2018版高考数学大一轮复习第九章平面解析几何第2讲两直线的位置关系试题理新人教版
2018版高考数学(浙江专用文理通用)大一轮复习讲义:第九章平面解析几何第2讲含答案

基础巩固题组(建议用时:30分钟)一、选择题1.直线2x +y +m =0和x +2y +n =0的位置关系是( )A 。
平行B 。
垂直C 。
相交但不垂直D 。
不能确定解析 直线2x +y +m =0的斜率k 1=-2,直线x +2y +n =0的斜率为k 2=-12,则k 1≠k 2,且k 1k 2≠-1。
故选C 。
答案 C2。
(2017·浙江名校协作体联考)“a =-1”是“直线ax +3y +3=0和直线x +(a -2)y +1=0平行”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 依题意得,直线ax +3y +3=0和直线x +(a -2)y +1=0平行的充要条件是错误!解得a =-1,因此选C 。
答案 C3。
过两直线l 1:x -3y +4=0和l 2:2x +y +5=0的交点和原点的直线方程为( )A 。
19x -9y =0B 。
9x +19y =0C。
19x-3y=0 D.3x+19y=0解析法一由错误!得错误!则所求直线方程为:y=错误!x=-错误!x,即3x+19y=0.法二设直线方程为x-3y+4+λ(2x+y+5)=0,即(1+2λ)x-(3-λ)y+4+5λ=0,又直线过点(0,0),所以(1+2λ)·0-(3-λ)·0+4+5λ=0,解得λ=-错误!,故所求直线方程为3x+19y=0。
答案D4.直线x-2y+1=0关于直线x=1对称的直线方程是()A。
x+2y-1=0 B。
2x+y-1=0C。
x+2y+3=0 D。
x+2y-3=0解析设所求直线上任一点(x,y),则它关于直线x=1的对称点(2-x,y)在直线x-2y+1=0上,即2-x-2y+1=0,化简得x+2y -3=0.答案D5。
(2017·安庆模拟)若直线l1:x+3y+m=0(m>0)与直线l2:2x+6y-3=0的距离为错误!,则m=( )A。
高考总复习一轮数学精品课件 第九章 平面解析几何 第二节 两条直线的位置关系

与距离有关的问题
典例突破
例4.(1)若两条平行直线l1:x-2y+m=0(m>0)与l2:x+ny-3=0之间的距离是√5 ,
则m+n=(
)
A.0
C.-2
B.1
D.-1
(2)已知点P(4,a)到直线4x-3y-1=0的距离不大于3,则实数a的取值范围
为
.
答案 (1)A
解析
(2)[0,10]
1
(1)由两直线平行,得1
)
记 P 的轨迹为 E,则(
A.E 是一个半径为√5的圆
B.E 是一条与 l 相交的直线
C.E 上的点到 l 的距离均为√5
D.E 是两条平行直线
答案 (1)C
(2) C
解析(1)因为直线 x-y-m=0 与直线 mx+y-4=0 平行,所以
m≠0,且 1
=
1
-1
≠
-4
,解
-
得 m=-1,即两直线为直线 x-y+1=0 与直线 x-y+4=0,所以它们之间的距离为
式.
2 -1
提示
· = -1,
2 -1
1 +2
2
=
1 +2
·
+ .
2
常用结论
1.两种求直线方程的设法
(1)与直线Ax+By+C=0(A2+B2≠0)垂直的直线可设为Bx-Ay+m=0.
(2)与直线Ax+By+C=0(A2+B2≠0)平行的直线可设为Ax+By+n=0.
2.六种常见的对称点
(1)点(x,y)关于原点(0,0)的对称点为(-x,-y).
高考数学一轮复习 第九章 解析几何 第二节 两条直线的位置关系教案 理(含解析)苏教版-苏教版高三全

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l 1,l 2,若其斜率分别为k 1,k 2,则有l 1∥l 2⇔k 1=k 2. ②当直线l 1,l 2不重合且斜率都不存在时,l 1∥l 2. (2)两条直线垂直:①如果两条直线l 1,l 2的斜率存在,设为k 1,k 2,则有l 1⊥l 2⇔k 1·k 2=-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,l 1⊥l 2. 2.两条直线的交点的求法直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0,l 2:A 2x +B 2y +C 2=0,则l 1与l 2的交点坐标就是方程组⎩⎪⎨⎪⎧A 1x +B 1y +C 1=0,A 2x +B 2y +C 2=0的解.3.三种距离公式P 1(x 1,y 1),P 2(x 2,y 2)两点之间的距离|P 1P 2|=x 2-x 12+y 2-y 12点P 0(x 0,y 0)到直线l :Ax +By +C =0的距离 d =|Ax 0+By 0+C |A 2+B 2平行线Ax +By +C 1=0与Ax +By +C 2=0间距离d =|C 1-C 2|A 2+B2[小题体验]1.已知过点A (-2,m )和B (m,4)的直线与直线2x +y -1=0平行,则实数m 的值为________.解析:由k AB =4-mm +2=-2,得m =-8.答案:-82.已知点(a,2)(a >0)到直线l :x -y +3=0的距离为1,则a =________. 解析:由题意知|a -2+3|2=1,所以|a +1|=2,又a >0,所以a =2-1. 答案:2-13.若直线ax +2y -1=0与直线2x -3y -1=0垂直,则a 的值为________.解析:直线ax +2y -1=0的斜率k 1=-a 2,直线2x -3y -1=0的斜率k 2=23,因为两直线垂直,所以-a 2×23=-1,即a =3.答案:31.在判断两条直线的位置关系时,易忽视斜率是否存在,两条直线都有斜率可根据条件进行判断,若无斜率,要单独考虑.2.运用两平行直线间的距离公式时易忽视两方程中的x ,y 的系数分别相等这一条件盲目套用公式导致出错.[小题纠偏]1.已知直线l 1:(t +2)x +(1-t )y =1与l 2:(t -1)x +(2t +3)y +2=0互相垂直,则t 的值为________.解析:①若l 1的斜率不存在,此时t =1,l 1的方程为x =13,l 2的方程为y =-25,显然l 1⊥l 2,符合条件;若l 2的斜率不存在,此时t =-32,易知l 1与l 2不垂直.②当l 1,l 2的斜率都存在时,直线l 1的斜率k 1=-t +21-t ,直线l 2的斜率k 2=-t -12t +3,因为l 1⊥l 2,所以k 1·k 2=-1,即⎝ ⎛⎭⎪⎫-t +21-t ·⎝ ⎛⎭⎪⎫-t -12t +3=-1,所以t =-1.综上可知t =-1或t =1. 答案:-1或12.已知直线3x +4y -3=0与直线6x +my +14=0平行,则它们之间的距离是________. 解析:因为63=m 4≠14-3,所以m =8,直线6x +my +14=0可化为3x +4y +7=0,两平行线之间的距离d =|-3-7|32+42=2. 答案:2考点一 两条直线的位置关系 (基础送分型考点——自主练透)[题组练透]1.(2019·沭阳月考)若直线y =mx +1与直线y =4x -8垂直,则m =________. 解析:由直线y =mx +1与直线y =4x -8垂直, 得m ×4=-1,解得m =-14.答案:-142.(2018·某某模拟)过点(1,0)且与直线x -2y -2=0平行的直线方程是________. 解析:依题意,设所求的直线方程为x -2y +a =0,由于点(1,0)在所求直线上,则1+a =0,即a =-1,则所求的直线方程为x -2y -1=0.答案:x -2y -1=03.(2019·启东调研)已知直线l 1:(a -1)x +y +b =0,l 2:ax +by -4=0,求满足下列条件的a ,b 的值.(1)l 1⊥l 2,且l 1过点(1,1);(2)l 1∥l 2,且l 2在第一象限内与两坐标轴围成的三角形的面积为2. 解:(1)因为l 1⊥l 2,所以a (a -1)+b =0.① 又l 1过点(1,1),所以a +b =0.②由①②,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =0,b =0或⎩⎪⎨⎪⎧a =2,b =-2.当a =0,b =0时不合题意,舍去. 所以a =2,b =-2.(2)因为l 1∥l 2,所以a -b (a -1)=0,③由题意,知a >0,b >0,直线l 2与两坐标轴的交点坐标分别为⎝ ⎛⎭⎪⎫4a,0,⎝⎛⎭⎪⎫0,4b .则12×4a ×4b=2,得ab =4,④ 由③④,得a =2,b =2.[谨记通法]1.已知两直线的斜率存在,判断两直线平行垂直的方法 (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l 1:A 1x +B 1y +C 1=0(A 21+B 21≠0)l 2:A 2x +B 2y +C 2=0(A 22+B 22≠0)l 1与l 2垂直的充要条件 A 1A 2+B 1B 2=0 l 1与l 2平行的充分条件 A 1A 2=B 1B 2≠C 1C 2(A 2B 2C 2≠0) l 1与l 2相交的充分条件 A 1A 2≠B 1B 2(A 2B 2≠0) l 1与l 2重合的充分条件A 1A 2=B 1B 2=C 1C 2(A 2B 2C 2≠0) [提醒] 在判断两直线位置关系时,比例式A 1A 2与B 1B 2,C 1C 2的关系容易记住,在解答填空题时,建议多用比例式来解答.考点二 距离问题重点保分型考点——师生共研[典例引领]已知A (4,-3),B (2,-1)和直线l :4x +3y -2=0,在坐标平面内求一点P ,使PA =PB ,且点P 到直线l 的距离为2.解:设点P 的坐标为(a ,b ). 因为A (4,-3),B (2,-1),所以线段AB 的中点M 的坐标为(3,-2). 而AB 的斜率k AB =-3+14-2=-1,所以线段AB 的垂直平分线方程为y +2=x -3,即x -y -5=0. 因为点P (a ,b )在直线x -y -5=0上, 所以a -b -5=0.①又点P (a ,b )到直线l :4x +3y -2=0的距离为2, 所以|4a +3b -2|5=2,即4a +3b -2=±10,②由①②联立可得⎩⎪⎨⎪⎧a =1,b =-4或⎩⎪⎨⎪⎧a =277,b =-87.所以所求点P 的坐标为(1,-4)或⎝⎛⎭⎪⎫277,-87.[由题悟法]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.[即时应用]1.(2019·阜宁中学检测)在坐标轴上,与点A (1,5),B (2,4)等距离的点的坐标是________.解析:线段AB 的垂直平分线方程为y -92=-1-25-4·⎝ ⎛⎭⎪⎫x -32,令x =0,可得y =3;令y=0,可得x =-3,∴在坐标轴上,与点A (1,5),B (2,4)等距离的点的坐标是(0,3)或(-3,0). 答案:(0,3)或(-3,0)2.(2018·某某中学测试)已知点M 是直线x +3y =2上的一个动点,且点P (3,-1),则PM 的最小值为________.解析:PM 的最小值即为点P (3,-1)到直线x +3y =2的距离, 又d =|3-3-2|1+3=1,故PM 的最小值为1.答案:13.已知直线l 1与l 2:x +y -1=0平行,且l 1与l 2的距离是2,则直线l 1的方程为______________________.解析:因为l 1与l 2:x +y -1=0平行, 所以可设l 1的方程为x +y +b =0(b ≠-1).又因为l 1与l 2的距离是2, 所以|b +1|12+12=2,解得b =1或b =-3,即l 1的方程为x +y +1=0或x +y -3=0. 答案:x +y +1=0或x +y -3=0考点三 对称问题题点多变型考点——多角探明 [锁定考向]对称问题是高考常考内容之一,也是考查学生转化能力的一种常见题型. 常见的命题角度有: (1)点关于点对称; (2)点关于线对称;(3)线关于线对称.[题点全练]角度一:点关于点对称1.(2019·丹阳高级中学检测)点A (2,3)关于点P (0,5)对称的点的坐标为________. 解析:设A (2,3)关于点P (0,5)对称的点的坐标为(x 0,y 0),由中点坐标公式,得2+x 02=0,3+y 02=5,则x 0=-2,y 0=7.∴点A (2,3)关于点P (0,5)对称的点的坐标为(-2,7).答案:(-2,7)角度二:点关于线对称2.(2018·某某模拟)已知△ABC 的两个顶点A (-1,5)和B (0,-1),若∠C 的平分线所在的直线方程为2x -3y +6=0,则BC 边所在的直线方程为______________.解析:设点A 关于直线2x -3y +6=0的对称点为A ′(x ′,y ′),则⎩⎪⎨⎪⎧2×x ′-12-3×y ′+52+6=0,y ′-5x ′+1=-32,即⎩⎪⎨⎪⎧2x ′-3y ′-5=0,3x ′+2y ′-7=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x ′=3113,y ′=-113,即A ′⎝ ⎛⎭⎪⎫3113,-113,由题意知,点A ′在直线BC 上.所以直线BC 的方程为y =-113--13113-0x -1,整理得12x -31y -31=0. 答案:12x -31y -31=0 角度三:线关于线对称3.直线2x -y +3=0关于直线x -y +2=0对称的直线方程是________.解析:设所求直线上任意一点P (x ,y ),则P 关于x -y +2=0的对称点为P ′(x 0,y 0),由⎩⎪⎨⎪⎧x +x 02-y +y 02+2=0,x -x 0=-y -y 0,得⎩⎪⎨⎪⎧x 0=y -2,y 0=x +2,由点P ′(x 0,y 0)在直线2x -y +3=0上, 所以2(y -2)-(x +2)+3=0, 即x -2y +3=0. 答案:x -2y +3=0[通法在握]1.中心对称问题的2个类型及求解方法 (1)点关于点对称:若点M (x 1,y 1)及N (x ,y )关于P (a ,b )对称,则由中点坐标公式得⎩⎪⎨⎪⎧x =2a -x 1,y =2b -y 1进而求解.(2)直线关于点的对称,主要求解方法是: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.轴对称问题的2个类型及求解方法 (1)点关于直线的对称:若两点P 1(x 1,y 1)与P 2(x 2,y 2)关于直线l :Ax +By +C =0对称,由方程组⎩⎪⎨⎪⎧A ⎝ ⎛⎭⎪⎫x 1+x 22+B ⎝ ⎛⎭⎪⎫y 1+y 22+C =0,y 2-y 1x 2-x 1·⎝ ⎛⎭⎪⎫-A B =-1,可得到点P 1关于l 对称的点P 2的坐标(x 2,y 2)(其中B ≠0,x 1≠x 2). (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.[演练冲关]1.(2019·沭阳期中)已知点A (1,-2)关于直线x +ay -2=0的对称点为B (m,2),则实数a 的值为________.解析:由对称的特点可知,AB 的中点在对称轴上,直线AB 垂直于对称轴,则1+m 2+-2+22a -2=0,2--2m -1·⎝ ⎛⎭⎪⎫-1a =-1,解得m =3,a =2.答案:22.(2018·启东期末)已知直线l 1:2x -y -2=0和直线l 2:x +2y -1=0关于直线l 对称,则直线l 的斜率为________.解析:设P (a ,b )是直线l 上任意一点,则点P 到直线l 1:2x -y -2=0和直线l 2:x +2y -1=0的距离相等, 即|2a -b -2|5=|a +2b -1|5,整理得a -3b -1=0或3a +b -3=0, ∴直线l 的斜率为13或-3.答案:13或-33.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⎩⎪⎨⎪⎧b -4a --3·1=-1,-3+a 2-b +42+3=0,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y -06-0=x -12-1,即6x -y -6=0. 答案:6x -y -6=0一抓基础,多练小题做到眼疾手快1.(2019·某某调研)已知点A (1,3)关于直线l 的对称点为B (-5,1),则直线l 的方程为________.解析:∵已知点A (1,3)关于直线l 的对称点为B (-5,1),故直线l 为线段AB 的中垂线.求得AB 的中点为(-2,2),AB 的斜率为1-3-5-1=13,故直线l 的斜率为-3,故直线l 的方程为 y -2=-3(x +2),即3x +y +4=0.答案:3x +y +4=02.(2018·宿迁模拟)过点(1,0)且与直线x -2y -2=0垂直的直线方程是________. 