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文档介绍
【数学】2020届一轮复习新课改省份专用版8-2两条直线的位置关系学案
第二节两条直线的位置关系 1.两条直线平行与垂直的判定 (1)两条直线平行: ①对于两条不重合的直线l1,l2,若其斜率分别为k1,k2,则有l1∥l2⇔k1=k2. ②当直线l1,l2不重合且斜率都不存在时,l1∥l2. (2)两条直线垂直: ①如果两条直线l1,l2的斜率存在,设为k1,k2,则有l1⊥l2⇔k1·k2=-1. ②当其中一条直线的斜率不存在,而另一条直线的斜率为0时,l1⊥l2. 2.两条直线的交点的求法 直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,则l1与l2的交点坐标就是方程组的解. 3.三种距离公式 (1)P1(x1,y1),P2(x2,y2)两点之间的距离:|P1P2|=. (2)点P0(x0,y0)到直线l:Ax+By+C=0的距离:d=. (3)平行线Ax+By+C1=0与Ax+By+C2=0间距离:d= . [熟记常用结论] 1.过定点P(x0,y0)的直线系方程:A(x-x0)+B(y-y0)=0(A2+B2≠0),还可以表示为y-y0=k(x-x0)和x=x0. 2.平行于直线Ax+By+C=0的直线系方程:Ax+By+λ=0(λ≠C). 3.垂直于直线Ax+By+C=0的直线系方程:Bx-Ay+λ=0. 4.过两条已知直线A1x+B1y+C1=0,A2x+B2y+C2=0交点的直线系方程:A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2)=0(不包括直线A2x+B2y+C2=0)和A2x+B2y+C2=0. 5.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). 6.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). 7.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). 8.点(x,y)关于点(a,b)的对称点为(2a-x,2b-y). 9.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). [小题查验基础] 一、判断题(对的打“√”,错的打“×”) (1)当直线l1和l2斜率都存在时,一定有k1=k2⇒l1∥l2.( ) (2)如果直线l1与l2垂直,则它们的斜率之积一定等于-1.( ) (3)若两直线方程组成的方程组有唯一解,则两直线相交.( ) (4)点P(x0,y0)到直线y=kx+b的距离为.( ) (5)两平行直线2x-y+1=0,4x-2y+1=0间的距离是0.( ) 答案:(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× 二、选填题 1.两条直线l1:2x+y-1=0和l2:x-2y+4=0的交点为( ) A. B. C. D. 解析:选B 解方程组得 所以两直线的交点为. 2.若直线ax+2y-1=0与直线2x-3y-1=0垂直,则a的值为( ) A.-3 B.- C.2 D.3 解析:选D 直线ax+2y-1=0的斜率k1=-,直线2x-3y-1=0的斜率k2=,因为两直线垂直,所以-×=-1,解得a=3. 3.已知直线l1:x+y+1=0,l2:x+y-1=0,则l1,l2之间的距离为( ) A.1 B. C. D.2 解析:选B 由题意可知l1与l2平行,故l1与l2之间的距离d==,故选B. 4.已知点(a,2)(a>0)到直线l:x-y+3=0的距离为1,则a=________. 解析:由题意得,=1, ∴|a+1|=,∵a>0,∴a=-1. 答案:-1 5.已知坐标平面内两点A(x,-x)和B,那么这两点之间距离的最小值是________. 解析:由题意可得两点间的距离d== ≥,即最小值为. 答案: [典例精析] (1)已知直线l1:(k-3)x+(4-k)y+1=0与l2:2(k-3)x-2y+3=0平行,则k的值是( ) A.1或3 B.1或5 C.3或5 D.1或2 (2)已知直线l1:mx+y+4=0和直线l2:(m+2)x-ny+1=0(m>0,n>0)互相垂直,则的取值范围为________. [解析] (1)由两直线平行得,当k-3=0时,两直线的方程分别为y=-1和y=,显然两直线平行.