴上的截距是直线与y轴交点到原点的距离.( )
(4)直线y=kx-b在y轴上的截距为b.( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)×
2.过点P(-2,0),斜率为3的直线的方程是( )
A.y=3x-2
B.y=3x+2
C.y=3(x-2)
D.y=3(x+2)
解析:D [由直线的点斜式方程可知,该直线方程为y-0=3(x+2),即y=3(x+2),选D.]
3.倾斜角为135°,在y轴上的截距为-1的直线方程是( )
A.y=x+1
B.y=x-1
C.y=-x+1
D.y=-x-1
解析:D [由题意知,直线的斜率k=-1,又在y轴上截距为-1,故直线方程为y=-x-1,选D.]
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(2,5),倾斜角为45°;
(2)直线y=x+1绕着其上一点P(3,4)逆时针旋转90°后得直线l,求直线l的点斜式方程;
(3)经过点C(-1,-1),且与x轴平行;
(4)经过点D(1,1),且与x轴垂直.
[解] (1)因为倾斜角为45°,所以斜率k=tan 45°=1,
所以直线的方程为y-5=x-2.
(2)直线y=x+1的斜率k=1,所以倾斜角为45°.
由题意知,直线l的倾斜角为135°,所以直线l的斜率k′=tan 135°=-1.
所以直线的方程为y-4=-(x-3).
(3)由题意知,直线的斜率k=tan 0°=0,
所以直线的点斜式方程为y-(-1)=0,即y=-1.
(4)由题意可知直线的斜率不存在,所以直线的方程为x=1,该直线没有点斜式方程.
利用点斜式求直线方程的方法
(1)用点斜式求直线的方程,首先要确定直线的斜率和其上一个点的坐标.注意在斜率存在的条件下,才能用点斜式表示直线的方程;
(2)已知两点坐标求直线的方程,可以先求斜率,再用点斜式求直线的方程.
[变式训练]
1.根据条件写出下列直线的点斜式方程:
(1)经过点A(2,5),斜率是4;
(2)经过点B(2,3),倾斜角是45°;
(3)经过点C(-1,-1),与x轴平行.
解:(1)由点斜式方程可知,所求直线方程为y-5=4(x-2);
(2)∵直线的斜率k=tan 45°=1,∴直线方程为y-3=x-2;
(3)y=-1.
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150°,在y轴上的截距是-2.
[思路点拨]
eq \x(\a\al(确定直线,的斜率k))→eq \x(\a\al(确定直线在y,轴上的截距b))→eq \x(\a\al(得方程,y=kx+b))
[解] (1)由直线方程的斜截式可知,所求直线的斜截式方程为y=2x+5.
(2)∵倾斜角为150°,∴斜率k=tan 150°=-eq \f(\r(3),3).
由斜截式可得方程为y=-eq \f(\r(3),3)x-2.
斜截式方程的求法
已知直线的斜率与y轴上的截距,可直接写出直线的方程;已知直线的斜截式方程,可得直线的斜率与y轴上的截距.直线的斜截式方程形式简单,特点明显,是运用较多的直线方程的形式之一.
[变式训练]
2.(1)写出直线斜率为-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l的方程为2x+y-1=0,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,故直线的斜截式方程为y=-x-2.
(2)由于直线的斜率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),化成斜截式为y=-eq \f(4,3)x+4.
(3)直线方程2x+y-1=0可化为y=-2x+1,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=1,直线与y轴交点的坐标为(0,1).
直线的点斜式与斜截式方程的灵活应用
[例3] (1)已知直线l的方程为y+1=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(5,2))),若设l的斜率为a,在y轴上的截距为b,则logab的值为( )
A.eq \f(1,2) B.2 C.log26 D.0
(2)已知直线l过点P(-2,0),直线l与坐标轴围成的三角形的面积为10,则直线l的方程为 __________ .
解析:(1)∵直线l的方程为y+1=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x+\f(5,2))),∴直线l的斜率为2,在y轴上的截距为4,即a=2,b=4,∴logab=log24=2,故选B.
(2)设直线l在y轴上的截距为b,则由已知得eq \f(1,2)×|-2|×|b|=10,b=±10.
①当b=10时,直线过点(-2,0),(0,10),斜率k=eq \f(10-0,0--2)=5.
故直线的斜截式方程为y=5x+10.
②当b=-10时,直线过点(-2,0),(0,-10),斜率k=eq \f(-10-0,0--2)=-5.
故直线的斜截式方程为y=-5x-10.
综合①②可知,直线l的方程为y=5x+10或y=-5x-10.
答案:(1)B (2)y=5x+10或y=-5x-10.
1.已知一点的坐标,求过该点的直线方程,可选取点斜式方程,再由其他条件确定直线的斜率.若已知直线的斜率,可选用直线的斜截式,再由其他条件确定直线的一个点或者截距.
2.已知直线的点斜式方程或斜截式方程,可由直线方程的形式对应求得直线的斜率或截距。
[变式训练]
3.求满足下列条件的直线方程.
(1)经过点A(-1,-3),且斜率等于直线y=-eq \f(3,8)x+eq \f(1,8)斜率的2倍;
(2)过点M(0,4),且与两坐标轴围成三角形的周长为12.
解析:(1)因为y=-eq \f(3,8)x+eq \f(1,8).所以直线y=-eq \f(3,8)x+eq \f(1,8)的斜率为-eq \f(3,8),
则所求直线的斜率k=2×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,8)))=-eq \f(3,4).又所求直线经过点(-1,-3),
因此所求直线的方程为y+3=-eq \f(3,4)(x+1),即y=-eq \f(3,4)x-eq \f(15,4).
(2)设直线与x轴的交点为(a,0).
因为点M(0,4)在y轴上,所以由题意有4+eq \r(a2+42)+|a|=12,
解得a=±3.所以所求直线的斜率k=eq \f(4,3)或-eq \f(4,3),则所求直线的方程为y-4=eq \f(4,3)x或y-4=-eq \f(4,3)x,
即y=eq \f(4,3)x+4或y=-eq \f(4,3)x+4.
[当堂达标]
1.已知直线的方程是y+2=-x-1,则( )
A.直线经过点(-1,2),斜率为-1
B.直线经过点(2,-1),斜率为-1
C.直线经过点(-1,-2),斜率为-1
D.直线经过点(-2,-1),斜率为1
解析:C [方程可化为y-(-2)=-[x-(-1)],所以直线过点(-1,-2),斜率为-1.选C.]
2.已知直线l的方程为y+eq \f(27,4)=eq \f(9,4)(x-1),则l在y轴上的截距为( )
A.9 B.-9 C.eq \f(27,4) D.-eq \f(27,4)
解析:B [由y+eq \f(27,4)=eq \f(9,4)(x-1),得y=eq \f(9,4)x-9,
∴l在y轴上的截距为-9.]
3.已知直线l过点P(2,1),且斜率为-1,则l的点斜式方程为 ________ .
解析:直线l的斜率k=-1,又过点P(2,1),所以l点斜式方程为y-1=-(x-2).
答案:y-1=-(x-2)
4.直线l经过点P(3,4),它的倾斜角是直线y=eq \r(3)x+eq \r(3)的倾斜角的2倍,求直线l的点斜式方程.
解:直线y=eq \r(3)x+eq \r(3)的斜率k=eq \r(3),
则其倾斜角α=60°,所以直线l的倾斜角为120°.
以直线l的斜率为k′=tan 120°=-eq \r(3).
所以直线l的点斜式方程为y-4=-eq \r(3)(x-3).
$$