内容正文:
直线和圆的方程
阶段复习提升课
第二章
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课时梯级训练(22)
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直线与方程
考点一 直线的倾斜角与斜率
求直线的倾斜角与斜率的注意点
(1)求直线的倾斜角,关键是依据平面几何的知识判断直线向上的方向与x轴正方向之间所成的角,同时应明确倾斜角的范围.
(2)计算斜率、由斜率求值时都要注意斜率不存在的情况,如果不确定,则分情况讨论.
[练1] 若过点P(1-a,1+a)和Q(3,2a)的直线的倾斜角为钝角,则实数a的取值范围是( )
A.(-2,1)
B.(-1,2)
C.(-∞,0)
D.(-∞,-2)∪(1,+∞)
由题意知 eq \f(2a-1-a,3-1+a)<0,即 eq \f(a-1,2+a)<0,解得-2<a<1.
[练2] (2025·贵阳月考)已知直线l:mx-y-1=0,若直线l与连接A(1,-2),B(2,1)两点的线段总有公共点,则直线l的倾斜角范围为( )
A.[- eq \f(π,4), eq \f(π,4)]
B. [ eq \f(3π,4),π)
C.[ eq \f(π,4), eq \f(3π,4)]
D.[0, eq \f(π,4)]∪[ eq \f(3π,4),π)
由直线l的方程可得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=0,,y=-1,))所以,直线l过定点P(0,-1),
设直线l的斜率为k,直线l的倾斜角为α,则0≤α<π,
因为直线PA的斜率为 eq \f(-1-(-2),0-1)=-1,直线PB的斜率为 eq \f(-1-1,0-2)=1,
因为直线l经过点P(0,-1),且与线段AB总有公共点,
所以-1≤k≤1,即-1≤tan α≤1,因为0≤α<π,所以0≤α≤ eq \f(π,4)或 eq \f(3π,4)≤α<π,
故直线l的倾斜角的取值范围是[0, eq \f(π,4)]∪[ eq \f(3π,4),π).故选D.
考点二 直线的方程
求直线方程的方法
(1)直接法:根据已知条件,选择适当的直线方程形式,直接写出直线方程.
(2)待定系数法:先设出直线方程,再根据已知条件求出待定系数,最后代入求出直线方程.
[例1] (2025·莆田高二月考)已知直线l过点A(4,1).
(1)若直线l在x轴上的截距是在y轴上的截距的 eq \f(1,2),求直线l的方程;
(2)已知△ABC的一个顶点为A,AB边上的中线CM所在的直线方程为x-2y+2=0,AC边上的高BH所在的直线方程为2x+3y-2=0.求BC所在直线的方程.
(1)当直线在两坐标轴上的截距为0时,设直线l的方程为y=kx,k≠0,将A(4,1)代入得,4k=1,解得k= eq \f(1,4),故直线l的方程为y= eq \f(1,4)x;
当截距不为0时,因为直线l在x轴上的截距是在y轴上的截距的 eq \f(1,2),所以设直线l的方程为 eq \f(x,a)+ eq \f(y,2a)=1.
将A(4,1)代入得 eq \f(4,a)+ eq \f(1,2a)=1,解得a= eq \f(9,2),故直线l的方程为2x+y-9=0,
所以直线l的方程为y= eq \f(1,4)x或2x+y-9=0.
(2)因为AC⊥BH,高BH所在的直线方程为2x+3y-2=0,
所以设直线AC的方程为3x-2y+t=0,
将A(4,1)代入3x-2y+t=0得,12-2+t=0,解得t=-10,
故直线AC的方程为3x-2y-10=0,
联立 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x-2y+2=0,,3x-2y-10=0,))解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=6,,y=4,))故C(6,4),
设B(m,n),因为A(4,1),则AB的中点M( eq \f(m+4,2), eq \f(n+1,2)),
M( eq \f(m+4,2), eq \f(n+1,2))在直线x-2y+2=0上,故 eq \f(m+4,2)-2× eq \f(n+1,2)+2=0 ①,
又B(m,n)在直线2x+3y-2=0上,故2m+3n-2=0 ②,
联立①②得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m=-2,,n=2,))故B(-2,2),
BC所在直线的方程为 eq \f(y-4,2-4)= eq \f(x-6,-2-6),即x-4y+10=0.