当k-3≠0时,由=≠,可得k=5.综上,k的值是3或5. (2)因为l1⊥l2,所以m(m+2)+1×(-n)=0,得n=m2+2m,因为m>0,所以==,则0<<,故的取值范围为. [答案] (1)C (2) [解题技法] 1.已知两直线的斜率存在,判断两直线平行或垂直的方法 (1)两直线平行⇔两直线的斜率相等且在坐标轴上的截距不等; (2)两直线垂直⇔两直线的斜率之积等于-1. [提醒] 当直线斜率不确定时,要注意斜率不存在的情况. 2.由一般式确定两直线位置关系的方法 直线方程 l1:A1x+B1y+C1=0(A+B≠0) l2:A2x+B2y+C2=0(A+B≠0) l1与l2平行的充要条件 =≠(A2B2C2≠0) l1与l2垂直的充要条件 A1A2+B1B2=0 l1与l2相交的充要条件 ≠(A2B2≠0) l1与l2重合的充要条件 ==(A2B2C2≠0) [提醒] 在判断两直线的位置关系时,比例式与,的关系容易记住,在解答选择题、填空题时,建议多用比例式来解答. [过关训练] 1.设不同直线l1:2x-my-1=0,l2:(m-1)x-y+1=0,则“m=2”是“l1∥l2”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 解析:选C 当m=2时,易知两直线平行,即充分性成立. 当l1∥l2时,显然m≠0,从而有=m-1, 解得m=2或m=-1,但当m=-1时,两直线重合,不符合要求,故必要性成立,故选C. 2.已知直线4x+my-6=0与直线5x-2y+n=0垂直,垂足为(t,1),则n的值为( ) A.7 B.9 C.11 D.-7 解析:选A 由直线4x+my-6=0与直线5x-2y+n=0垂直得,20-2m=0,即m=10.直线4x+10y-6=0过点(t,1),所以4t+10-6=0,即t=-1.点(-1,1)又在直线5x-2y+n=0上,所以-5-2+n=0,即n=7. [典例精析] (1)已知直线y=kx+2k+1与直线y=-x+2的交点位于第一象限,则实数k的取值范围是________. (2)若P,Q分别为直线3x+4y-12=0与6x+8y+5=0上任意一点,则|PQ|的最小值为________. [解析] (1)由方程组解得 ∴交点坐标为. 又∵交点位于第一象限,∴ 解得-<k<. (2)因为=≠,所以两直线平行, 将直线3x+4y-12=0化为6x+8y-24=0, 由题意可知|PQ|的最小值为这两条平行直线间的距离, 即=,所以|PQ|的最小值为. [答案] (1) (2) [解题技法] 距离问题的常见题型及解题策略 (1)求两点间的距离关键是确定两点的坐标,然后代入公式即可,一般用来判断三角形的形状等. (2)解决与点到直线的距离有关的问题应熟记点到直线的距离公式,若已知点到直线的距离求直线方程,一般考虑待定斜率法,此时必须讨论斜率是否存在. (3)求两条平行线间的距离要先将直线方程中x,y的对应项系数转化成相等的形式,再利用距离公式求解.也可以转化成点到直线的距离问题. [过关训练] 1.(2019·太原模拟)若直线y=2x,x+y=3,mx+ny+5=0相交于同一点,则点(m,n)与原点之间的距离的最小值为( ) A. B. C.2 D.2 解析:选A 由解得x=1,y=2.把(1,2)代入mx+ny+5=0,可得m+2n+5=0,∴m=-5-2n.∴点(m,n)与原点之间的距离d===≥,当n=-2,m=-1时取等号.∴点(m,n)与原点之间的距离的最小值为,故选A. 2.(2019·厦门模拟)若两平行直线3x-2y-1=0,6x+ay+c=0之间的距离为,则实数c的值是________. 解析:依题意知,=≠,解得a=-4,c≠-2,即直线6x+ay+c=0可化为3x-2y+=0,又两平行线之间的距离为,所以=,解得c=2或-6. 答案:2或-6 3.已知A(4,-3),B(2,-1)和直线l:4x+3y-2=0,若在坐标平面内存在一点P,使|PA|=|PB|,且点P到直线l的距离为2,则P点坐标为______________________. 解析:设点P的坐标为(a,b). ∵A(4,-3),B(2,-1), ∴线段AB的中点M的坐标为(3,-2). 而AB所在直线的斜率kAB==-1, ∴线段AB的垂直平分线方程为y+2=x-3, 即x-y-5=0. ∵点P(a,b)在直线x-y-5=0上, ∴a-b-5=0.