解析:因为直线x -2y -2=0的斜率为12,所以所求直线的斜率ky -0=-2(x -1),即2x +y -2=0.答案:2x +y -2=03.直线y =3x +3关于直线l :x -y -2=0对称的直线方程为________. 解析:取直线y =3x +3上一点A (0,3),设A 关于直线l :x -y -2=0对称的点为A ′(a ,b ),则有⎩⎪⎨⎪⎧b -3a -0·1=-1,a +02-b +32-2=0,解得a =5,b =-2.∴A ′(5,-2).联立⎩⎪⎨⎪⎧y =3x +3,x -y -2=0,解得x =-52,y =-92.令M ⎝ ⎛⎭⎪⎫-52,-92,∵直线y =3x +3关于直线l 对称的直线过A ′,M 两点,∴所求直线方程为y -⎝ ⎛⎭⎪⎫-92-2-⎝ ⎛⎭⎪⎫-92=x -⎝ ⎛⎭⎪⎫-525-⎝ ⎛⎭⎪⎫-52,即x -3y -11=0.答案:x -3y -11=04.(2018·启东中学测试)已知直线l 1的斜率为2,l 1∥l 2,直线l 2过点(-1,1)且与y 轴交于点P ,则点P 的坐标为________.解析:因为l 1∥l 2,且l 1的斜率为2,则直线l 2l 2过点(-1,1),所以直线l 2的方程为y -1=2(x +1),整理得y =2xx =0,得y =3,所以点P 的坐标为(0,3).答案:(0,3)5.若直线2x -y =-10,y =x +1,y =ax -2交于一点,则a 的值为________.解析:解方程组⎩⎪⎨⎪⎧2x -y =-10,y =x +1,可得⎩⎪⎨⎪⎧x =-9,y =-8,所以直线2x -y =-10与y =x +1的交点坐标为(-9,-8), 代入y =ax -2,得-8=a ·(-9)-2, 所以a =23.答案:236.(2019·某某检测)已知直线l 1:mx +2y +4=0与直线l 2:x +(m +1)y -2=0平行,则l 1与l 2间的距离为________.解析:∵直线l 1:mx +2y +4=0与直线l 2:x +(m +1)y -2=0平行,当m =-1时,显然不合题意;当m ≠-1时,有m 1=2m +1≠4-2,解得m =1,∴l 1与l 2间的距离d =|-2-4|1+4=655.答案:655二保高考,全练题型做到高考达标1.已知直线l 1:(m +1)x +2y +2m -2=0,l 2:2x +(m -2)y +2=0,若直线l 1∥l 2,则m =________.解析:由题意知,当m =2时,l 1:3x +2y +2=0,l 2:x +1=0,不合题意;当m ≠2时,若直线l 1∥l 2,则m +12=2m -2≠2m -22,解得m =-2或m =3(舍去). 答案:-22.若直线l 1:x +ay +6=0与l 2:(a -2)x +3y +2a =0平行,则l 1与l 2之间的距离为________.解析:因为l 1∥l 2,所以1a -2=a 3≠62a ,解得a =-1, 所以l 1与l 2的方程分别为l 1:x -y +6=0,l 2:x -y +23=0, 所以l 1与l 2的距离d =⎪⎪⎪⎪⎪⎪6-232=823.答案:823 3.(2019·X 家港模拟)过点P (1,2)作一直线l ,使直线l 与点M (2,3)和点N (4,-5)的距离相等,则直线l 的方程为________________.解析:易知直线l 的斜率存在,∵直线l 过点P (1,2),∴设l 的方程为y -2=k (x -1),即kx -y -k +2=0.又直线l 与点M (2,3)和点N (4,-5)的距离相等, ∴|2k -3-k +2|k 2+1=|4k +5-k +2|k 2+1, 解得k =-4或k =-32, ∴l 的方程为4x +y -6=0或3x +2y -7=0.答案:4x +y -6=0或3x +2y -7=04.若直线l 1:y =k (x -4)与直线l 2关于点(2,1)对称,则直线l 2恒过定点________. 解析:由于直线l 1:y =k (x -4)恒过定点(4,0),其关于点(2,1)对称的点为(0,2),又由于直线l 1:y =k (x -4)与直线l 2关于点(2,1)对称,所以直线l 2恒过定点(0,2).答案:(0,2)5.已知点P (0,-1),点Q 在直线x -y +1=0上,若直线P Q 垂直于直线x +2y -5=0,则点Q 的坐标是________.解析:设Q(x 0,y 0),因为点Q 在直线x -y +1=0上,所以x 0-y 0+1=0.①又直线x +2y -5=0的斜率k =-12,直线P Q 的斜率k P Q =y 0+1x 0, 所以由直线P Q 垂直于直线x +2y -5=0,得y 0+1x 0·⎝ ⎛⎭⎪⎫-12=-1.② 由①②解得x 0=2,y 0=3,即点Q 的坐标是(2,3).答案:(2,3)6.(2019·某某一模)设m ,n ∈R ,若直线l :mx +ny -1=0与x 轴相交于点A ,与y 轴相交于点B ,且坐标原点O 到直线l 的距离为3,则△AOB 的面积S 的最小值为________.解析:由坐标原点O 到直线l 的距离为3,可得|-1|m 2+n 2=3,化简得m 2+n 2=13. 对直线l :mx +ny -1=0,令x =0,可得y =1n ;令y =0,可得x =1m, 故△AOB 的面积S =12·⎪⎪⎪⎪⎪⎪1m ·1n =12|mn |≥1m 2+n2=3, 当且仅当|m |=|n |=66时,取等号. 故△AOB 的面积S 的最小值为3.答案:37.设m ∈R ,过定点A 的动直线x +my =0和过定点B 的动直线mx -y -m +3=0交于点P (x ,y ),则PA ·PB 的最大值是________.解析:易求定点A (0,0),B (1,3).当P 与A 和B 均不重合时,因为P 为直线x +my =0与mx -y -m +3=0的交点,且易知两直线垂直,则PA ⊥PB ,所以PA 2+PB 2=AB 2=10,所以PA ·PB ≤PA 2+PB 22=5(当且仅当PA =PB =5时,等号成立),当P 与A 或B 重合时,PA ·PB=0,故PA ·PB 的最大值是5.答案:58.将一X 画有直角坐标系的图纸折叠一次,使得点A (0,2)与点B (4,0)重合.若此时点C (7,3)与点D (m ,n )也重合,则m +n 的值是________.解析:由题意知,折痕既是A ,B 的对称轴,也是 C ,D 的对称轴.因为AB 的斜率k AB =0-24-0=-12,AB 的中点为(2,1), 所以图纸的折痕所在的直线方程为y -1=2(x -2),所以k CD =n -3m -7=-12, ① 因为CD 的中点为⎝⎛⎭⎪⎫m +72,n +32, 所以n +32-1=2⎝ ⎛⎭⎪⎫m +72-2. ② 由①②解得m =35,n =315,所以m +n =345. 答案:3459.已知直线l 1:ax +2y +6=0和直线l 2:x +(a -1)y +a 2-1=0.(1)当l 1∥l 2时,求a 的值;(2)当l 1⊥l 2时,求a 的值.解:(1)法一:当a =1时,l 1:x +2y +6=0, l 2:x =0,l 1不平行于l 2;当a =0时,l 1:y =-3,l 2:x -y -1=0,l 1不平行于l 2;当a ≠1且a ≠0时,两直线方程可化为l 1:y =-a 2x -3,l 2:y =11-ax -(a +1), 由l 1∥l 2可得⎩⎪⎨⎪⎧ -a 2=11-a,-3≠-a +1,解得a =-1. 综上可知,a =-1.法二:由l 1∥l 2知⎩⎪⎨⎪⎧ A 1B 2-A 2B 1=0,A 1C 2-A 2C 1≠0, 即⎩⎪⎨⎪⎧ a a -1-1×2=0,a a 2-1-1×6≠0⇒⎩⎪⎨⎪⎧ a 2-a -2=0,a a 2-1≠6⇒a =-1.(2)法一:当a =1时,l 1:x +2y +6=0,l 2:x =0,l 1与l 2不垂直,故a =1不符合;当a ≠1时,l 1:y =-a 2x -3,l 2:y =11-ax -(a +1),由l 1⊥l 2,得⎝ ⎛⎭⎪⎫-a 2·11-a=-1⇒a =23. 法二:因为l 1⊥l 2,所以A 1A 2+B 1B 2=0,即a +2(a -1)=0,得a =23. 10.已知△ABC 的顶点A (5,1),AB 边上的中线CM 所在直线方程为2x -y -5=0,AC 边上的高BH 所在直线方程为x -2y -5=0,求直线BC 的方程.解:依题意知:k AC =-2,A (5,1),所以l AC 的方程为2x +y -11=0,联立⎩⎪⎨⎪⎧ 2x +y -11=0,2x -y -5=0,得C (4,3).设B (x 0,y 0),则AB 的中点M ⎝ ⎛⎭⎪⎫x 0+52,y 0+12, 代入2x -y -5=0,得2x 0-y 0-1=0,联立⎩⎪⎨⎪⎧ 2x 0-y 0-1=0,x 0-2y 0-5=0,得B (-1,-3),所以k BC =65, 所以直线BC 的方程为y -3=65(x -4), 即6x -5y -9=0.三上台阶,自主选做志在冲刺名校1.(2019·江阴检测)直线l 经过点P (2,1),且与两坐标轴围成的三角形的面积为S ,如果符合条件的直线l 能作且只能作三条,则S =________.解析:由已知可得直线l 的斜率一定存在且不为零,设直线l 的方程为y -1=k (x -2),则直线l 与坐标轴的交点为(0,1-2k ),⎝ ⎛⎭⎪⎫2-1k ,0, 则S =12|1-2k |·⎪⎪⎪⎪⎪⎪2-1k =⎪⎪⎪⎪⎪⎪2-12k -2k . 如果符合条件的直线l 能作且只能作三条,则关于k 的方程⎪⎪⎪⎪⎪⎪2-12k -2k =S 只有三个解,即4k 2+2(S -2)k +1=0与4k 2-2(S +2)k +1=0,一个有一解,一个有两解,解得S =4.答案:42.(2018·锡山高级中学检测)在△ABC 中,角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c ,则直线x sin A +ay +c =0与直线bx -y sin B +sin C =0的位置关系是________.解析:在△ABC 中,由正弦定理a sin A =b sin B ,得b sin B ·sin A ax sin A +ay +c =0的斜率k 1=-sin A a ,bx -y sin B +sin C =0的斜率k 2=b sin B ,因此k 1·k 2=b sin B ·⎝ ⎛⎭⎪⎫-sin A a =-1,所以两条直线垂直.答案:垂直3.已知直线l 经过直线l 1:2x +y -5=0与l 2:x -2y =0的交点.(1)若点A (5,0)到l 的距离为3,求l 的方程;(2)求点A (5,0)到l 的距离的最大值,并求此时l 的方程.解:(1)经过两已知直线交点的直线系方程为(2x +y -5)+λ(x -2y )=0, 即(2+λ)x +(1-2λ)y -5=0,因为点A (5,0)到l 的距离为3,所以|10+5λ-5|2+λ2+1-2λ2=3,即2λ2-5λ+2=0,所以λ=2或λ=12, 所以直线l 的方程为x =2或4x -3y -5=0.(2)如图,由⎩⎪⎨⎪⎧ 2x +y -5=0,x -2y =0,解得交点P (2,1),过P 作任一直线l ,设d 为点A 到l的距离,则d ≤PA (当l ⊥PA 时等号成立).所以d max =PA =5-22+0-12=10.因为k PA =-13,l ⊥PA ,所以k l =3, 所以直线l 的方程为y -1=3(x -2),即3x -y -5=0.。
2018年高考数学总复习课时作业第九章 平面解析几何 第2讲 两直线的位置关系 Word版含答案

基础巩固题组(建议用时:分钟)一、选择题.直线++=和++=的位置关系是( ).平行.垂直.不能确定.相交但不垂直解析直线++=的斜率=-,直线++=的斜率为=-,则≠,且≠-.故选.答案.(·浙江名校协作体联考)“=-”是“直线++=和直线+(-)+=平行”的( ).必要不充分条件.充分不必要条件.既不充分也不必要条件.充要条件解析依题意得,直线++=和直线+(-)+=平行的充要条件是解得=-,因此选.答案.过两直线:-+=和:++=的交点和原点的直线方程为( )+=-=+=-=解析法一由得则所求直线方程为:==-,即+=.法二设直线方程为-++λ(++)=,即(+λ)-(-λ)++λ=,又直线过点(,),所以(+λ)·-(-λ)·++λ=,解得λ=-,故所求直线方程为+=.答案.直线-+=关于直线=对称的直线方程是( )+-=+-=+-=++=解析设所求直线上任一点(,),则它关于直线=的对称点(-,)在直线-+=上,即--+=,化简得+-=.答案.(·安庆模拟)若直线:++=(>)与直线:+-=的距离为,则=( )解析直线:++=(>),即++=,因为它与直线:+-=的距离为,所以=,求得=,故选.答案.平面直角坐标系中直线=+关于点(,)对称的直线方程是( )=-+=-=-=-+解析在直线=+上任取两个点(,),(,),则点关于点(,)对称的点为(,),点关于点(,)对称的点为(,-).由两点式求出对称直线的方程为=,即=-,故选.答案.(·丽水调研)已知直线过点(-,)且倾斜角为°,直线过点(,)且与直线垂直,则直线与直线的交点坐标为( ).(,).(,).(,)解析直线的斜率为=°=,因为直线与直线垂直,所以=-=-,所以直线的方程为=(+),直线的方程为=-(-).两式联立,解得即直线与直线的交点坐标为(,).故选.答案.从点(,)射出的光线沿与向量=(,)平行的直线射到轴上,则反射光线所在的直线方程为( )+-=+-=+-=+-=解析由直线与向量=(,)平行知:过点(,)的直线的斜率=,所以直线的方程为-=(-),其与轴的交点坐标为(,),又点(,)关于轴的对称点为(-,),所以反射光线过点(-,)与(,),由两点式知正确.答案二、填空题.(·宁波月考)点(,)关于点(-,-)的对称点坐标为;关于直线-+=的对称点为.解析设点(,)关于点(-,-)的对称点为(,),则∴即所求对称点为(-,-).设点(,)关于直线-+=的对称点为(,),则解得故所求对称点为(,).答案(-,-) (,).若三条直线=,+=,++=相交于同一点,则的值为.解析由得∴点(,)满足方程++=,即×+×+=,∴=-.答案-.(·余姚市检测)已知直线过点(,)且与点(-,),(,-)等距离,则直线的方程为.解析显然直线的斜率不存在时,不满足题意;。
高考数学大一轮复习 第九章 平面解析几何 9.2 两条直线的位置关系教师用书(2021年最新整理)

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条直线的位置关系教师用书1.两条直线的位置关系(1)两条直线平行与垂直①两条直线平行:(ⅰ)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.(ⅱ)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:(ⅰ)如果两条直线l1、l2的斜率存在,设为k1、k2,则有l1⊥l2⇔k1·k2=-1。
(ⅱ)当其中一条直线的斜率不存在,而另一条的斜率为0时,l1⊥l2。
(2)两条直线的交点直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,则l1与l2的交点坐标就是方程组错误!的解.2.几种距离(1)两点P1(x1,y1),P2(x2,y2)之间的距离|P1P2|=错误!。
(2)点P0(x0,y0)到直线l:Ax+By+C=0的距离d=错误!.(3)两条平行线Ax+By+C1=0与Ax+By+C2=0(其中C1≠C2)间的距离d=错误!。
【知识拓展】1.一般地,与直线Ax+By+C=0平行的直线方程可设为Ax+By+m=0(m≠C);与之垂直的直线方程可设为Bx-Ay+n=0.2.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l2.3.点到直线与两平行线间的距离的使用条件:(1)求点到直线的距离时,应先化直线方程为一般式.(2)求两平行线之间的距离时,应先将方程化为一般式且x,y的系数对应相等.【思考辨析】判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×")(1)当直线l1和l2斜率都存在时,一定有k1=k2⇒l1∥l2.(×)(2)如果两条直线l1与l2垂直,则它们的斜率之积一定等于-1.( ×)(3)已知直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0(A1、B1、C1、A2、B2、C2为常数),若直线l1⊥l2,则A1A2+B1B2=0。
北师版高考总复习一轮理科数精品课件 第9章 解析几何 第2节 点与直线、两条直线的位置关系

直线l1和l2的交点坐标即为两直线方程组成的方程组
2 + 2 + 2 = 0
的解.
l1与l2相交⇔方程组有
唯一解
l1与l2平行⇔方程组 无解 ;
无数个解
l1与l2重合⇔方程组有
;
.
3.三种距离公式
(2)两平行线间的距离公式要求两条直线方程中x,y的系数分别相等.