[练3] 已知点M是直线l:2x-y-4=0与x轴的交点,将直线l绕点M按逆时针方向旋转45°,得到的直线方程是( )
A.x+y-3=0
B. x-3y-2=0
C.3x-y+6=0
D.3x+y-6=0
设直线l的倾斜角为α,则tan α=k=2,易知α为锐角,故
直线l绕点M按逆时针方向旋转45°,所得直线的斜率k′=tan (α+ eq \f(π,4))= eq \f(2+1,1-2×1)=-3,又点M(2,0),
所以y=-3(x-2),即3x+y-6=0.
[练4] 经过直线l1:x+y=2,l2:2x-y=1的交点,且直线的一个方向向量v=(-3,2)的直线方程为________________.
答案:2x+3y-5=0
联立 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x+y=2,,2x-y=1,))解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=1,,y=1,))∴直线过点(1,1),∵直线的方向向量v=(-3,2),
∴直线的斜率k=- eq \f(2,3).则直线的方程为y-1=- eq \f(2,3)(x-1),即2x+3y-5=0.
考点三 两条直线的平行与垂直
方程
形式
l1:y=k1x+B1;
l2:y=k2x+B2
l1:A1x+B1y+C1=0;
l2:A2x+B2y+C2=0
(A1,B1不同时为0,A2,B2不同时为0)
平行
l1∥l2⇔k1= k2,B1≠B2
l1∥l2⇔A1B2-A2B1=0且C1B2-C2B1≠0或A1B2-A2B1=0且A1C2-A2C1≠0
垂直
l1⊥l2⇔k1k2=-1
l1⊥l2⇔A1A2+B1B2=0
(1)用斜率之间的关系求参数值时,一般要对参数进行讨论.
(2)牢记各类距离的公式并能直接应用,解决距离问题时,往往将代数运算与几何图形的直观分析相结合.
[例2] 已知两条直线l1:ax-by+4=0;l2:(a-1)x+y+b=0,求分别满足下列条件的a,b的值.
(1)直线l1过点(-3,-1),并且直线l1与直线l2垂直;
(2)直线l1与直线l2平行,并且坐标原点到l1,l2的距离相等.
(1)因为l1⊥l2,所以a(a-1)+(-b)·1=0,
即a2-a-b=0. ①
又点(-3,-1)在l1上,所以-3a+b+4=0. ②
由①②解得a=2,b=2.
(2)因为l1∥l2且l2的斜率为1-a,
所以l1的斜率也存在, eq \f(a,b)=1-a,即b= eq \f(a,1-a).
故l1和l2的方程可分别表示为
l1:(a-1)x+y+ eq \f(4(a-1),a)=0,l2:(a-1)x+y+ eq \f(a,1-a)=0.
因为原点到l1与l2的距离相等,
所以4| eq \f(a-1,a)|=| eq \f(a,1-a)|,解得a=2或a= eq \f(2,3).
因此 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=2,,b=-2))或 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=\f(2,3),,b=2.))
[练5] 已知直线l1的方程为x+ay-2=0,直线l2的方程为2x-y+1=0,若l1⊥l2,则直线l1与l2的交点坐标为( )
A.(- eq \f(4,3),- eq \f(5,3))
B.(0,1)
C.(2,5)
D.( eq \f(3,4), eq \f(5,2))
因为直线l1的方程为x+ay-2=0,直线l2的方程为2x-y+1=0,且l1⊥l2,所以2-a=0,解得a=2,所以直线l1的方程为x+2y-2=0,由 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x+2y-2=0,,2x-y+1=0,))解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=0,,y=1,))所以直线l1与l2的交点坐标为(0,1).故选B.
考点四 两直线相交与距离问题
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.利用距离公式应注意:(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)两平行线间的距离公式要把两直线方程中x,y的系数化为相等.
[例3] 已知正方形的中心为(0,-1),其中一条边所在直线的方程为3x+y-2=0.求其他三条边所在直线的方程.