① 又点P(a,b)到直线l:4x+3y-2=0的距离为2, ∴=2,即4a+3b-2=±10,② 由①②联立解得或 ∴所求点P的坐标为(1,-4)或. 答案:(1,-4)或 [考法全析] 考法(一) 点关于点的对称 [例1] 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____________________. [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, 所以由两点式得直线l的方程为x+4y-4=0. [答案] x+4y-4=0 点关于点对称的求解方法 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. 考法(二) 点关于线的对称 [例2] (2019·银川月考)点P(2,5)关于x+y+1=0对称的点的坐标为( ) A.(6,3) B.(3,-6) C.(-6,-3) D.(-6,3) [解析] 设点P(2,5)关于x+y+1=0的对称点为Q(a,b),则解得即P(2,5)关于x+y+1=0对称的点的坐标为(-6,-3).故选C. [答案] C 点关于直线对称的解题方法 若两点P1(x1,y1)与P2(x2,y2)关于直线l:Ax+By+C=0对称,则由方程组可得到点P1关于直线l对称的点P2的坐标(x2,y2)(其中B≠0,x1≠x2). 考法(三) 线关于点的对称 [例3] 已知直线l:2x-3y+1=0,点A(-1,-2),则直线l关于点A对称的直线m的方程为________________. [解析] 在直线l上取两点B(1,1),C(10,7),B,C两点关于点A的对称点为B′(-3,-5),C′(-12,-11),所以直线m的方程为=,即2x-3y-9=0. [答案] 2x-3y-9=0 1.线关于点对称的求解方法 (1)在已知直线上取两点,利用中点坐标公式求出它们关于已知点对称的两点坐标,再由两点式求出直线方程; (2)求出一个对称点,再利用两对称直线平行,由点斜式得到所求直线方程. 2.线关于点对称的实质 “线关于点的对称”其实质就是“点关于点的对称”,只要在直线上取两个点,求出其对称点的坐标即可,可统称为“中心对称”. [过关训练] 1.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) 解析:选C 设A(-4,2)关于直线y=2x的对称点为(x,y),则解得∴BC所在直线方程为y-1=(x-3),即3x+y-10=0.联立解得则C(2,4). 2.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________. 解析:设点M(-3,4)关于直线l:x-y+3=0的对称点为M′(a,b),则反射光线所在直线过点M′, 所以 解得即M′(1,0). 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. 答案:6x-y-6=0 3.设A,B是x轴上的两点,点P的横坐标为3,且|PA|=|PB|,若直线PA的方程为x-y+1=0,则直线PB的方程是________________. 解析:由|PA|=|PB|知点P在AB的垂直平分线上.由点P的横坐标为3,且PA的方程为x-y+1=0,得P(3,4).直线PA,PB关于直线x=3对称,直线PA上的点(0,1)关于直线x=3的对称点(6,1)在直线PB上,所以直线PB的方程为=,即x+y-7=0. 答案:x+y-7=0 一、题点全面练 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) 解析:选B 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. 2.若点P在直线3x+y-5=0上,且P到直线x-y-1=0的距离为,则点P的坐标为( ) A.(1,2) B.(2,1) C.(1,2)或(2,-1) D.(2,1)或(-1,2) 解析:选C 设P(x,5-3x),则d==,化简得|4x-6|=2,即4x -6=±2,解得x=1或x=2,故P(1,2)或(2,-1). 3.