对点训练2(2022上海虹口二模)设a∈R,k∈R,三条直线l1:ax-y-2a+5=0,
l2:x+ay-3a-4=0,l3:y=kx,则l1与l2的交点M到l3的距离的最大值为
答案:5+ 2
解析:∵a×1+(-1)×a=0,∴l1⊥l2.
垂直
k1k2=-1
A1A2+B1B2=0
平行
k1 = k 2
b1 ≠ b2
重合
k1 = k 2
b1 = b2
A1 B2 -A2 B1 = 0,
A1 B2 -A2 B1 = 0,
或
B1 C2 -B2 C1 ≠ 0
A1 C2 -A2 C1 ≠ 0
A1B2-A2B1=0,且 B1C2-B2C1=0
微点拨解析几何中的两条直线的位置关系含有重合,而立体几何中空间两
2
2
2
(3-0) + (4-0) + 2=5+ 2.
.
考点三
对称问题(多考向探究)
考向1 点关于点的对称
例5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
【配套K12】2018年高考数学总复习第九章平面解析几何第2讲两直线的位置关系学案
第2讲 两直线的位置关系最新考纲 1.能根据两条直线的斜率判定这两条直线平行或垂直;2.能用解方程组的方法求两条相交直线的交点坐标;3.掌握两点间的距离公式、点到直线的距离公式,会求两条平行直线间的距离.知 识 梳 理1.两条直线平行与垂直的判定 (1)两条直线平行对于两条不重合的直线l 1,l 2,其斜率分别为k 1,k 2,则有l 1∥l 2⇔k 1=k 2.特别地,当直线l 1,l 2的斜率都不存在时,l 1与l 2平行.(2)两条直线垂直如果两条直线l 1,l 2斜率都存在,设为k 1,k 2,则l 1⊥l 2⇔k 1·k 2=-1,当一条直线斜率为零,另一条直线斜率不存在时,两条直线垂直. 2.两直线相交直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0和l 2:A 2x +B 2y +C 2=0的公共点的坐标与方程组⎩⎪⎨⎪⎧A 1x +B 1y +C 1=0,A 2x +B 2y +C 2=0的解一一对应.相交⇔方程组有唯一解,交点坐标就是方程组的解; 平行⇔方程组无解; 重合⇔方程组有无数个解. 3.距离公式(1)两点间的距离公式平面上任意两点P 1(x 1,y 1),P 2(x 2,y 2)间的距离公式为|P 1P 2|特别地,原点O (0,0)与任一点P (x ,y )的距离|OP |(2)点到直线的距离公式平面上任意一点P0(x 0,y 0)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 +C 1=0,l 2:Ax +By +C 2=0间的距离d 诊 断 自 测1.判断正误(在括号内打“√”或“×”)(1)当直线l 1和l 2的斜率都存在时,一定有k 1=k 2⇒l 1∥l 2.( ) (2)如果两条直线l 1与l 2垂直,则它们的斜率之积一定等于-1.( )(3)若两直线的方程组成的方程组有唯一解,则两直线相交.( )(4)已知直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0,l 2:A 2x +B 2y +C 2=0(A 1,B 1,C 1,A 2,B 2,C 2为常数),若直线l 1⊥l 2,则A 1A 2+B 1B 2=0.( )(5)直线外一点与直线上一点的距离的最小值就是点到直线的距离.( ) 解析 (1)两直线l 1,l 2有可能重合.(2)如果l 1⊥l 2,若l 1的斜率k 1=0,则l 2的斜率不存在. 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)√2.(2016·北京卷)圆(x +1)2+y 2=2的圆心到直线y =x +3的距离为( ) A.1 B.2 C. 2D.2 2解析 圆(x +1)2+y 2=2的圆心坐标为(-1,0),由y =x +3得x -y +3=0,则圆心到直线的距离d =|-1-0+3|12+(-1)2= 2.答案 C3.(2017·金华四校联考)直线2x +(m +1)y +4=0与直线mx +3y -2=0平行,则m =( ) A.2 B.-3 C.2或-3D.-2或-3解析 直线2x +(m +1)y +4=0与直线mx +3y -2=0平行,则有2m =m +13≠4-2,故m =2或-3.故选C. 答案 C4.直线2x +2y +1=0,x +y +2=0之间的距离是________. 解析 先将2x +2y +1=0化为x +y +12=0,则两平行线间的距离为d =|2-12|2=324.答案3245.(必修2P89练习2改编)已知P (-2,m ),Q (m ,4),且直线PQ 垂直于直线x +y +1=0,则m =________.解析 由题意知 m -4-2-m=1,所以m -4=-2-m ,所以m =1.答案 16.(2017·浙江五校联考)已知动点P 的坐标为(x ,1-x ),x ∈R ,则动点P 的轨迹方程为________,它到原点距离的最小值为________.解析 设点P 的坐标为(x ,y ),则y =1-x ,即动点P 的轨迹方程为x +y -1=0;原点到直线x +y -1=0的距离为d =|0+0-1|12+12=22,即为所求原点到动点P 的轨迹的最小值. 答案 x +y -1=022考点一 两直线的平行与垂直【例1】 (1)已知两条直线l 1:(a -1)x +2y +1=0,l 2:x +ay +3=0平行,则a 等于( ) A.-1 B.2 C.0或-2D.-1或2(2)已知两直线方程分别为l 1:x +y =1,l 2:ax +2y =0,若l 1⊥l 2,则a =________. 解析 (1)若a =0,两直线方程分别为-x +2y +1=0和x =-3,此时两直线相交,不平行,所以a ≠0;当a ≠0时,两直线平行,则有a -11=2a ≠13,解得a =-1或2. (2)因为l 1⊥l 2,所以k 1k 2=-1. 即(-1)·⎝ ⎛⎭⎪⎫-a 2=-1,解得a =-2.答案 (1)D (2)-2规律方法 (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的系数间的关系得出结论. 【训练1】 (1)(2017·重庆一中检测)若直线l 1:(a -1)x +y -1=0和直线l 2:3x +ay +2=0垂直,则实数a 的值为( ) A.12B.32C.14D.34(2)(2017·诸暨模拟)已知a ,b 为正数,且直线ax +by -6=0与直线2x +(b -3)y +5=0平行,则2a +3b 的最小值为________.解析 (1)由已知得3(a -1)+a =0,解得a =34.(2)由两直线平行可得,a (b -3)=2b ,即2b +3a =ab ,2a +3b=1.又a ,b 为正数,所以2a +3b =(2a +3b )·⎝ ⎛⎭⎪⎫2a +3b =13+6a b +6b a≥13+26a b ·6ba=25,当且仅当a =b =5时取等号,故2a +3b 的最小值为25. 答案 (1)D (2)25考点二 两直线的交点与距离问题【例2】 (1)已知直线y =kx +2k +1与直线y =-12x +2的交点位于第一象限,则实数k 的取值范围是________.(2)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 (1)法一 由方程组⎩⎪⎨⎪⎧y =kx +2k +1,y =-12x +2, 解得⎩⎪⎨⎪⎧x =2-4k2k +1,y =6k +12k +1.(若2k +1=0,即k =-12,则两直线平行)∴交点坐标为⎝⎛⎭⎪⎫2-4k 2k +1,6k +12k +1.又∵交点位于第一象限, ∴⎩⎪⎨⎪⎧2-4k2k +1>0,6k +12k +1>0,解得-16<k <12.法二 如图,已知直线y =-12x +2与x 轴、y 轴分别交于点A (4,0),B (0,2).而直线方程y =kx +2k +1可变形为y -1=k (x +2),表示这是一条过定点P (-2,1),斜率为k 的动直线.∵两直线的交点在第一象限,∴两直线的交点必在线段AB 上(不包括端点), ∴动直线的斜率k 需满足k PA <k <k PB . ∵k PA =-16,k PB =12.∴-16<k <12.(2)法一 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|2k -3+k +2|k 2+1=|-4k -5+k +2|k 2+1,即|3k -1|=|-3k -3|,∴k =-13.∴直线l 的方程为y -2=-13(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.法二 当AB ∥l 时,有k =k AB =-13,直线l 的方程为y -2=-13(x +1),即x +3y -5=0.当l 过AB 中点时,AB 的中点为(-1,4). ∴直线l 的方程为x =-1.故所求直线l 的方程为x +3y -5=0或x =-1.答案 (1)⎝ ⎛⎭⎪⎫-16,12 (2)x +3y -5=0或x =-1规律方法 (1)求过两直线交点的直线方程的方法求过两直线交点的直线方程,先解方程组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 (x 0,y 0)到直线x =a 的距离d =|x 0-a |,到直线y =b 的距离d =|y 0-b |;②两平行线间的距离公式要把两直线方程中x ,y 的系数分别化为对应相等.【训练2】 (1)曲线y =2x -x 3在横坐标为-1的点处的切线为l ,则点P (3,2)到直线l 的距离为( ) A.722B.922C.1122D.91010(2)(2017·衢州模拟)若直线l 1:x +ay +6=0与l 2:(a -2)x +3y +2a =0平行,则l 1与l 2间的距离为( ) A. 2B.823C. 3D.833解析 (1)曲线y =2x -x 3上横坐标为-1的点的纵坐标为-1,故切点坐标为(-1,-1).切线斜率为k =y ′|x =-1=2-3×(-1)2=-1,故切线l 的方程为y -(-1)=-1×[x -(-1)],整理得x +y +2=0.由点到直线的距离公式,得点P (3,2)到直线l 的距离为|3+2+2|12+12=722. (2)因为l 1∥l 2,所以1a -2=a 3≠62a ,所以⎩⎪⎨⎪⎧a (a -2)=3,2a 2≠18,a ≠2,a ≠0,解得a =-1,所以l 1:x -y +6=0,l 2:x -y +23=0,所以l 1与l 2之间的距离d =⎪⎪⎪⎪⎪⎪6-232=823,故选B.答案 (1)A (2)B 考点三 对称问题【例3】 已知直线l :2x -3y +1=0,点A (-1,-2).求: (1)点A 关于直线l 的对称点A ′的坐标;(2)直线m :3x -2y -6=0关于直线l 的对称直线m ′的方程; (3)直线l 关于点A (-1,-2)对称的直线l ′的方程.解 (1)设A ′(x ,y ),再由已知⎩⎪⎨⎪⎧y +2x +1·23=-1,2×x -12-3×y -22+1=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =-3313,y =413,∴A ′⎝ ⎛⎭⎪⎫-3313,413.(2)在直线m 上取一点,如M (2,0),则M (2,0)关于直线l 的对称点必在m ′上. 设对称点为M ′(a ,b ),则⎩⎪⎨⎪⎧2×⎝ ⎛⎭⎪⎫a +22-3×⎝ ⎛⎭⎪⎫b +02+1=0,b -0a -2×23=-1,解得M ′⎝ ⎛⎭⎪⎫613,3013.设m 与l 的交点为N ,则由⎩⎪⎨⎪⎧2x -3y +1=0,3x -2y -6=0,得N (4,3).又∵m ′经过点N (4,3),∴由两点式得直线方程为9x -46y +102=0. (3)法一 在l :2x -3y +1=0上任取两点, 如M (1,1),N (4,3),则M ,N 关于点A 的对称点M ′,N ′均在直线l ′上.易知M ′(-3,-5),N ′(-6,-7),由两点式可得l ′的方程为2x -3y -9=0. 法二 设P (x ,y )为l ′上任意一点, 则P (x ,y )关于点A (-1,-2)的对称点为P ′(-2-x ,-4-y ),∵P ′在直线l 上,∴2(-2-x )-3(-4-y )+1=0, 即2x -3y -9=0.规律方法 (1)解决点关于直线对称问题要把握两点,点M 与点N 关于直线l 对称,则线段MN 的中点在直线l 上,直线l 与直线MN 垂直.(2)如果直线或点关于点成中心对称问题,则只需运用中点公式就可解决问题.(3)若直线l 1,l 2关于直线l 对称,则有如下性质:①若直线l 1与l 2相交,则交点在直线l 上;②若点B 在直线l 1上,则其关于直线l 的对称点B ′在直线l 2上.【训练3】 光线沿直线l 1:x -2y +5=0射入,遇直线l :3x -2y +7=0后反射,求反射光线所在的直线方程.解 法一 由⎩⎪⎨⎪⎧x -2y +5=0,3x -2y +7=0,得⎩⎪⎨⎪⎧x =-1,y =2.∴反射点M 的坐标为(-1,2).又取直线x -2y +5=0上一点P (-5,0),设P 关于直线l 的对称点P ′(x 0,y 0), 由PP ′⊥l 可知,k PP ′=-23=y 0x 0+5.而PP ′的中点Q 的坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫x 0-52,y 02,又Q 点在l 上,∴3·x 0-52-2·y 02+7=0.由⎩⎪⎨⎪⎧y 0x 0+5=-23,32(x 0-5)-y 0+7=0.得⎩⎪⎨⎪⎧x 0=-1713,y 0=-3213.根据直线的两点式方程可得所求反射光线所在直线的方程为29x -2y +33=0. 法二 设直线x -2y +5=0上任意一点P (x 0,y 0)关于直线l 的对称点为P ′(x ,y ), 则y 0-y x 0-x =-23, 又PP ′的中点Q ⎝⎛⎭⎪⎫x +x 02,y +y 02在l 上,∴3×x +x 02-2×y +y2+7=0,由⎩⎪⎨⎪⎧y 0-y x 0-x =-23,3×x +x2-(y +y 0)+7=0.可得P 点的横、纵坐标分别为x 0=-5x +12y -4213,y 0=12x +5y +2813,代入方程x -2y +5=0中,化简得29x -2y +33=0, ∴所求反射光线所在的直线方程为29x -2y +33=0.[思想方法]1.两直线的位置关系要考虑平行、垂直和重合.对于斜率都存在且不重合的两条直线l 1,l 2,l 1∥l 2⇔k 1=k 2;l 1⊥l 2⇔k 1·k 2=-1.若有一条直线的斜率不存在,那么另一条直线的斜率一定要特别注意.2.对称问题一般是将线与线的对称转化为点与点的对称.利用坐标转移法解决问题. [易错防范]1.在判断两条直线的位置关系时,首先应分析直线的斜率是否存在.若两条直线都有斜率,可根据判定定理判断,若直线无斜率,要单独考虑.2.在运用两平行直线间的距离公式d =|C 1-C 2|A 2+B 2时,一定要注意将两方程中x ,y 的系数分别化为相同的形式.。
2018高考数学(文)(人教新课标)大一轮复习配套文档第九章平面解析几何9-2两条直线的位置关系Word版含答