设已知边的对边的方程为3x+y+D=0(D≠-2),
则 eq \f(|-1+D|,\r(12+32))= eq \f(|-1-2|,\r(12+32)),解得D=4或D=-2(舍去),
所以已知边的对边的方程为3x+y+4=0;
设另外两边为x-3y+E=0,则 eq \f(|3+E|,\r(12+32))= eq \f(|-1-2|,\r(12+32)),
解得E=0或E=-6,所以另外两边的方程分别为x-3y=0或x-3y-6=0.
所以其他三边所在直线的方程分别为3x+y+4=0,x-3y=0,x-3y-6=0.
[练6] (2025·海南期中)在平面直角坐标系xOy中,原点O到直线l1:x-2y+4=0与l2:3x+y-9=0的交点的距离为( )
A. eq \r(10) B. 2 eq \r(3) C. eq \r(13)
D. eq \r(15)
由 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x-2y+4=0,,3x+y-9=0))解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=2,,y=3,))所以交点坐标为(2,3),则原点O到交点的距离为 eq \r((2-0)2+(3-0)2)= eq \r(13).故选C.
考点五 对称问题
考法1 中心对称问题
(1)若点P(x,y)关于Q(a,b)的对称点为P′(x′,y′),则 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x′=2a-x,,y′=2b-y.))
(2)直线关于点的对称问题可转化为点关于点的对称问题来解决.
[例4] (1)直线x-2y-3=0关于定点M(-2,1)对称的直线方程是________________________________.
(2)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:(1)x-2y+11=0 (2)x+4y-4=0
(1)设所求直线上任一点(x,y),则点(x,y)关于M(-2,1)的对称点为(-4-x,2-y)在已知直线上,∴所求直线方程为(-4-x)-2(2-y)-3=0,即x-2y+11=0.
(2)设l1与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l2上,代入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,所以直线l的方程为x+4y-4=0.
考法2 轴对称问题
1.若点A(a,b)关于直线Ax+By+C=0(B≠0)的对称点为A′(m,n),则有 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(n-b,m-a)×(-\f(A,B))=-1,,A·\f(a+m,2)+B·\f(b+n,2)+C=0.))
2.直线关于直线的对称问题可转化为点关于直线的对称问题来解决.
[例5] (1)已知点A的坐标为(-4,4),直线l的方程为3x+y-2=0,则点A关于直线l的对称点A′的坐标为________________.
(2)直线2x-y+3=0关于直线x-y+2=0对称的直线方程是_____.
答案:(1)(2,6) (2)x-2y+3=0
(1)设点A′的坐标为(x,y),由题意可知 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(y-4,x+4)=\f(1,3),,3×\f(x-4,2)+\f(y+4,2)-2=0,))
解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=2,,y=6,))所以点A′的坐标为(2,6).
(2)设所求直线上任意一点P(x,y),点P关于x-y+2=0的对称点为P′(x0,y0),由 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(x+x0,2)-\f(y+y0,2)+2=0,,x-x0=-(y-y0),))得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x0=y-2,,y0=x+2.))因为点P′(x0,y0)在直线2x-y+3=0上,所以2(y-2)-(x+2)+3=0,即所求直线方程为x-2y+3=0.
[练7] 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)
由题知直线l1过定点(4,0),则由条件可知,直线l2所过定点关于(2,1)对称的点为(4,0),故可知直线l2所过定点为(0,2).故选B.
[练8] (2025·山西省实验中学段考)如图,已知点A(8,0),B(0,-4),从点P(3,0)射出的光线经直线AB反射后再射到直线OB上,最后经直线OB反射后又回到点P,则光线所经过的路程是______________.
答案:4 eq \r(5)
直线AB的方程为 eq \f(x,8)+ eq \f(y,-4)=1,即x-2y-8=0,
设点P(3,0)关于直线AB的对称点为P1(a,b),
则 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(b,a-3)=-2,,\f(a+3,2)-2·\f(b,2)-8=0,))解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=5,,b=-4,))即P1(5,-4).
又点P(3,0)关于y轴的对称点为P2(-3,0),
由光的反射规律以及几何关系可知,光线所经过的路程长|P1P2|= eq \r((5+3)2+(-4)2)=4 eq \r(5).
$$