已知直线l的倾斜角为,直线l1经过点A(3,2)和B(a,-1),且直线l与l1平行,则实数a的值为( ) A.0 B.1 C.6 D.0或6 解析:选C 由直线l的倾斜角为得l的斜率为-1, 因为直线l与l1平行,所以l1的斜率为-1. 又直线l1经过点A(3,2)和B(a,-1), 所以l1的斜率为,故=-1,解得a=6. 4.(2018·北京东城区期末)如果平面直角坐标系内的两点A(a-1,a+1),B(a,a)关于直线l对称,那么直线l的方程为( ) A.x-y+1=0 B.x+y+1=0 C.x-y-1=0 D.x+y-1=0 解析:选A 因为直线AB的斜率为=-1,所以直线l的斜率为1.设直线l的方程为y=x+b,由题意知直线l过点,所以=+b,解得b=1,所以直线l的方程为y=x+1,即x-y+1=0.故选A. 5.已知点P(-2,0)和直线l:(1+3λ)x+(1+2λ)y-(2+5λ)=0(λ∈R),则点P到直线l的距离d的最大值为( ) A.2 B. C. D.2 解析:选B 由(1+3λ)x+(1+2λ)y-(2+5λ)=0,得(x+y-2)+λ(3x+2y-5)=0,此方程是过直线x+y-2=0和3x+2y-5=0交点的直线系方程.解方程组可知两直线的交点为Q(1,1),故直线l恒过定点Q(1,1),如图所示,可知d=|PH|≤|PQ|=,即d的最大值为. 6.已知直线l1:ax+y-1=0,直线l2:x-y-3=0,若直线l1的倾斜角为,则a=________;若l1⊥l2,则a=________;若l1∥l2,则两平行直线间的距离为________. 解析:若直线l1的倾斜角为,则-a=k=tan=1,故a=-1;若l1⊥l2,则a×1+1×(-1)=0,故a=1;若l1∥l2,则a=-1,l1:x-y+1=0,两平行直线间的距离d==2. 答案:-1 1 2 7.将一张坐标纸折叠一次,使得点(0,2)与点(4,0)重合,点(7,3)与点(m,n)重合,则m+n=________. 解析:由题意可知,纸的折痕应是点(0,2)与点(4,0)连线的中垂线,即直线y=2x-3,它也是点(7,3)与点(m,n)连线的中垂线,于是解得 故m+n=. 答案: 8.以点A(4,1),B(1,5),C(-3,2),D(0,-2)为顶点的四边形ABCD的面积为________. 解析:因为kAB==-,kDC==-. kAD==,kBC==. 则kAB=kDC,kAD=kBC,所以四边形ABCD为平行四边形. 又kAD·kAB=-1,即AD⊥AB, 故四边形ABCD为矩形. 故S四边形ABCD=|AB|·|AD|=×=25. 答案:25 9.正方形的中心为点C(-1,0),一条边所在的直线方程是x+3y-5=0,求其他三边所在直线的方程. 解:点C到直线x+3y-5=0的距离d==. 设与x+3y-5=0平行的一边所在直线的方程是 x+3y+m=0(m≠-5), 则点C到直线x+3y+m=0的距离 d==, 解得m=-5(舍去)或m=7, 所以与x+3y-5=0平行的边所在直线的方程是 x+3y+7=0. 设与x+3y-5=0垂直的边所在直线的方程是 3x-y+n=0, 则点C到直线3x-y+n=0的距离 d==,解得n=-3或n=9, 所以与x+3y-5=0垂直的两边所在直线的方程分别是3x-y-3=0和3x-y+9=0. 10.已知点P(2,-1). (1)求过点P且与原点的距离为2的直线l的方程; (2)求过点P且与原点的距离最大的直线l的方程,并求出最大距离; (3)是否存在过点P且与原点的距离为6的直线?若存在,求出方程;若不存在,请说明理由. 解:(1)过点P的直线l与原点的距离为2,而点P的坐标为(2,-1),显然,过点P(2,-1)且垂直于x轴的直线满足条件,此时l的斜率不存在,其方程为x=2. 若斜率存在,设l的方程为y+1=k(x-2), 即kx-y-2k-1=0. 由已知得=2,解得k=. 此时直线l的方程为3x-4y-10=0. 综上可得直线l的方程为x=2或3x-4y-10=0. (2)作图可得过点P与原点O的距离最大的直线是过点P且与PO垂直的直线,如图. 由l⊥OP,得kl·kOP=-1, 因为kOP=-, 所以kl=-=2. 由直线方程的点斜式得y+1=2(x-2), 即2x-y-5=0. 所以直线2x-y-5=0是过点P且与原点O的距离最大的直线,最大距离为=. (3)由(2)可知,过点P不存在到原点的距离超过的直线,因此不存在过点P且到原点的距离为6的直线. 二、专项培优练 (一)易错专练——不丢怨枉分 1.