9.2 两条直线的位置关系1.两条直线的位置关系(1)平行:对于两条不重合的直线l 1,l 2,其斜率分别为k 1,k 2,有l 1∥l 2⇔____________,特别地,当直线l 1,l 2的斜率都不存在时,l 1与l 2的关系为____________.(2)垂直:如果两条直线l 1,l 2的斜率都存在,且分别为k 1,k 2,则有l 1⊥l 2⇔____________,特别地,若直线l 1:x =a ,直线l 2:y =b ,则l 1与l 2的关系为____________.2.两条直线的交点坐标一般地,将两条直线的方程联立,得方程组⎩⎪⎨⎪⎧A 1x +B 1y +C 1=0,A 2x +B 2y +C 2=0. 若方程组有唯一解,则两条直线__________,此解就是__________;若方程组无解,则两条直线____________,此时两条直线____________.3.距离公式(1)点到直线的距离:点P 0(x 0,y 0)到直线l :Ax +By +C =0的距离d =____________.(2)两条平行直线间的距离:两条平行直线l 1:Ax +By +C 1=0与l 2:Ax +By +C 2=0(C 1≠C 2)间的距离d =____________________.4.过两直线交点的直线系方程若已知直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0与l 2:A 2x +B 2y +C 2=0相交,则方程A 1x +B 1y +C 1+λ(A 2x +B 2y +C 2)=0(其中λ∈R ,这条直线可以是l 1,但不能是l 2)表示过l 1和l 2交点的直线系方程.自查自纠1.(1)k 1=k 2 l 1∥l 2 (2)k 1k 2=-1 l 1⊥l 2 2.相交 交点的坐标 无公共点 平行3.(1)||Ax 0+By 0+C A 2+B 2(2)||C 1-C 2A 2+B 2(2016·金华月考)直线2x +y +m =0和x +2y +n =0的位置关系是( )A .平行B .垂直C .相交但不垂直D .不能确定解:两直线的斜率分别为k 1=-2和k 2=-12,由k 1≠k 2知两直线不平行,由k 1k 2≠-1知两直线不垂直,因此两直线的位置关系为相交但不垂直.故选C .(2015·北京海淀区期末)已知直线l 1:x +2y -1=0与直线l 2:mx -y =0平行,则实数m 的值为( )A .-12B .12C .2D .-2解:因为直线l 1:x +2y -1=0与直线l 2:mx -y =0平行,所以m 1=-12≠0,解得m =-12.故选A .(2016·丽江月考)直线mx +4y -2=0与直线2x -5y +n =0垂直,垂足为(1,p ),则n 的值为( )A .-12B .-2C .0D .10解:因为两直线的斜率分别为-m 4和25,则-m 4×25=-1,所以m =10,则直线mx +4y -2=0可以写成5x +2y -1=0,过点(1,p ),有5+2p -1=0,则p =-2,且点(1,-2)又在2x -5y +n =0上,则2+10+n =0,所以n =-12.故选A .(2016·苍南月考)已知平行直线l 1:2x +y -1=0,l 2:2x +y +1=0,则l 1与l 2的距离是__________.解:利用两条平行直线间的距离公式得d =|C 1-C 2|A 2+B2=|-1-1|22+12=255.故填255.(2016·吉安月考)设直线l 1:ax +2y +6=0,l 2:x +(a -1)y +a 2-1=0,若l 1⊥l 2,则a =__________.解:l 1⊥l 2,则a ×1+2×(a -1)=0,解得a =23.故填23.类型一 两条直线平行、重合或相交 已知两条直线:l 1:x +my +6=0,l 2:(m -2)x +3y +2m =0,当m 为何值时,l 1与l 2:(1)相交;(2)平行;(3)重合. 解:联立两直线方程⎩⎪⎨⎪⎧x +my +6=0,(m -2)x +3y +2m =0.当m =0或m =2时两直线相交;当m ≠0且m ≠2时,此时A 1A 2=1m -2,B 1B 2=m 3,C 1C 2=62m ,当A 1A 2=B 1B 2时,即1m -2=m3,解得m =-1或m =3; 当A 1A 2=C 1C 2时,即1m -2=62m,解得m =3. (1)当m ≠-1且m ≠3时,A 1A 2≠B 1B 2,方程组有唯一一组解.所以l 1与l 2相交.(2)当m =-1时,A 1A 2=B 1B 2且A 1A 2≠C 1C 2,方程组无解. 所以l 1与l 2平行.(3)当m =3时,A 1A 2=B 1B 2=C 1C 2,方程组有无穷多组解.所以l 1与l 2重合.【点拨】由直线的一般式直接判断两条直线是否平行时,可直接应用本题的结论,即:若A 1A 2=B 1B 2≠C 1C 2,则直线A 1x +B 1y +C 1=0与A 2x +B 2y +C 2=0平行,这是一个很实用的结论,但要注意分母不能为零.当实数m 为何值时,三条直线l 1:3x +my -1=0,l 2:3x -2y -5=0,l 3:6x +y -5=0不能围成三角形.解:当m =0时,直线l 1,l 2,l 3可以围成三角形,要使直线l 1,l 2,l 3不能围成三角形,则m ≠0.记l 1,l 2,l 3三条直线的斜率分别为k 1,k 2,k 3, 则k 1=-3m ,k 2=32,k 3=-6.若l 1∥l 2,或l 1∥l 3,则k 1=k 2=32,或k 1=k 3=-6,解得m =-2或m =12;若三条直线交于一点,由⎩⎪⎨⎪⎧3x -2y -5=0,6x +y -5=0得⎩⎪⎨⎪⎧x =1,y =-1, l 2与l 3交于点(1,-1),将点(1,-1)代入3x +my -1=0,得m =2.所以当m =±2或12时,l 1,l 2,l 3不能围成三角形.类型二 两条直线垂直(1)已知两条直线l 1:ax -by +4=0和l 2:(a -1)x +y +b =0,若l 1⊥l 2,且l 1过点(-3,-1),求a ,b 的值;(2)已知两直线l 1:x +y sin α-1=0和l 2:2x ·sin α+y +1=0,若l 1⊥l 2,求α的值.解:(1)解法一:由已知可得l 2的斜率k 2存在,且k 2=1-a .若k 2=0,则1-a =0,a =1.因为l 1⊥l 2,所以直线l 1的斜率k 1必不存在,即b =0.又因为l 1过点(-3,-1),所以-3a +4=0,得a =43(矛盾). 所以此种情况不存在,所以k 2≠0, 所以k 1,k 2都存在.因为k 2=1-a ,k 1=ab,l 1⊥l 2, 所以k 1k 2=-1,即ab(1-a )=-1.①又因为l 1过点(-3,-1),所以-3a +b +4=0.② 联立①②可得a =2,b =2.解法二:因为l 1⊥l 2,所以a (a -1)+(-b )·1=0, 即b =a 2-a .①又因为l 1过点(-3,-1), 所以-3a +b +4=0.②联立①②可得⎩⎪⎨⎪⎧a =2,b =2.经验证,符合题意.故a =2,b =2.(2)因为A 1A 2+B 1B 2=0是l 1⊥l 2的充要条件, 所以2sin α+sin α=0,即sin α=0,α=k π,k ∈Z .所以当α=k π,k ∈Z 时,l 1⊥l 2.【点拨】判定两直线垂直的方法:(1)判定两直线的斜率是否存在,若存在,可先化成斜截式,若k 1·k 2=-1,则两直线垂直;若一条直线的斜率不存在,另一条直线的斜率为0,则两直线也垂直.(2)直接用以下方法,可避免对斜率是否存在进行讨论.设直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0,l 2:A 2x +B 2y +C 2=0,l 1⊥l 2⇔A 1A 2+B 1B 2=0.(3)当直线方程中存在字母参数时,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.“m =3”是“直线l 1:2(m +1)x +(m -3)y +7-5m =0与直线l 2:(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 .充分必要条件D .既不充分也不必要条件 解:由l 1⊥l 2,得2(m +1)(m -3)+2(m -3)=0, 解得m =3或m =-2.所以m =3是l 1⊥l 2的充分不必要条件.故选A .类型三 对称问题已知直线l :2x -3y +1=0,点A (-1,-2).求: (1)点A 关于直线l 的对称点A ′的坐标; (2)直线m :3x -2y -6=0关于直线l 的对称直线m ′的方程;(3)直线l 关于点A (-1,-2)对称的直线l ′的方程.解:(1)设A ′(x ,y ),则有⎩⎪⎨⎪⎧y +2x +1·23=-1,2×x -12-3×y -22+1=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =-3313,y =413,所以A ′⎝ ⎛⎭⎪⎫-3313,413.(2)在直线m 上取一点,如M (2,0),则M (2,0)关于直线l 的对称点必在m ′上.设对称点为M ′(a ,b ),则⎩⎪⎨⎪⎧2×⎝ ⎛⎭⎪⎫a +22-3×⎝ ⎛⎭⎪⎫b +02+1=0,b -0a -2×23=-1,解得M ′⎝ ⎛⎭⎪⎫613,3013.设m 与l 的交点为N ,则由⎩⎪⎨⎪⎧2x -3y +1=0,3x -2y -6=0,得N (4,3).又因为m ′经过点N (4,3),所以由两点式得直线m ′的方程为9x -46y +102=0.(3)解法一:在l :2x -3y +1=0上任取两点,如P (1,1),N (4,3).则P ,N 关于点A 的对称点P ′,N ′均在直线l ′上.易知P ′(-3,-5),N ′(-6,-7),由两点式可得l ′的方程为2x -3y -9=0.解法二:设Q (x ,y )为l ′上任意一点, 则Q (x ,y )关于点A (-1,-2)的对称点为Q ′(-2-x ,-4-y ),因为Q ′在直线l 上,所以2(-2-x )-3(-4-y )+1=0,即2x -3y -9=0.【点拨】(1)关于中心对称问题的处理方法: ①若点M (x 1,y 1)及N (x ,y )关于P (a ,b )对称,则由中点坐标公式得⎩⎪⎨⎪⎧x =2a -x 1,y =2b -y 1.②求直线关于点的对称直线的方程,其主要方法是: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,或者求出一个对称点,再利用两直线平行,由点斜式得到所求直线方程,当然,斜率必须存在.(2)关于轴对称问题的处理方法:①点关于直线的对称.若两点P 1(x 1,y 1)与P 2(x 2,y 2)关于直线l :Ax +By +C =0对称,则线段P 1P 2的中点在l 上,且连接P 1P 2的直线垂直于l ,由方程组⎩⎪⎨⎪⎧A ⎝ ⎛⎭⎪⎫x 1+x 22+B ⎝ ⎛⎭⎪⎫y 1+y 22+C =0,y 2-y 1x 2-x 1·⎝ ⎛⎭⎪⎫-A B =-1,可得到点P 1关于l对称的点P 2的坐标(x 2,y 2)(其中B ≠0,x 1≠x 2).②直线关于直线的对称.此类问题一般转化为点关于直线的对称问题来解决,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.已知直线l :x +2y -2=0,试求: (1)点P (-2,-1)关于直线l 的对称点坐标; (2)直线l 1:y =x -2关于直线l 对称的直线l 2的方程;(3)直线l 关于点A (1,1)对称的直线方程. 解:(1) 设点P 关于直线l 的对称点为P ′(x 0,y 0),则线段PP ′的中点M 在对称轴l 上,且PP ′⊥l .所以⎩⎪⎨⎪⎧y 0+1x 0+2·⎝ ⎛⎭⎪⎫-12=-1,x 0-22+2·y 0-12-2=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x 0=25,y 0=195,即P ′坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫25,195.(2)直线l 1:y =x -2关于直线l 对称的直线为l 2,则l 2上任一点P (x ,y )关于l 的对称点P ′(x ′,y ′)一定在直线l 1上,反之也成立.由⎩⎪⎨⎪⎧y -y ′x -x ′·⎝ ⎛⎭⎪⎫-12=-1,x +x ′2+2·y +y ′2-2=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x ′=3x -4y +45,y ′=-4x -3y +85.把(x ′,y ′)代入方程y =x -2并整理得7x -y -14=0,即直线l 2的方程为7x -y -14=0.(3)设直线l 关于点A (1,1)的对称直线为l ′,则直线l 上任一点P (x 1,y 1)关于点A 的对称点P ′(x ,y )一定在直线l ′上,反之也成立.由⎩⎪⎨⎪⎧x +x12=1,y +y 12=1,解得⎩⎪⎨⎪⎧x 1=2-x ,y 1=2-y , 将(x 1,y 1)代入直线l 的方程得x +2y -4=0. 所以直线l ′的方程为x +2y -4=0.类型四 距离问题(1)已知点P (4,a )到直线4x -3y -1=0的距离不大于3,则a 的取值范围是____________.(2)若两平行直线3x -2y -1=0,6x +ay +c =0之间的距离为21313,则c 的值是____________.解:(1)由题意得,点P 到直线的距离为|4×4-3×a -1|5=|15-3a |5.又|15-3a |5≤3,即|15-3a |≤15, 解之得0≤a ≤10,所以a 的取值范围是.故填. (2)依题意知,63=a -2≠c-1,解得a =-4,c ≠-2,即直线6x +ay +c =0可化为3x -2y +c2=0,又两平行线之间的距离为21313,所以⎪⎪⎪⎪⎪⎪c 2+132+(-2)2=21313,解得c =2或-6. 故填2或-6.【点拨】距离的求法: (1)点到直线的距离.可直接利用点到直线的距离公式来求,但要注意此时直线方程必须为一般式.(2)两平行直线间的距离.①利用“化归”法将两条平行线间的距离转化为一条直线上任意一点到另一条直线的距离;②利用两平行线间的距离公式d =|C 1-C 2|A 2+B 2.直线l 经过点P (2,-5)且与点A (3,-2)和点B (-1,6)的距离之比为1∶2,求直线l 的方程.解:当直线l 与x 轴垂直时,此时直线l 的方程为x =2,点A 到直线l 的距离为d 1=1,点B 到直线l 的距离为d 2=3,不符合题意,故直线l 的斜率必存在.设直线l 的方程为y +5=k (x -2),即kx -y -2k -5=0,则点A (3,-2)到直线l 的距离d 1=|3k -(-2)-2k -5|k 2+1=|k -3|k 2+1,点B (-1,6)到直线l 的距离d 2=|-k -6-2k -5|k 2+1=|3k +11|k 2+1,因为d 1∶d 2=1∶2,所以|k -3||3k +11|=12,解得k =-1或k =-17.所以所求直线方程为x +y +3=0和17x +y -29=0.类型五 直线系及其应用求证:动直线(m 2+2m +3)x +(1+m -m 2)y +3m 2+1=0(其中m ∈R )恒过定点,并求出定点坐标.证法一:令m =0,则直线方程为3x +y +1=0,①再令m =1时,直线方程为6x +y +4=0,②联立①②,得方程组⎩⎪⎨⎪⎧3x +y +1=0,6x +y +4=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =-1,y =2. 将点A (-1,2)代入动直线(m 2+2m +3)x +(1+m -m 2)y +3m 2+1=0中,(m 2+2m +3)×(-1)+(1+m -m 2)×2+3m 2+1 =(3-1-2)m 2+(-2+2)m +2+1-3=0,故点A (-1,2)的坐标恒满足动直线方程,所以动直线(m 2+2m +3)x +(1+m -m 2)y +3m 2+1=0恒过定点A .证法二:将动直线方程按m 降幂排列整理得,m 2(x -y +3)+m (2x +y )+3x +y +1=0,①不论m 为何实数,①式恒为零,所以有⎩⎪⎨⎪⎧x -y +3=0,2x +y =0,3x +y +1=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =-1,y =2.故动直线恒过点(-1,2).【点拨】此题属于数学中恒成立问题,所以证法一是先赋给m 两个特殊值得两条直线,那么这两条直线的交点就是那个定点,但m 只是取两个特殊值,是否m ∈R 时都成立,则要进行代入检验;证法二是将动直线方程按m 的降幂排列,由于∀m ∈R 恒成立,所以得关于x ,y 的方程组,解此方程组便得定点坐标.直线系也称直线束,是具有某一共同性质的直线的集合.常见直线系方程有:(1)过定点(x 1,y 1)的直线系:y -y 1=k (x -x 1)和x =x 1.(2)平行于直线Ax +By +C =0的直线系:Ax +By +λ=0(λ≠C ).(3)垂直于直线Ax +By +C =0的直线系:Bx -Ay +λ=0.(4)过A 1x +B 1y +C 1=0与A 2x +B 2y +C 2=0的交点的直线系:A 1x +B 1y +C 1+λ(A 2x +B 2y +C 2)=0(不包括直线A 2x +B 2y +C 2=0).(2016·湖南模拟改编)设直线系M :x cos θ+(y -2)sin θ=1(0≤θ<2π),对于下列四个命题:①当直线垂直y 轴时,θ=0或π; ②当θ=π6时,直线的倾斜角为120°;③M 中所有直线均经过一个定点;④存在定点P 不在M 中的任意一条直线上. 其中真命题的代号是____________.(写出所有真命题的代号)解:当直线垂直y 轴时,则cos θ=0,解得θ=π2或3π2,故①错;当θ=π6时,直线方程为3x +y -4=0,则直线的斜率为-3,所以直线的倾斜角为120°,故②正确;根据直线系M 知所有直线都为圆心为(0,2),半径为1的圆的切线,所以没有过定点,故③错;存在定点(0,2)不在M 中的任意一条直线上,故④正确.故填②④.1.当直线的方程中含有字母参数时,不仅要考虑斜率存在与不存在的情况,同时还要注意x ,y 的系数不能同时为零这一隐含条件.2.两条直线的位置关系一般用斜率和截距来判定,但当直线方程用一般式给出且系数中有参数时,往往需要繁琐地讨论.但也可以这样避免:设两直线为A 1x +B 1y +C 1=0和A 2x +B 2y +C 2=0,则两直线垂直的条件为⎝ ⎛⎭⎪⎫-A 1B 1·⎝ ⎛⎭⎪⎫-A 2B 2=-1,由此得A 1A 2+B 1B 2=0,但后者适用性更强,因为当B 1=0或B 2=0时前者不适用但后者适用.3.运用直线系方程,有时会使解题更为简单快捷,常见的直线系方程有:(1)与直线Ax +By +C =0平行的直线系方程是Ax +By +m =0(m ∈R 且m ≠C );(2)与直线Ax +By +C =0垂直的直线系方程是Bx -Ay +m =0(m ∈R );(3)过直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0与l 2:A 2x +B 2y +C 2=0的交点的直线系方程为A 1x +B 1y +C 1+λ(A 2x +B 2y +C 2)=0(λ∈R ),但不包括l 2.4.运用公式d =||C 1-C 2A 2+B 2求两平行直线间的距离时,一定要将两条直线方程中x ,y 的系数化成相等的系数,求两平行直线间的距离也可化归为点到直线的距离,即在一条直线上任取一点(如直线与坐标轴的交点),求该点到另一条直线的距离即为两平行直线间的距离.这一方法体现了化归思想的应用.5.对称主要分为中心对称和轴对称两种,中心对称仅用中点坐标公式即可,轴对称因对称点连线的中垂线就是对称轴,所以根据线段的中点坐标公式和两条直线垂直的条件即可解决.1.过点A (2,3)且垂直于直线2x +y -5=0的直线方程为( )A .x -2y +4=0B .2x +y -7=0C .x -2y +3=0D .x -2y +5=0解:由点斜式得所求直线方程为y -3=12(x -2),即x -2y +4=0.故选A .2.过点(1,0)且与直线x -2y -2=0平行的直线方程是( )A .x -2y -1=0B .x -2y +1=0C .2x +y -2=0D .x +2y -1=0解:设所求直线方程为x -2y +c =0,将(1,0)代入得c =-1.所以所求直线方程为x -2y -1=0.故选A .3.两平行线3x +4y -9=0和6x +my +2=0之间的距离是( )A.85B .2C.115D.75解:因为两直线平行,所以m =8,所以后一条直线方程可化为3x +4y +1=0,由两平行直线间的距离公式得d =|1+9|5=2.故选B .4.(2015·武汉调研)直线x -2y +1=0关于直线x =1对称的直线方程是( )A .x +2y -1=0B .2x +y -1=0C .2x +y -3=0D .x +2y -3=0解:设直线x -2y +1=0关于直线x =1对称的直线为l 2,则l 2的斜率为-12,且过直线x -2y +1=0与x=1的交点(1,1),则l 2的方程为y -1=-12(x -1),即x +2y -3=0.故选D .5.(2015·洛阳统考)已知点P (x 0,y 0)是直线l :Ax +By +C =0外一点,则方程Ax +By +C +(Ax 0+By 0+C )=0表示( )A .过点P 且与l 垂直的直线B .过点P 且与l 平行的直线C .不过点P 且与l 垂直的直线D .不过点P 且与l 平行的直线解:因为点P (x 0,y 0)不在直线Ax +By +C =0上,所以Ax 0+By 0+C ≠0,所以直线Ax +By +C +(Ax 0+By 0+C )=0不经过点P .又直线Ax +By +C +(Ax 0+By 0+C )=0与直线l :Ax +By +C =0平行.故选D .6.(2016·宜春统考)已知直线l 过点P (3,4)且与点A (-2,2),B (4,-2)等距离,则直线l 的方程为( )A .2x +3y -18=0B .2x -y -2=0C .3x -2y +18=0或x +2y +2=0D .2x +3y -18=0或2x -y -2=0解:显然直线l 的斜率存在,依题意,设直线l :y -4=k (x -3),即kx -y +4-3k =0,则有|-5k +2|k 2+1=|k +6|k 2+1,因此-5k +2=k +6或-5k +2=-(k +6), 解得k =-23或k =2,故直线l 的方程为2x +3y -18=0或2x -y -2=0.故选D .7.(2016·山西模拟改编)已知a ,b 满足a +2b =1,则直线ax +3y +b =0必过定点____________.解:由a +2b =1知ax +3y +b =0等价于(1-2b )x+3y +b =0,即(x +3y )+(1-2x )b =0.由⎩⎪⎨⎪⎧x +3y =0,1-2x =0得⎩⎪⎨⎪⎧x =12,y =-16,即定点坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫12,-16.故填⎝ ⎛⎭⎪⎫12,-16.8.(2016·湖北模拟)设直线l 经过点A (-1,1),则当点B (2,-1)与直线l 的距离最远时,直线l 的方程为__________.解:设点B 到直线l 的距离为d ,当d =|AB |时取得最大值,此时直线l 垂直于直线AB ,则k l =-1k AB =32,所以直线l 的方程为y -1=32(x +1),即3x -2y +5=0.故填3x -2y +5=0.9.已知两直线l 1:x +y sin θ-1=0和l 2:2x sin θ+y +1=0,试求θ的值,使得:(1)l 1∥l 2; (2)l 1⊥l 2.解:(1)由12sin θ=sin θ≠-11,得sin θ=±22.由sin θ=±22,得θ=k π±π4(k ∈Z ). 所以当θ=k π±π4(k ∈Z )时,l 1∥l 2.(2)由2sin θ+sin θ=0,得sin θ=0,θ=k π(k ∈Z ),所以当θ=k π(k ∈Z )时,l 1⊥l 2.10.求直线l :x -2y +6=0关于点M (-1,1)对称的直线l ′的方程.解法一:取l 上的两点A (0,3),B (-6,0),求出它们关于点M 的对称点,A ′(-2,-1),B ′(4,2),再用两点式求出l ′的方程为x -2y =0.解法二:设点P ′(x ′,y ′)为所求直线l ′上的任意一点,则点P ′关于点M 在直线l 上的对称点为P (x ,y ).由⎩⎪⎨⎪⎧-1=x +x ′2,1=y +y ′2得 ⎩⎪⎨⎪⎧x =-2-x ′,y =2-y ′, 代入直线l的方程得(-2-x ′)-2(2-y ′)+6=0,得x ′-2y ′=0,即x -2y =0为所求直线l ′的方程.11.设一直线l 经过点(-1,1),此直线被两平行直线l 1:x +2y -1=0和l 2:x +2y -3=0所截得线段的中点在直线x -y -1=0上,求直线l 的方程.解法一:设直线x -y -1=0与l 1,l 2的交点分别为C (x C ,y C ),D (x D ,y D ),则由⎩⎪⎨⎪⎧x +2y -1=0,x -y -1=0解得⎩⎪⎨⎪⎧x C =1,y C=0, 所以C (1,0).由⎩⎪⎨⎪⎧x +2y -3=0,x -y -1=0解得⎩⎪⎨⎪⎧x D=53,y D=23,所以D ⎝ ⎛⎭⎪⎫53,23.所以CD 的中点为M ⎝ ⎛⎭⎪⎫43,13. 又l 过点(-1,1),由两点式得l 的方程为: y -131-13=x -43-1-43,即2x +7y -5=0. 解法二:因为与l 1,l 2平行且与它们距离相等的直线方程为x +2y +-1-32=0,即x +2y -2=0,所以由⎩⎪⎨⎪⎧x +2y -2=0,x -y -1=0 得M ⎝ ⎛⎭⎪⎫43,13.(以下同解法一)解法三:过中点且与两直线平行的直线方程为x +2y -2=0,设所求方程为(x -y -1)+λ(x +2y -2)=0,① 因为(-1,1)在此直线上,所以-1-1-1+λ(-1+2-2)=0,解得λ=-3,代入①得2x +7y -5=0.解法四:设所求直线与两平行线l 1,l 2的交点为A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则由⎩⎪⎨⎪⎧x 1+2y 1-1=0,x 2+2y 2-3=0得(x 1+x 2)+2(y 1+y 2)-4=0.①又AB 的中点在直线x -y -1=0上, 所以x 1+x 22-y 1+y 22-1=0.②联立①②解得⎩⎪⎨⎪⎧x 1+x 22=43,y 1+y 22=13.(以下同解法一)(2016·湖南模拟改编)已知抛物线y =x 2上存在两个不同的点M ,N 关于直线y =-kx +92对称,求实数k 的取值范围.解:设M (x 1,x 21),N (x 2,x 22)关于已知直线对称,显然k ≠0,所以x 21-x 22x 1-x 2=1k ,即x 1+x 2=1k.又线段MN 的中点在直线y =-kx +92上,所以x 21+x 222=-k ·x 1+x 22+92=-k ·12k +92=4. 由于线段MN 的中点必在抛物线内,有x 21+x 222>⎝ ⎛⎭⎪⎫x 1+x 222,即4>⎝ ⎛⎭⎪⎫12k 2,所以k 2>116,解得k <-14或k >14.所以实数k 的取值范围是⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-14∪⎝ ⎛⎭⎪⎫14,+∞.。
2018版高考数学理江苏专用大一轮复习讲义教师版文档第九章 平面解析几何 9.3 含答案 精品
圆的定义与方程【知识拓展】1.确定圆的方程的方法和步骤确定圆的方程主要方法是待定系数法,大致步骤为(1)根据题意,选择标准方程或一般方程;(2)根据条件列出关于a,b,r或D,E,F的方程组;(3)解出a,b,r或D,E,F代入标准方程或一般方程.2.点与圆的位置关系点和圆的位置关系有三种.圆的标准方程(x-a)2+(y-b)2=r2,点M(x0,y0)(1)点在圆上:(x0-a)2+(y0-b)2=r2;(2)点在圆外:(x0-a)2+(y0-b)2>r2;(3)点在圆内:(x0-a)2+(y0-b)2<r2.【思考辨析】判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)(1)确定圆的几何要素是圆心与半径.( √ )(2)已知点A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则以AB 为直径的圆的方程是(x -x 1)(x -x 2)+(y -y 1)(y -y 2)=0.( √ )(3)方程Ax 2+Bxy +Cy 2+Dx +Ey +F =0表示圆的充要条件是A =C ≠0,B =0,D 2+E 2-4AF >0.( √ )(4)方程x 2+2ax +y 2=0一定表示圆.( × )(5)若点M (x 0,y 0)在圆x 2+y 2+Dx +Ey +F =0外,则x 20+y 20+Dx 0+Ey 0+F >0.( √ )1.(教材改编)圆心是(-2,3),且经过原点的圆的标准方程为______________. 答案 (x +2)2+(y -3)2=13 解析 易得r =13.2.已知圆C :(x -3)2+(y -4)2=1和两点A (-m,0),B (m ,0)(m >0),若圆C 上存在点P ,使得∠APB =90°,则m 的最大值为________. 答案 6解析 根据题意,画出示意图,如图所示,则圆心C 的坐标为(3,4),半径r =1,且AB =2m . 因为∠APB =90°,连结OP , 易知OP =12AB =m .要求m 的最大值,即求圆C 上的点P 到原点O 的最大距离. 因为OC =32+42=5, 所以(OP )max =OC +r =6, 即m 的最大值为6.3.(2016·扬州检测)当a 为任意实数时,直线(a -1)x -y +a +1=0恒过定点C ,则以点C 为圆心,5为半径的圆的方程为______________. 答案 x 2+y 2+2x -4y =0解析 将方程分离参数a 可得a (x +1)-(x +y -1)=0,方程表示过两直线的交点,由⎩⎪⎨⎪⎧x +1=0,x +y -1=0得交点为(-1,2),故圆的方程为(x +1)2+(y -2)2=5,即x 2+y 2+2x -4y =0.4.(教材改编)圆C 的圆心在x 轴上,并且过点A (-1,1)和B (1,3),则圆C 的方程为_______. 答案 x 2+y 2-4x -6=0 解析 设圆心坐标为C (a,0), ∵点A (-1,1)和B (1,3)在圆C 上, ∴CA =CB ,即(a +1)2+1=(a -1)2+9, 解得a =2, ∴圆心为C (2,0),半径CA =(2+1)2+1=10,∴圆C 的方程为(x -2)2+y 2=10,即x 2+y 2-4x -6=0.5.(2016·浙江)已知a ∈R ,方程a 2x 2+(a +2)y 2+4x +8y +5a =0表示圆,则圆心坐标是________,半径是________. 答案 (-2,-4) 5解析 由已知方程表示圆,则a 2=a +2, 解得a =2或a =-1.当a =2时,方程不满足表示圆的条件,故舍去. 当a =-1时,原方程为x 2+y 2+4x +8y -5=0, 化为标准方程为(x +2)2+(y +4)2=25, 表示以(-2,-4)为圆心,半径为5的圆.题型一 求圆的方程例1 (1)(2016·天津)已知圆C 的圆心在x 轴的正半轴上,点M (0,5)在圆C 上,且圆心到直线2x -y =0的距离为455,则圆C 的方程为________________.(2)(2015·课标全国Ⅰ)一个圆经过椭圆x 216+y 24=1的三个顶点,且圆心在x 轴的正半轴上,则该圆的标准方程为________.答案 (1)x 2+y 2-4x -5=0 (2)⎝⎛⎭⎫x -322+y 2=254解析 (1)因为圆C 的圆心在x 轴的正半轴上,设C (a,0),且a >0, 所以圆心到直线2x -y =0的距离d =2a 5=455,解得a =2,所以圆C 的半径r =CM =4+5=3,所以圆C 的方程为(x -2)2+y 2=9, 即x 2+y 2-4x -5=0.(2)由题意知圆过(4,0),(0,2),(0,-2)三点, (4,0),(0,-2)两点的垂直平分线方程为 y +1=-2(x -2),令y =0,解得x =32,圆心为⎝⎛⎭⎫32,0,半径为52. 所以圆的标准方程为(x -32)2+y 2=254.思维升华 (1)直接法:根据圆的几何性质,直接求出圆心坐标和半径,进而写出方程. (2)待定系数法①若已知条件与圆心(a ,b )和半径r 有关,则设圆的标准方程,依据已知条件列出关于a ,b ,r 的方程组,从而求出a ,b ,r 的值;②若已知条件没有明确给出圆心或半径,则选择圆的一般方程,依据已知条件列出关于D ,E ,F 的方程组,进而求出D ,E ,F 的值.(2016·苏北四市联考)已知圆C 关于y 轴对称,经过点A (1,0),且被x 轴分成两段弧,弧长之比为1∶2,则圆C 的标准方程为________________. 答案 x 2+(y ±33)2=43解析 ∵圆C 关于y 轴对称,∴可设C (0,b ),设圆C 的半径为r ,则圆C 的标准方程为x 2+(y -b )2=r 2, 依题意,得⎩⎪⎨⎪⎧12+(-b )2=r 2,|b |=12r ,解得⎩⎨⎧r 2=43,b =±33,于是圆C 的标准方程为x 2+(y ±33)2=43.题型二 与圆有关的最值问题例2 (2016·盐城检测)已知点(x ,y )在圆(x -2)2+(y +3)2=1上,求x +y 的最大值和最小值. 解 设t =x +y ,则y =-x +t ,t 可视为直线y =-x +t 的纵截距,∴x +y 的最大值和最小值就是直线与圆有公共点时直线纵截距的最大值和最小值,即直线与圆相切时的纵截距.由直线与圆相切得圆心到直线的距离等于半径, 即|2+(-3)-t |2=1, 解得t =2-1或t =-2-1.∴x +y 的最大值为2-1,最小值为-2-1. 引申探究1.在例2的条件下,求yx的最大值和最小值.解 y x 可视为点(x ,y )与原点连线的斜率,y x 的最大值和最小值就是与该圆有公共点的过原点的直线斜率的最大值和最小值,即直线与圆相切时的斜率.设过原点的直线的方程为y =kx ,由直线与圆相切得圆心到直线的距离等于半径,即|2k +3|k 2+1=1,解得k =-2+233或k =-2-233.∴y x 的最大值为-2+233,最小值为-2-233. 2.在例2的条件下,求x 2+y 2+2x -4y +5的最大值和最小值. 解x 2+y 2+2x -4y +5=(x +1)2+(y -2)2,求它的最值可视为求点(x ,y )到定点(-1, 2)的距离的最值,可转化为圆心(2,-3)到定点(-1,2)的距离与半径的和或差.又圆心到定点(-1,2)的距离为34,∴x 2+y 2+2x -4y +5的最大值为34+1,最小值为34-1. 思维升华 与圆有关的最值问题的常见类型及解题策略(1)与圆有关的长度或距离的最值问题的解法.一般根据长度或距离的几何意义,利用圆的几何性质数形结合求解.(2)与圆上点(x ,y )有关代数式的最值的常见类型及解法.①形如u =y -b x -a 型的最值问题,可转化为过点(a ,b )和点(x ,y )的直线的斜率的最值问题;②形如t =ax +by 型的最值问题,可转化为动直线的截距的最值问题;③形如(x -a )2+(y -b )2型的最值问题,可转化为动点到定点(a ,b )的距离平方的最值问题.(2016·扬州模拟)已知实数x ,y 满足方程x 2+y 2-4x +1=0.求:(1)yx 的最大值和最小值; (2)y -x 的最小值; (3)x 2+y 2的最大值和最小值.解 (1)如图,方程x 2+y 2-4x +1=0表示以点(2,0)为圆心,以3为半径的圆.