(2019·青岛模拟)直线x+a2y+6=0和(a-2)x+3ay+2a=0无公共点,则a的值为( ) A.3或-1 B.0或3 C.0或-1 D.-1或0或3 解析:选C 两直线无公共点,即两直线平行.当a=0时,这两条直线分别为x+6=0和x=0,无公共点;当a≠0时,由-=-,解得a=3或a=-1.若a=3,这两条直线分别为x+9y+6=0,x+9y+6=0,两直线重合,有无数个公共点,不符合题意,舍去;若a=-1,这两条直线分别为x+y+6=0和3x+3y+2=0,两直线平行,无公共点.综上,a=0或a=-1. 2.已知A(1,2),B(3,1)两点到直线l的距离分别是,-,则满足条件的直线l共有( ) A.1条 B.2条 C.3条 D.4条 解析:选C 当A,B两点位于直线l的同一侧时,一定存在这样的直线l,且有两条.又|AB|==,而点A到直线l与点B到直线l的距离之和为+-=,所以当A,B两点位于直线l的两侧时,存在一条满足条件的直线.综上可知满足条件的直线共有3条.故选C. 3.l1,l2是分别经过A(1,1),B(0,-1)两点的两条平行直线,当l1,l2间的距离最大时,直线l1的方程是____________________. 解析:当两条平行直线与A,B两点连线垂直时,两条平行直线间的距离最大.因为A(1,1),B(0,-1),所以kAB==2,所以当l1,l2间的距离最大时,直线l1的斜率为k=-,此时,直线l1的方程是y-1=-(x-1),即x+2y-3=0. 答案:x+2y-3=0 4.若直线l过点P(-1,2)且到点A(2,3)和点B(-4,5)的距离相等,则直线l的方程为______________________. 解析:当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y-2=k(x+1),即kx-y+k+2=0. 由题意知=, 即|3k-1|=|-3k-3|,∴k=-. ∴直线l的方程为y-2=-(x+1),即x+3y-5=0. 当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为x=-1,也符合题意. 答案:x+3y-5=0或x=-1 5.在平面直角坐标系中,已知点P(-2,2),直线l:a(x-1)+b(y+2)=0(a,b∈R且不同时为零),若点P到直线l的距离为d,则d的取值范围是________. 解析:易知直线l经过定点(1,-2),则点P到直线l的最大距离为 =5,最小距离为0,所以d的取值范围是[0,5]. 答案:[0,5] (二)交汇专练——融会巧迁移 6.[与导数交汇]若点P是曲线y=x2-ln x上任意一点,则点P到直线y=x-2的最小距离为( ) A. B.1 C. D.2 解析:选C 因为点P是曲线y=x2-ln x上任意一点,所以当点P处的切线和直线y=x-2平行时,点P到直线y=x-2的距离最小.因为直线y=x-2的斜率等于1,曲线y=x2-ln x的导数y′=2x-,令y′=1,可得x=1或x=-(舍去),所以在曲线y=x2-ln x上与直线y=x-2平行的切线经过的切点坐标为(1,1),所以点P到直线y=x-2的最小距离为,故选C. 7.[与不等式交汇]如图,已知直线l1∥l2,点A是l1,l2之间的定点,点A到l1,l2之间的距离分别为3和2,点B是l2上的一动点,作AC⊥AB,且AC与l1交于点C,则△ABC的面积的最小值为________. 解析:以A为坐标原点,平行于l1的直线为x轴,建立如图所示的平面直角坐标系,设B(a,-2),C(b,3). ∵AC⊥AB,∴ab-6=0,ab=6,b=. Rt△ABC的面积S=· =· = ≥=6(当且仅当a2=4时取等号). 答案:6 8.[与物理知识交汇]如图,已知A(-2,0),B(2,0),C(0,2),E(-1,0),F(1,0),一束光线从F点出发射到BC上的D点,经BC反射后,再经AC反射,落到线段AE上(不含端点),则直线FD的斜率的取值范围为________. 解析:从特殊位置考虑.如图所示, ∵点A(-2,0)关于直线BC:x+y=2的对称点为A1(2,4),∴kA1F=4.又点E(-1,0)关于直线AC:y=x+2的对称点为E1(-2,1),点E1(-2,1)关于直线BC:x+y=2的对称点为E2(1,4),此时直线E2F的斜率不存在,∴kFD>kA1F,即kFD∈(4,+∞). 答案:(4,+∞)查看更多