设yx =k ,即y =kx ,则圆心(2,0)到直线y =kx 的距离为半径,即直线与圆相切时,斜率取得最大值、最小值. 由|2k -0|k 2+1=3,解得k 2=3, ∴k max =3,k min =- 3.(2)设y -x =b ,则y =x +b ,当且仅当直线y =x +b 与圆切于第四象限时,截距b 取最小值, 由点到直线的距离公式,得|2-0+b |2=3, 即b =-2±6, 故(y -x )min =-2- 6.(3)x 2+y 2是圆上的点与原点的距离的平方,故连结OC , 与圆交于B 点,并延长交圆于C ′,则 (x 2+y 2)max =(OC ′)2=(2+3)2=7+43, (x 2+y 2)min =OB 2=(2-3)2=7-4 3. 题型三 与圆有关的轨迹问题例3 (2016·盐城模拟)已知圆x 2+y 2=4上一定点A (2,0),B (1,1)为圆内一点,P ,Q 为圆上的动点.(1)求线段AP 中点的轨迹方程;(2)若∠PBQ =90°,求线段PQ 中点的轨迹方程. 解 (1)设AP 的中点为M (x ,y ),由中点坐标公式可知,P 点坐标为(2x -2,2y ). 因为P 点在圆x 2+y 2=4上, 所以(2x -2)2+(2y )2=4,故线段AP 中点的轨迹方程为(x -1)2+y 2=1. (2)设PQ 的中点为N (x ,y ),在Rt △PBQ 中, PN =BN .设O 为坐标原点,连结ON ,则ON ⊥PQ , 所以OP 2=ON 2+PN 2=ON 2+BN 2, 所以x 2+y 2+(x -1)2+(y -1)2=4.故线段PQ 中点的轨迹方程为x 2+y 2-x -y -1=0.思维升华 求与圆有关的轨迹问题时,根据题设条件的不同常采用以下方法 (1)直接法,直接根据题目提供的条件列出方程. (2)定义法,根据圆、直线等定义列方程. (3)几何法,利用圆的几何性质列方程.(4)代入法,找到要求点与已知点的关系,代入已知点满足的关系式等.(2016·天津模拟)设定点M (-3,4),动点N 在圆x 2+y 2=4上运动,以OM 、ON为两边作平行四边形MONP ,求点P 的轨迹.解 如图所示,设P (x ,y ),N (x 0,y 0),则线段OP 的中点坐标为⎝⎛⎭⎫x 2,y 2,线段MN 的中点坐标为⎝⎛⎭⎫x 0-32,y 0+42.由于平行四边形的对角线互相平分,故x 2=x 0-32,y 2=y 0+42.从而⎩⎪⎨⎪⎧x 0=x +3,y 0=y -4. 又N (x +3,y -4)在圆上,故(x +3)2+(y -4)2=4. 因此所求轨迹为圆:(x +3)2+(y -4)2=4,但应除去两点⎝⎛⎭⎫-95,125和⎝⎛⎭⎫-215,285(点P 在直线OM 上的情况).21.利用几何性质巧设方程求半径典例 在平面直角坐标系xOy 中,曲线y =x 2-6x +1与坐标轴的交点都在圆C 上,求圆C 的方程.思想方法指导 本题可采用两种方法解答,即代数法和几何法.(1)一般解法(代数法):可以求出曲线y =x 2-6x +1与坐标轴的三个交点,设圆的方程为一般式,代入点的坐标求解析式.(2)巧妙解法(几何法):利用圆的性质,知道圆心一定在圆上两点连线的垂直平分线上,从而设圆的方程为标准式,简化计算,显然几何法比代数法的计算量小,因此平时训练多采用几何法解题. 规范解答解 一般解法 (代数法)曲线y =x 2-6x +1与y 轴的交点为(0,1),与x 轴的交点为(3+22,0),(3-22,0),设圆的方程是x 2+y 2+Dx +Ey +F =0(D 2+E 2-4F >0),则有⎩⎨⎧1+E +F =0,(3+22)2+D (3+22)+F =0,(3-22)2+D (3-22)+F =0,解得⎩⎪⎨⎪⎧D =-6,E =-2,F =1,故圆的方程是x 2+y 2-6x -2y +1=0.巧妙解法 (几何法)曲线y =x 2-6x +1与y 轴的交点为(0,1),与x 轴的交点为(3+22,0),(3-22,0).故可设C 的圆心为(3,t ),则有32+(t -1)2=(22)2+t 2,解得t =1. 则圆C 的半径为32+(t -1)2=3, 所以圆C 的方程为(x -3)2+(y -1)2=9, 即x 2+y 2-6x -2y +1=0.1.(2017·南京检测)圆心在y 轴上,且过点(3,1)的圆与x 轴相切,则该圆的方程是______. 答案 x 2+y 2-10y =0解析 根据题意,设圆心坐标为(0,r ),半径为r ,则32+(r -1)2=r 2,解得r =5,所以圆的方程为x 2+y 2-10y =0.2.已知圆M 的圆心M 在y 轴上,半径为1,直线l :y =2x +2被圆M 所截得的弦长为455,且圆心M 在直线l 的下方,则圆M 的标准方程是__________. 答案 x 2+(y -1)2=1 解析 点M 到l 的距离d = 1-(255)2=55.设M (0,a ),所以|2-a |5=55,所以a =1或a =3.又因为a <2×0+2=2,所以a =1. 所以圆M 的标准方程为x 2+(y -1)2=1.3.若直线ax +2by -2=0(a >0,b >0)始终平分圆x 2+y 2-4x -2y -8=0的周长,则1a +2b 的最小值为________. 答案 3+2 2解析 由题意知圆心C (2,1)在直线ax +2by -2=0上, ∴2a +2b -2=0,整理得a +b =1,∴1a +2b =(1a +2b )(a +b )=3+b a +2a b ≥3+2b a ×2ab=3+22, 当且仅当b a =2ab ,即b =2-2,a =2-1时,等号成立.∴1a +2b的最小值为3+2 2. 4.点P (4,-2)与圆x 2+y 2=4上任一点连线的中点的轨迹方程是________________. 答案 (x -2)2+(y +1)2=1解析 设圆上任一点坐标为(x 0,y 0),x 20+y 20=4,连线中点坐标为(x ,y ),则⎩⎪⎨⎪⎧ 2x =x 0+4,2y =y 0-2⇒⎩⎪⎨⎪⎧x 0=2x -4,y 0=2y +2,代入x 20+y 20=4,得(x -2)2+(y +1)2=1.5.圆C 的圆心在y 轴正半轴上,且与x 轴相切,被双曲线x 2-y 23=1的渐近线截得的弦长为3,则圆C 的标准方程为______________. 答案 x 2+(y -1)2=1解析 依题意得,题中的双曲线的一条渐近线的斜率为3,倾斜角为60°,结合图形(图略)可知,所求的圆C 的圆心坐标是(0,1),半径是1,因此其方程是x 2+(y -1)2=1.6.(2016·淮安模拟)已知P 是直线l :3x -4y +11=0上的动点,P A ,PB 是圆x 2+y 2-2x -2y +1=0的两条切线(A ,B 是切点),C 是圆心,那么四边形P ACB 的面积的最小值是__________. 答案3解析 圆的方程可化为(x -1)2+(y -1)2=1,则C (1,1),当PC 最小时,四边形P ACB 的面积最小, (PC )min =|3-4+11|32+42=2,此时P A =PB = 3.所以四边形P ACB 的面积S =2×12×3×1= 3.7.(2016·常州模拟)已知圆C 过点(-1,0),且圆心在x 轴的负半轴上,直线l :y =x +1被该圆所截得的弦长为22,则过圆心且与直线l 平行的直线方程为________________. 答案 x -y +3=0解析 设圆的方程为(x -a )2+y 2=r 2(a <0),因为圆C 过点(-1,0),且直线l :y =x +1被该圆所截得的弦长为22,所以⎩⎪⎨⎪⎧(-1-a )2=r 2,(|a +1|2)2+(2)2=r 2, 解得⎩⎪⎨⎪⎧a =-3,r 2=4,即圆心坐标为(-3,0),则所求直线为y =x +3,即x -y +3=0.8.过点P (1,1)的直线,将圆形区域{(x ,y )|x 2+y 2≤4}分为两部分,使得这两部分的面积之差最大,则该直线的方程为______________. 答案 x +y -2=0解析 当圆心与点P 的连线和过点P 的直线垂直时,符合条件.圆心O 与点P 连线的斜率k =1,所求直线方程为y -1=-(x -1),即x +y -2=0.9.已知D 是由不等式组⎩⎪⎨⎪⎧x -2y ≥0, x +3y ≥0所确定的平面区域,则圆x 2+y 2=4在区域D 内的弧长为________. 答案 π2解析 作出可行域D 及圆x2+y 2=4,如图所示,图中阴影部分所在圆心角θ=α-β所对的弧长即为所求. 易知图中两直线的斜率分别为12,-13,即tan α=12,tan β=-13,tan θ=tan(α-β)=12+131-12×13=1,得θ=π4,故弧长l =θ·R =π4×2=π2(R 为圆的半径).10.在平面直角坐标系中,O 为原点,A (-1,0),B (0,3),C (3,0),动点D 满足|CD →|=1,则|OA →+OB →+OD →|的最大值是________. 答案7+1解析 设D (x ,y ),由CD →=(x -3,y )及|CD →|=1, 知(x -3)2+y 2=1,即动点D 的轨迹为以点C 为圆心的单位圆,又OA →+OB →+OD →=(-1,0)+(0,3)+(x ,y )=(x-1,y +3),∴|OA →+OB →+OD →|=(x -1)2+(y +3)2.问题转化为圆(x -3)2+y 2=1上的点与点P (1,-3)间距离的最大值.∵圆心C (3,0)与点P (1,-3)之间的距离为d =(3-1)2+(0+3)2=7, 故(x -1)2+(y +3)2的最大值为7+1.11.已知圆C 经过P (4,-2),Q (-1,3)两点,且在y 轴上截得的线段的长为43,半径小于5.(1)求直线PQ 与圆C 的方程;(2)若直线l ∥PQ ,且l 与圆C 交于点A ,B ,且以线段AB 为直径的圆经过坐标原点,求直线l 的方程.解 (1)由题意知直线PQ 的方程为x +y -2=0.设圆心C (a ,b ),半径为r ,由于线段PQ 的垂直平分线的方程是y -12=x -32, 即y =x -1,所以b =a -1.① 由圆C 在y 轴上截得的线段的长为43,知r 2=(23)2+a 2,可得(a +1)2+(b -3)2=12+a 2,② 由①②得a =1,b =0或a =5,b =4.当a =1,b =0时,r 2=13,满足题意,当a =5,b =4时,r 2=37,不满足题意.故圆C 的方程为(x -1)2+y 2=13.(2)设直线l 的方程为y =-x +m (m ≠2),A (x 1,m -x 1),B (x 2,m -x 2).由题意可知OA ⊥OB ,即OA →·OB →=0,∴x 1x 2+(m -x 1)(m -x 2)=0,化简得2x 1x 2-m (x 1+x 2)+m 2=0.③ 由⎩⎪⎨⎪⎧y =-x +m ,(x -1)2+y 2=13得 2x 2-2(m +1)x +m 2-12=0,∴x 1+x 2=m +1,x 1x 2=m 2-122, 代入③,得m 2-12-m ·(1+m )+m 2=0,∴m =4或m =-3,经检验都满足题意,∴直线l 的方程为x +y -4=0或x +y +3=0.12.在平面直角坐标系xOy 中,已知圆P 在x 轴上截得线段长为22,在y 轴上截得线段长为2 3.(1)求圆心P 的轨迹方程;(2)若P 点到直线y =x 的距离为22,求圆P 的方程. 解 (1)设P (x ,y ),圆P 的半径为r .则y 2+2=r 2,x 2+3=r 2.∴y 2+2=x 2+3,即y 2-x 2=1.∴圆心P 的轨迹方程为y 2-x 2=1.(2)设P 点的坐标为(x 0,y 0), 则|x 0-y 0|2=22,即|x 0-y 0|=1. ∴y 0-x 0=±1,即y 0=x 0±1.①当y 0=x 0+1时,由y 20-x 20=1,得(x 0+1)2-x 20=1.∴⎩⎪⎨⎪⎧x 0=0,y 0=1,∴r 2=3. ∴圆P 的方程为x 2+(y -1)2=3.②当y 0=x 0-1时,由y 20-x 20=1,得(x 0-1)2-x 20=1.∴⎩⎪⎨⎪⎧x 0=0,y 0=-1,∴r 2=3. ∴圆P 的方程为x 2+(y +1)2=3.综上所述,圆P 的方程为x 2+(y ±1)2=3.*13.已知M 为圆C :x 2+y 2-4x -14y +45=0上任意一点,且点Q (-2,3).(1)求MQ 的最大值和最小值;(2)若M (m ,n ),求n -3m +2的最大值和最小值. 解 (1)由圆C :x 2+y 2-4x -14y +45=0,可得(x -2)2+(y -7)2=8,所以圆心C 的坐标为(2,7),半径r =2 2.又QC =(2+2)2+(7-3)2=4 2.所以(MQ )max =42+22=62,(MQ )min =42-22=2 2.(2)可知n -3m +2表示直线MQ 的斜率, 设直线MQ 的方程为y -3=k (x +2),即kx -y +2k +3=0,n -3m +2=k . 由直线MQ 与圆C 有交点, 所以|2k -7+2k +3|1+k 2≤22, 可得2-3≤k ≤2+3,所以n -3m +2的最大值为2+3,最小值为2- 3.。
(全国通用)高考数学大一轮复习第九章平面解析几何9.2两条直线的位置关系学案
§9.2 两条直线的位置关系最新考纲考情考向分析1.能根据两条直线的斜率判定这两条直线平行或垂直.2.能用解方程组的方法求两条相交直线的交点坐标.3.掌握两点间的距离公式、点到直线的距离公式,会求两条平行直线间的距离.以考查两条直线的位置关系、两点间的距离、点到直线的距离、两条直线的交点坐标为主,有时也会与圆、椭圆、双曲线、抛物线交汇考查.题型主要以选择、填空题为主,要求相对较低,但内容很重要,特别是距离公式,是高考考查的重点.1.两条直线的位置关系 (1)两条直线平行与垂直 ①两条直线平行:(ⅰ)对于两条不重合的直线l 1,l 2,若其斜率分别为k 1,k 2,则有l 1∥l 2⇔k 1=k 2. (ⅱ)当直线l 1,l 2不重合且斜率都不存在时,l 1∥l 2. ②两条直线垂直:(ⅰ)如果两条直线l 1,l 2的斜率存在,设为k 1,k 2,则有l 1⊥l 2⇔k 1·k 2=-1. (ⅱ)当其中一条直线的斜率不存在,而另一条的斜率为0时,l 1⊥l 2. (2)两条直线的交点直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0,l 2:A 2x +B 2y +C 2=0,则l 1与l 2的交点坐标就是方程组⎩⎪⎨⎪⎧A 1x +B 1y +C 1=0,A 2x +B 2y +C 2=0的解.2.几种距离(1)两点P 1(x 1,y 1),P 2(x 2,y 2)之间的距离 |P 1P 2|=(x 2-x 1)2+(y 2-y 1)2.(2)点P 0(x 0,y 0)到直线l :Ax +By +C =0的距离d =|Ax 0+By 0+C |A 2+B2.(3)两条平行线Ax +By +C 1=0与Ax +By +C 2=0(其中C 1≠C 2)间的距离d =|C 1-C 2|A 2+B 2 .知识拓展 1.直线系方程(1)与直线Ax +By +C =0平行的直线系方程是Ax +By +m =0(m ∈R 且m ≠C ). (2)与直线Ax +By +C =0垂直的直线系方程是Bx -Ay +n =0(n ∈R ). 2.两直线平行或重合的充要条件直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0与直线l 2:A 2x +B 2y +C 2=0平行或重合的充要条件是A 1B 2-A 2B 1=0. 3.两直线垂直的充要条件直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0与直线l 2:A 2x +B 2y +C 2=0垂直的充要条件是A 1A 2+B 1B 2=0. 4.过直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0与l 2:A 2x +B 2y +C 2=0的交点的直线系方程为A 1x +B 1y +C 1+λ(A 2x +B 2y +C 2)=0(λ∈R ),但不包括l 2.5.点到直线、两平行线间的距离公式的使用条件 (1)求点到直线的距离时,应先化直线方程为一般式.(2)求两平行线之间的距离时,应先将方程化为一般式且x ,y 的系数对应相等.题组一 思考辨析1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)当直线l 1和l 2斜率都存在时,一定有k 1=k 2⇒l 1∥l 2.( × ) (2)如果两条直线l 1与l 2垂直,则它们的斜率之积一定为-1.( × )(3)已知直线l 1:A 1x +B 1y +C 1=0,l 2:A 2x +B 2y +C 2=0(A 1,B 1,C 1,A 2,B 2,C 2为常数),若直线l 1⊥l 2,则A 1A 2+B 1B 2=0.( √ )(4)点P (x 0,y 0)到直线y =kx +b 的距离为|kx 0+b |1+k2.( × ) (5)直线外一点与直线上一点的距离的最小值就是点到直线的距离.( √ )(6)若点A ,B 关于直线l :y =kx +b (k ≠0)对称,则直线AB 的斜率等于-1k,且线段AB 的中点在直线l 上.( √ ) 题组二 教材改编2.[P110B 组T2]已知点(a,2)(a >0)到直线l :x -y +3=0的距离为1,则a 等于( ) A. 2 B .2- 2 C.2-1 D.2+1 答案 C解析 由题意得|a -2+3|1+1=1.解得a =-1+2或a =-1-2.∵a >0,∴a =-1+ 2.3.[P101A 组T10]已知P (-2,m ),Q (m,4),且直线PQ 垂直于直线x +y +1=0,则m =________. 答案 1解析 由题意知m -4-2-m=1,所以m -4=-2-m ,所以m =1. 题组三 易错自纠4.(2017·郑州调研)直线2x +(m +1)y +4=0与直线mx +3y -2=0平行,则m 等于( ) A .2 B .-3 C .2或-3 D .-2或-3答案 C解析 直线2x +(m +1)y +4=0与直线mx +3y -2=0平行,则有2m =m +13≠4-2,故m =2或-3.故选C.5.直线2x +2y +1=0,x +y +2=0之间的距离是______. 答案324解析 先将2x +2y +1=0化为x +y +12=0,则两平行线间的距离为d =⎪⎪⎪⎪⎪⎪2-122=324.6.若直线(3a +2)x +(1-4a )y +8=0与(5a -2)x +(a +4)y -7=0垂直,则a =________. 答案 0或1解析 由两直线垂直的充要条件,得(3a +2)(5a -2)+(1-4a )(a +4)=0,解得a =0或a =1.题型一 两条直线的位置关系典例 (2018·青岛模拟)已知两条直线l 1:ax -by +4=0和l 2:(a -1)x +y +b =0,求满足下列条件的a ,b 的值.(1)l 1⊥l 2,且l 1过点(-3,-1);(2)l 1∥l 2,且坐标原点到这两条直线的距离相等.解 (1)由已知可得l 2的斜率存在,且k 2=1-a . 若k 2=0,则1-a =0,a =1.∵l 1⊥l 2,直线l 1的斜率k 1必不存在,即b =0. 又∵l 1过点(-3,-1),∴-3a +4=0,即a =43(矛盾),∴此种情况不存在,∴k 2≠0,即k 1,k 2都存在且不为0. ∵k 2=1-a ,k 1=a b,l 1⊥l 2, ∴k 1k 2=-1,即a b(1-a )=-1.(*)又∵l 1过点(-3,-1),∴-3a +b +4=0.(**) 由(*)(**)联立,解得a =2,b =2.(2)∵l 2的斜率存在,l 1∥l 2,∴直线l 1的斜率存在,k 1=k 2,即ab=1-a ,①又∵坐标原点到这两条直线的距离相等,且l 1∥l 2, ∴l 1,l 2在y 轴上的截距互为相反数,即4b=b ,②联立①②,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =2,b =-2或⎩⎪⎨⎪⎧a =23,b =2.∴a =2,b =-2或a =23,b =2.思维升华 (1)当直线方程中存在字母参数时,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)在判断两直线平行、垂直时,也可直接利用直线方程的系数间的关系得出结论. 跟踪训练 已知直线l 1:ax +2y +6=0和直线l 2:x +(a -1)y +a 2-1=0. (1)试判断l 1与l 2是否平行; (2)当l 1⊥l 2时,求a 的值.解 (1)方法一 当a =1时,l 1:x +2y +6=0,l 2:x =0,l 1不平行于l 2;当a =0时,l 1:y =-3,l 2:x -y -1=0,l 1不平行于l 2;当a ≠1且a ≠0时,两直线可化为l 1:y =-a2x -3,l 2:y =11-ax -(a +1), l 1∥l 2⇔⎩⎪⎨⎪⎧-a 2=11-a,-3≠-(a +1),解得a =-1,综上可知,当a =-1时,l 1∥l 2. 方法二 由A 1B 2-A 2B 1=0, 得a (a -1)-1×2=0, 由A 1C 2-A 2C 1≠0, 得a (a 2-1)-1×6≠0,∴l 1∥l 2⇔⎩⎪⎨⎪⎧a (a -1)-1×2=0,a (a 2-1)-1×6≠0,⇔⎩⎪⎨⎪⎧a 2-a -2=0,a (a 2-1)≠6,可得a =-1,故当a =-1时,l 1∥l 2.(2)方法一 当a =1时,l 1:x +2y +6=0,l 2:x =0,l 1与l 2不垂直,故a =1不成立;当a =0时,l 1:y =-3,l 2:x -y -1=0,l 1不垂直于l 2, 故a =0不成立; 当a ≠1且a ≠0时,l 1:y =-a 2x -3,l 2:y =11-ax -(a +1),由⎝ ⎛⎭⎪⎫-a 2·11-a=-1,得a =23.方法二 由A 1A 2+B 1B 2=0,得a +2(a -1)=0, 可得a =23.题型二 两直线的交点与距离问题1.已知直线y =kx +2k +1与直线y =-12x +2的交点位于第一象限,则实数k 的取值范围是_____.答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫-16,12 解析 方法一 由方程组⎩⎪⎨⎪⎧y =kx +2k +1,y =-12x +2,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =2-4k 2k +1,y =6k +12k +1.(若2k +1=0,即k =-12,则两直线平行)∴交点坐标为⎝⎛⎭⎪⎫2-4k 2k +1,6k +12k +1.又∵交点位于第一象限,∴⎩⎪⎨⎪⎧2-4k 2k +1>0,6k +12k +1>0,解得-16<k <12.方法二 如图,已知直线y =-12x +2与x 轴、y 轴分别交于点A (4,0),B (0,2).而直线方程y =kx +2k +1可变形为y -1=k (x +2),表示这是一条过定点P (-2,1),斜率为k 的动直线.∵两直线的交点在第一象限,∴两直线的交点必在线段AB 上(不包括端点), ∴动直线的斜率k 需满足k PA <k <k PB . ∵k PA =-16,k PB =12.∴-16<k <12.2.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________________________. 答案 x +3y -5=0或x =-1解析 方法一 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|2k -3+k +2|k 2+1=|-4k -5+k +2|k 2+1,即|3k -1|=|-3k -3|,∴k =-13.∴直线l 的方程为y -2=-13(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. 方法二 当AB ∥l 时,有k =k AB =-13,直线l 的方程为y -2=-13(x +1),即x +3y -5=0.当l 过AB 的中点时,AB 的中点为(-1,4). ∴直线l 的方程为x =-1.故所求直线l 的方程为x +3y -5=0或x =-1. 思维升华 (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 (x 0,y 0)到直线x =a 的距离d =|x 0-a |,到直线y =b 的距离d =|y 0-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.题型三 对称问题命题点1 点关于点中心对称典例 过点P (0,1)作直线l ,使它被直线l 1:2x +y -8=0和l 2: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l 1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l 2上,代入l 2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.命题点2 点关于直线对称典例 如图,已知A (4,0),B (0,4),从点P (2,0)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P 点,则光线所经过的路程是( )A .3 3B .6C .210D .2 5答案 C解析 直线AB 的方程为x +y =4,点P (2,0)关于直线AB 的对称点为D (4,2),关于y 轴的对称点为C (-2,0),则光线经过的路程为|CD |=62+22=210.命题点3 直线关于直线的对称问题典例 已知直线l :2x -3y +1=0,求直线m :3x -2y -6=0关于直线l 的对称直线m ′的方程.解 在直线m 上任取一点,如M (2,0),则M (2,0)关于直线l 的对称点M ′必在直线m ′上. 设对称点M ′(a ,b ),则⎩⎪⎨⎪⎧2×⎝ ⎛⎭⎪⎫a +22-3×⎝ ⎛⎭⎪⎫b +02+1=0,b -0a -2×23=-1,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =613,b =3013,∴M ′⎝ ⎛⎭⎪⎫613,3013. 设直线m 与直线l 的交点为N ,则由⎩⎪⎨⎪⎧2x -3y +1=0,3x -2y -6=0,得N (4,3).又∵直线m ′经过点N (4,3),∴由两点式得直线m ′的方程为9x -46y +102=0. 思维升华 解决对称问题的方法 (1)中心对称①点P (x ,y )关于Q (a ,b )的对称点P ′(x ′,y ′)满足⎩⎪⎨⎪⎧x ′=2a -x ,y ′=2b -y .②直线关于点的对称可转化为点关于点的对称问题来解决. (2)轴对称①点A (a ,b )关于直线Ax +By +C =0(B ≠0)的对称点A ′(m ,n ),则有⎩⎪⎨⎪⎧n -b m -a ×⎝ ⎛⎭⎪⎫-A B =-1,A ·a +m 2+B ·b +n 2+C =0.②直线关于直线的对称可转化为点关于直线的对称问题来解决. 跟踪训练 已知直线l :3x -y +3=0,求: (1)点P (4,5)关于l 的对称点;(2)直线x -y -2=0关于直线l 对称的直线方程; (3)直线l 关于(1,2)的对称直线.解 (1)设P (x ,y )关于直线l :3x -y +3=0的对称点为P ′(x ′,y ′),∵k PP ′·k l =-1,即y ′-yx ′-x×3=-1.① 又PP ′的中点在直线3x -y +3=0上, ∴3×x ′+x 2-y ′+y2+3=0.②由①②得⎩⎪⎨⎪⎧x ′=-4x +3y -95,③y ′=3x +4y +35. ④把x =4,y =5代入③④得x ′=-2,y ′=7, ∴点P (4,5)关于直线l 的对称点P ′的坐标为(-2,7). (2)用③④分别代换x -y -2=0中的x ,y , 得关于l 对称的直线方程为 -4x +3y -95-3x +4y +35-2=0, 化简得7x +y +22=0.(3)在直线l :3x -y +3=0上取点M (0,3), 关于(1,2)的对称点M ′(x ′,y ′), ∴x ′+02=1,x ′=2,y ′+32=2,y ′=1,∴M ′(2,1).l 关于(1,2)的对称直线平行于l ,∴k =3,∴对称直线方程为y -1=3×(x -2), 即3x -y -5=0.妙用直线系求直线方程一、平行直线系由于两直线平行,它们的斜率相等或它们的斜率都不存在,因此两直线平行时,它们的一次项系数与常数项有必然的联系.典例1 求与直线3x +4y +1=0平行且过点(1,2)的直线l 的方程.思想方法指导 因为所求直线与3x +4y +1=0平行,因此,可设该直线方程为3x +4y +c =0(c ≠1). 规范解答解 由题意,设所求直线方程为3x +4y +c =0(c ≠1), 又因为直线过点(1,2),所以3×1+4×2+c =0,解得c =-11. 因此,所求直线方程为3x +4y -11=0. 二、垂直直线系由于直线A 1x +B 1y +C 1=0与A 2x +B 2y +C 2=0垂直的充要条件为A 1A 2+B 1B 2=0.因此,当两直线垂直时,它们的一次项系数有必然的联系.可以考虑用直线系方程求解. 典例2 求经过A (2,1),且与直线2x +y -10=0垂直的直线l 的方程. 思想方法指导 依据两直线垂直的特征设出方程,再由待定系数法求解. 规范解答解 因为所求直线与直线2x +y -10=0垂直,所以设该直线方程为x -2y +C 1=0,又直线过点A (2,1),所以有2-2×1+C 1=0,解得C 1=0, 即所求直线方程为x -2y =0. 三、过直线交点的直线系典例3 (2017·湖南东部十校联考)经过两条直线2x +3y +1=0和x -3y +4=0的交点,并且垂直于直线3x +4y -7=0的直线方程为____________.思想方法指导 可分别求出直线l 1与l 2的交点及直线l 的斜率k ,直接写出方程;也可以根据垂直关系设出所求方程,再把交点坐标代入求解;又可以利用过交点的直线系方程设直线方程,再用待定系数法求解.解析 方法一 由方程组⎩⎪⎨⎪⎧2x +3y +1=0,x -3y +4=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =-53,y =79,即交点为⎝ ⎛⎭⎪⎫-53,79,∵所求直线与直线3x +4y -7=0垂直, ∴所求直线的斜率为k =43.由点斜式得所求直线方程为y -79=43⎝ ⎛⎭⎪⎫x +53,即4x -3y +9=0.方法二 由垂直关系可设所求直线方程为4x -3y +m =0,由方程组⎩⎪⎨⎪⎧2x +3y +1=0,x -3y +4=0,可解得交点为⎝ ⎛⎭⎪⎫-53,79,代入4x -3y +m =0,得m =9, 故所求直线方程为4x -3y +9=0. 方法三 由题意可设所求直线方程为 (2x +3y +1)+λ(x -3y +4)=0, 即(2+λ)x +(3-3λ)y +1+4λ=0,① 又∵所求直线与直线3x +4y -7=0垂直, ∴3(2+λ)+4(3-3λ)=0,∴λ=2,代入①式得所求直线方程为4x -3y +9=0. 答案 4x -3y +9=01.直线2x +y +m =0和x +2y +n =0的位置关系是( ) A .平行 B .垂直 C .相交但不垂直 D .不能确定答案 C解析 直线2x +y +m =0的斜率k 1=-2,直线x +2y +n =0的斜率k 2=-12,则k 1≠k 2,且k 1k 2≠-1.故选C.2.(2018·邢台模拟)“a =-1”是“直线ax +3y +3=0和直线x +(a -2)y +1=0平行”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答案 C解析 由题意得,直线ax +3y +3=0和直线x +(a -2)y +1=0平行的充要条件是⎩⎪⎨⎪⎧a (a -2)=3×1,a ×1≠3×1,解得a =-1,故选C.3.从点(2,3)射出的光线沿与向量a =(8,4)平行的直线射到y 轴上,则反射光线所在的直线方程为( ) A .x +2y -4=0 B .2x +y -1=0 C .x +6y -16=0 D .6x +y -8=0答案 A解析 由直线与向量a =(8,4)平行知,过点(2,3)的直线的斜率k =12,所以直线的方程为y-3=12(x -2),其与y 轴的交点坐标为(0,2),又点(2,3)关于y 轴的对称点为(-2,3),所以反射光线过点(-2,3)与(0,2),由两点式知A 正确.4.(2017·兰州一模)一只虫子从点O (0,0)出发,先爬行到直线l :x -y +1=0上的P 点,再从P 点出发爬行到点A (1,1),则虫子爬行的最短路程是( ) A. 2 B .2 C .3 D .4 答案 B解析 点O (0,0)关于直线x -y +1=0的对称点为O ′(-1,1),则虫子爬行的最短路程为|O ′A |=(1+1)2+(1-1)2=2.故选B.5.若直线l 1:x +ay +6=0与l 2:(a -2)x +3y +2a =0平行,则l 1与l 2之间的距离为( ) A.423 B .4 2C.823D .2 2答案 C解析 ∵l 1∥l 2,∴a ≠2且a ≠0, ∴1a -2=a 3≠62a,解得a =-1, ∴l 1与l 2的方程分别为l 1:x -y +6=0,l 2:x -y +23=0,∴l 1与l 2的距离d =⎪⎪⎪⎪⎪⎪6-232=823.6.若直线l 1:y =k (x -4)与直线l 2关于点(2,1)对称,则直线l 2经过定点 ( ) A .(0,4) B .(0,2) C .(-2,4) D .(4,-2)答案 B解析 直线l 1:y =k (x -4)经过定点(4,0),其关于点(2,1)对称的点为(0,2),又直线l 1:y =k (x -4)与直线l 2关于点(2,1)对称,故直线l 2经过定点(0,2).7.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⎩⎪⎨⎪⎧y =2x ,x +y =3,得⎩⎪⎨⎪⎧x =1,y =2.∴点(1,2)满足方程mx +2y +5=0, 即m ×1+2×2+5=0,∴m =-9.8.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 =________. 答案345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⎩⎪⎨⎪⎧3+n 2=2×7+m2-3,n -3m -7=-12, 解得⎩⎪⎨⎪⎧m =35,n =315,故m +n =345.9.(2017·浙江嘉兴一中月考)已知直线l 1:ax +y -6=0与l 2:x +(a -2)y +a -1=0相交于点P ,若l 1⊥l 2,则a =________,此时点P 的坐标为________. 答案 1 (3,3)解析 ∵直线l 1:ax +y -6=0与l 2:x +(a -2)y +a -1=0相交于点P ,且l 1⊥l 2,∴a ×1+1×(a -2)=0,即a =1,联立方程⎩⎪⎨⎪⎧x +y -6=0,x -y =0,易得x =3,y =3,∴P (3,3).10.已知直线l 1:ax +y -1=0,直线l 2:x -y -3=0,若直线l 1的倾斜角为π4,则a =________;若l 1⊥l 2,则a =________;若l 1∥l 2,则两平行直线间的距离为________. 答案 -1 1 2 2 解析 若直线l 1的倾斜角为π4,则-a =k =tan π4=1,故a =-1;若l 1⊥l 2,则a ×1+1×(-1)=0,故a =1;若l 1∥l 2,则a =-1,l 1:x -y +1=0,两平行直线间的距离d =|1-(-3)|1+1=2 2.11.已知方程(2+λ)x -(1+λ)y -2(3+2λ)=0与点P (-2,2).(1)证明:对任意的实数λ,该方程都表示直线,且这些直线都经过同一定点,并求出这一定点的坐标;(2)证明:该方程表示的直线与点P 的距离d 小于4 2.(1)解 显然2+λ与-(1+λ)不可能同时为零,故对任意的实数λ,该方程都表示直线. ∵方程可变形为2x -y -6+λ(x -y -4)=0,∴⎩⎪⎨⎪⎧2x -y -6=0,x -y -4=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =2,y =-2,故直线经过的定点为M (2,-2).(2)证明 过P 作直线的垂线段PQ ,由垂线段小于斜线段知|PQ |≤|PM |,当且仅当Q 与M 重合时,|PQ |=|PM |,此时对应的直线方程是y +2=x -2,即x -y -4=0. 但直线系方程唯独不能表示直线x -y -4=0,∴M 与Q 不可能重合,而|PM |=42,∴|PQ |<42,故所证成立.12.已知三条直线:l 1:2x -y +a =0(a >0);l 2:-4x +2y +1=0;l 3:x +y -1=0,且l 1与l 2间的距离是7510.(1)求a 的值;(2)能否找到一点P ,使P 同时满足下列三个条件: ①点P 在第一象限;②点P 到l 1的距离是点P 到l 2的距离的12;③点P 到l 1的距离与点P 到l 3的距离之比是2∶ 5. 若能,求点P 的坐标;若不能,请说明理由.解 (1)直线l 2:2x -y -12=0,所以两条平行直线l 1与l 2间的距离为d =⎪⎪⎪⎪⎪⎪a -⎝ ⎛⎭⎪⎫-1222+(-1)2=7510,所以⎪⎪⎪⎪⎪⎪a +125=7510,即⎪⎪⎪⎪⎪⎪a +12=72, 又a >0,解得a =3.(2)假设存在点P ,设点P (x 0,y 0). 若点P 满足条件②,则点P 在与l 1,l 2平行的直线l ′:2x -y +c =0上,且|c -3|5=12×⎪⎪⎪⎪⎪⎪c +125,即c =132或116,所以直线l ′的方程为2x 0-y 0+132=0或2x 0-y 0+116=0;若点P 满足条件③,由点到直线的距离公式, 有|2x 0-y 0+3|5=25×|x 0+y 0-1|2, 即|2x 0-y 0+3|=|x 0+y 0-1|, 所以x 0-2y 0+4=0或3x 0+2=0;由于点P 在第一象限,所以3x 0+2=0不可能. 联立方程2x 0-y 0+132=0和x 0-2y 0+4=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x 0=-3,y 0=12(舍去);联立方程2x 0-y 0+116=0和x 0-2y 0+4=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x 0=19,y 0=3718.所以存在点P ⎝ ⎛⎭⎪⎫19,3718同时满足三个条件.13.(2017·湖北孝感五校联考)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)答案 C解析 设A (-4,2)关于直线y =2x 的对称点为(x ,y ),则⎩⎪⎨⎪⎧y -2x +4×2=-1,y +22=2×-4+x2,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =4,y =-2,∴BC 所在直线方程为y -1=-2-14-3(x -3), 即3x +y -10=0.同理可得点B (3,1)关于直线y =2x 的对称点为(-1,3), ∴AC 所在直线方程为y -2=3-2-1-(-4)(x +4),即x -3y +10=0.联立⎩⎪⎨⎪⎧3x +y -10=0,x -3y +10=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =2,y =4,则C (2,4).故选C.14.(2017·岳阳二模)已知动直线l :ax +by +c -2=0(a >0,c >0)恒过点P (1,m )且Q (4,0)到动直线l 的最大距离为3,则12a +2c 的最小值为________.答案 94解析 因为动直线l :ax +by +c -2=0(a >0,c >0)恒过点P (1,m ),所以a +bm +c -2=0,又Q (4,0)到动直线l 的最大距离为3, 所以(4-1)2+(-m )2=3,解得m =0. 所以a +c =2,则12a +2c =12(a +c )·⎝ ⎛⎭⎪⎫12a +2c =12⎝ ⎛⎭⎪⎫52+c 2a +2a c ≥12⎝ ⎛⎭⎪⎫52+2c 2a ·2a c =94, 当且仅当c =2a =43时取等号.15.如图,已知直线l 1∥l 2,点A 是l 1,l 2之间的定点,点A 到l 1,l 2之间的距离分别为3和2,点B 是l 2上的一动点,作AC ⊥AB ,且AC 与l 1交于点C ,则△ABC 的面积的最小值为________.答案 6解析 以A 为坐标原点,平行于l 1的直线为x 轴,建立如图所示的直角坐标系,设B (a ,-2),C (b,3).∵AC ⊥AB ,∴ab -6=0,ab =6,b =6a.Rt△ABC 的面积S =12a 2+4·b 2+9=12a 2+4·36a2+9=1272+9a 2+144a2≥1272+72=6(当且仅当a 2=4时取等号). 16.在平面直角坐标系xOy 中,将直线l 沿x 轴正方向平移3个单位长度,沿y 轴正方向平移5个单位长度,得到直线l 1.再将直线l 1沿x 轴正方向平移1个单位长度,沿y 轴负方向平移2个单位长度,又与直线l 重合.若直线l 与直线l 1关于点(2,3)对称,则直线l 的方程是______________. 答案 6x -8y +1=0解析 由题意知直线l 的斜率存在,设直线l 的方程为y =kx +b ,将直线l 沿x 轴正方向平移3个单位长度,沿y 轴正方向平移5个单位长度,得到直线l 1:y =k (x -3)+5+b ,将直线l 1沿x 轴正方向平移1个单位长度,沿y 轴负方向平移2个单位长度,则平移后的直线方程为y =k (x -3-1)+b +5-2,即y =kx +3-4k +b ,∴b =3-4k +b ,解得k =34,∴直线l的方程为y =34x +b ,直线l 1为y =34x +114+b ,取直线l 上的一点P ⎝ ⎛⎭⎪⎫m ,b +3m 4,则点P 关于点(2,3)的对称点为⎝ ⎛⎭⎪⎫4-m ,6-b -3m 4,∴6-b -3m 4=34(4-m )+b +114,解得b =18.∴直线l 的方程是y =34x +18,即6x -8y +1=0.。
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2018版高考数学大一轮复习 第九章 平面解析几何 第2讲 两直线
的位置关系试题 理 新人教版
基础巩固题组
(建议用时:30分钟)
一、选择题
1.直线2x +y +m =0和x +2y +n =0的位置关系是( )
A.平行
B.垂直
C.相交但不垂直
D.不能确定 解析 直线2x +y +m =0的斜率k 1=-2,直线x +2y +n =0的斜率为k 2=-12
,则k 1≠k 2,且k 1k 2≠-1.故选C.
答案 C
2.(2017·刑台模拟)“a =-1”是“直线ax +3y +3=0和直线x +(a -2)y +1=0平行”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 依题意得,直线ax +3y +3=0和直线x +(a -2)y +1=0平行的充要条件是⎩
⎪⎨⎪⎧a (a -2)=3×1,a ×1≠3×1,解得a =-1,因此选C. 答案 C
3.过两直线l 1:x -3y +4=0和l 2:2x +y +5=0的交点和原点的直线方程为( )
A.19x -9y =0
B.9x +19y =0
C.19x -3y =0
D.3x +19y =0
解析 法一 由⎩⎪⎨⎪⎧x -3y +4=0,2x +y +5=0,得⎩⎪⎨⎪⎧x =-197
,y =37, 则所求直线方程为:y =37-197
x =-319x ,即3x +19y =0. 法二 设直线方程为x -3y +4+λ(2x +y +5)=0,
即(1+2λ)x -(3-λ)y +4+5λ=0,又直线过点(0,0),
所以(1+2λ)·0-(3-λ)·0+4+5λ=0,
解得λ=-45
,故所求直线方程为3x +19y =0. 答案 D
4.直线x -2y +1=0关于直线x =1对称的直线方程是( )
A.x +2y -1=0
B.2x +y -1=0
C.x +2y +3=0
D.x +2y -3=0
解析 设所求直线上任一点(x ,y ),则它关于直线x =1的对称点(2-x ,y )在直线x -2y +1=0上,即2-x -2y +1=0,化简得x +2y -3=0.
答案 D
5.(2017·安庆模拟)若直线l 1:x +3y +m =0(m >0)与直线l 2:2x +6y -3=0的距离为10,则m =( )
A.7
B.172
C.14
D.17
解析 直线l 1:x +3y +m =0(m >0),即2x +6y +2m =0,因为它与直线l 2:2x +6y -3=
0的距离为10,所以|2m +3|4+36
=10,求得m =172,故选B. 答案 B
6.(2017·石家庄模拟)已知倾斜角为α
的直线l 与直线x +2y -3=0垂直,则cos ⎝ ⎛⎭
⎪⎫2 017π2-2α的值为( ) A.45
B.-45
C.2
D.-12 解析 依题设,直线l 的斜率k =2,∴tan α=2,且α∈[0,π),则sin α=255
,cos α=
55,则cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫2 0172π-2α=cos ⎝ ⎛⎭⎪⎫π2-2α=sin 2α=2sin αcos α=45. 答案 A
7.(2017·成都调研)已知直线l 1过点(-2,0)且倾斜角为30°,直线l 2过点(2,0)且与直线l 1垂直,则直线l 1与直线l 2的交点坐标为( )
A.(3,3)
B.(2,3)
C.(1,3)
D.⎝ ⎛
⎭
⎪⎫1,32 解析 直线l 1的斜率为k 1=tan 30°=
33,因为直线l 2与直线l 1垂直,所以k 2=-1k 1=-3,所以直线l 1的方程为y =33
(x +2),直线l 2的方程为y =-3(x -2).两式联立,
解得⎩⎨⎧x =1,
y =3,
即直线l 1与直线l 2的交点坐标为(1,3).故选C. 答案 C
8.从点(2,3)射出的光线沿与向量a =(8,4)平行的直线射到y 轴上,则反射光线所在的直线方程为( )
A.x +2y -4=0
B.2x +y -1=0
C.x +6y -16=0
D.6x +y -8=0 解析 由直线与向量a =(8,4)平行知:过点(2,3)的直线的斜率k =12
,所以直线的方程为y -3=12
(x -2),其与y 轴的交点坐标为(0,2),又点(2,3)关于y 轴的对称点为(-2,3),所以反射光线过点(-2,3)与(0,2),由两点式知A 正确.
答案 A
二、填空题
9.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________.
解析 由⎩⎪⎨⎪⎧y =2x ,x +y =3,得⎩
⎪⎨⎪⎧x =1,y =2. ∴点(1,2)满足方程mx +2y +5=0,
即m ×1+2×2+5=0,∴m =-9.
答案 -9
10.(2017·沈阳检测)已知直线l 过点P (3,4)且与点A (-2,2),B (4,-2)等距离,则直线l 的方程为________.
解析 显然直线l 的斜率不存在时,不满足题意;
设所求直线方程为y -4=k (x -3),
即kx -y +4-3k =0, 由已知,得|-2k -2+4-3k |1+k 2=|4k +2+4-3k |1+k
2, ∴k =2或k =-23
. ∴所求直线l 的方程为2x -y -2=0或2x +3y -18=0.
答案 2x +3y -18=0或2x -y -2=0
11.(2017·深圳模拟)直线l 1的斜率为2,l 1∥l 2,直线l 2过点(-1,1)且与y 轴交于点P ,则P 点坐标为________.
解析 因为l 1∥l 2,且l 1的斜率为2,则直线l 2的斜率k =2,又直线l 2过点(-1,1),所以直线l 2的方程为y -1=2(x +1),整理得y =2x +3,令x =0,得y =3,所以P 点坐标
为(0,3).
答案 (0,3)
12.(2017·长沙一调)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⎩⎪⎨⎪⎧b -4
a -(-3)·1=-1,
-3+a 2-b +42+3=0,
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y -06-0=x -12-1
,即6x -y -6=0. 答案 6x -y -6=0
能力提升题组
(建议用时:15分钟)
13.(2017·洛阳模拟)在直角坐标平面内,过定点P 的直线l :ax +y -1=0与过定点Q 的直线m :x -ay +3=0相交于点M ,则|MP |2+|MQ |2
的值为( ) A.102 B.10 C.5 D.10 解析 由题意知P (0,1),Q (-3,0),
∵过定点P 的直线ax +y -1=0与过定点Q 的直线x -ay +3=0垂直,∴M 位于以PQ 为直径的圆上,
∵|PQ |=9+1=10,∴|MP |2+|MQ |2=|PQ |2
=10,故选D.
答案 D
14.若直线l 1:y =k (x -4)与直线l 2关于点(2,1)对称,则直线l 2经过定点( )
A.(0,4)
B.(0,2)
C.(-2,4)
D.(4,-2) 解析 直线l 1:y =k (x -4)经过定点(4,0),其关于点(2,1)对称的点为(0,2),又直线l 1:y =k (x -4)与直线l 2关于点(2,1)对称,故直线l 2经过定点(0,2).
答案 B
15.设m ∈R ,过定点A 的动直线x +my =0和过定点B 的动直线mx -y -m +3=0交于点P (x ,y ),则|PA |·|PB |的最大值是________.
解析 易知A (0,0),B (1,3)且两直线互相垂直,
即△APB 为直角三角形,
∴|PA |·|PB |≤|PA |2+|PB |22=|AB |22=102
=5. 当且仅当|PA |=|PB |时,等号成立.
答案 5
16.在平面直角坐标系内,到点A (1,2),B (1,5),C (3,6),D (7,-1)的距离之和最小的点的坐标是________.
解析 设平面上任一点M ,因为|MA |+|MC |≥|AC |,当且仅当A ,M ,C 共线时取等号,同理|MB |+|MD |≥|BD |,当且仅当B ,M ,D 共线时取等号,连接AC ,BD 交于一点M ,若|MA |
+|MC |+|MB |+|MD |最小,则点M 为所求.∵k AC =6-23-1
=2, ∴直线AC 的方程为y -2=2(x -1),
即2x -y =0.①
又∵k BD =5-(-1)1-7
=-1, ∴直线BD 的方程为y -5=-(x -1),
即x +y -6=0.②
由①②得⎩⎪⎨⎪⎧2x -y =0,x +y -6=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =2,y =4,所以M (2,4). 答案 (2,4)。