直線系(1)平行直線系:與ax+by+c=0平行的直線為:ax+by+c1=0(c1≠c).
(2)垂直直線系:與ax+by+c=0垂直的直線為:bx-ay+c1=0.
(3)定點直線系:若l1:a1x+b1y+c1=0和l2:a2x+b2y+c2=0相交,則過交點的直線為a1x+b1y+c1+λ(a2x+b2y+c2)=0,
交點為方程組的解.
直線系問題
一、過定點的直線系
設定點p(x0,y0)
1、用斜率k作引數的直線系方程
y-y0=k(x-x0)
(不包括無斜率的直線)
2、用a、b作引數的直線系方程
a(x-x0)+b(y-y0)=0
(a、b不全為0
例:求經過p(1,2)的直線l,使點a(3,3)和b(5,2)到它的距離相等.
思路一:
①設斜率k,用點斜式,
②再由點距公式列方程,
③求k出即可.
思路二:分類討論
①設斜率k,用點斜式,
②當l∥ab時,由斜率相等可得k;
當l過ab的中點時,把ab中點座標代入l方程,可解得k.
二、平行線系
1、斜率是k的直線系方程
y=kx+b (b為引數)
2、平行於ax+by+c=0的直線系方程為
ax+by+λ=0 (λ為引數)
3、垂直於ax+by+c=0的直線系方程為
bx-ay+λ=0 (λ為引數)
三、過兩直線交點的直線系
設l1: a1x+b1y+c1=0
l2: a2x+b2y+c2=0
①m(a1x+b1y+c1)+n(a2x+b2y+c2)=0
(m、n是引數)
②a1x+b1y+c1+λ(a2x+b2y+c2)=0
(λ是引數但不包括l2)
例:已知3a+2b=1,
求證:直線ax+by+2(x-y)-1=0過定點,並求該定點座標.
思路一:
由3a+2b=1得:b= (1-3a)
代入直線系方程ax+by+2(x-y)-1=0
整理得(2x –y-1)+a(x -y)=0
由, 得交點(1,)
∴直線過定點(1,).
思路二:賦值法
令a=0得b=
得l1: 2x - y-1=0
令b=0得a=
得l2: x –y=0
由, 得交點(1,)
把交點座標代入原直線方程左邊得:
左邊= (3a+2b-1)
∵3a+2b-1=0
∴左邊=0
這說明只要3a+2b-1=0
原直線過定點(1,).
例:求證:無論λ為何值,
直線(2+λ)x-(1+λ)y-2(3+2λ)=0
與點p(-2,2)的距離d都小於4.
證明:將直線方程按引數λ整理得
(2x-y-6)+λ(x-y-4)=0
故該直線系恆過二直線2x-y-6=0和x-y-4=0的交點m
易解得m(2,-2)
求得|pm|=4
所以d≤4
而過點m垂直pm的直線方程為x-y-4=0,
又無論λ為何值,題設直線系方程都不可能表示直線x-y-4=0
∴d<4
【注】此題若按常規思路,運用點距公式求解,則運算量很大,難算結果,運用直線繫過定點巧妙獲解.
例題:例、
(1)證明直線l過定點;
(2)若直線l交x軸負半軸於a,交y軸正半軸於b,△aob的面積為s,求s的最小值,並求此時直線l的方程;
(3)若直線不經過第四象限,求k的取值範圍。
分析:(1)證直線繫過定點,可用分離引數法。
(2)求△aob面積s的最小值,應先求出目標函式s=f(k),再根據目標函式的結構特徵選擇最小值的求法。
(3)直線不經過第四象限的充要條件是:直線在x軸上的截距小於或等於-2,在y軸上的截距大於或等於1。或由直線經過定點(-2,1)知斜率大於或等於零。
解:(1)直線l的方程是:
∴無論k取何值,直線總經過定點(-2,1)
(2)由l的方程,得:
解得:k>0
解之得:k>0
小結:本題證明直線繫過定點問題所使用的「分離引數法」,也是證明曲線繫過定點的一般方法。
例、已知p(1,3),直線l:x-4y+1=0
(1)求過p且平行於l的直線l1的方程;
(2)求過p且垂直於l的直線l2的方程.
策略:由l1∥l的斜率關係可得=,由l2⊥l的斜率關係得=-4,再利用點斜式方程可求出直線l1,l2的方程.由平行直線系與垂直直線系可以求出l1,l2的方程.
解法一:(1)∵直線l的斜率為且l1∥l,
∴直線l1的斜率k1=
又∵l1過p(1,3),
∴l1的方程為y-3=(x-1),即x-4y+11=0.
(2)∵kl≠且l2⊥l,
∴直線l2的斜率為k2=-4
又∵l2過p(1,3)
∴l2的方程為y-3=-4(x-1)
即4x+y-7=0.
解法二:(1)∵l1∥l且l方程為x-4y+1=0
∴設l1的方程為x-4y+c=0
又∵p(1,3)在l1上
∴1-4×3+c=0
解得c=11
∴l1的方程為x-4y+11=0.
(2)∵l2⊥l
∴設l2的方程為4x+y+c=0
又∵l2過p(1,3)
∴4×1+3+c=0
解得c=-7
∴l2的方程為4x+y-7=0.
評注:一般地,利用平行直線系和垂直直線系求直線方程會給計算帶來很大方便.
例、求證:不論m為何實數,直線l:(m-1)x+(2m-1)y=m-5恆過一定點,並求出此定點座標.
策略:對於這類題目,只要找出兩條相交的直線,然後解出交點座標即可.
證法一:(特殊值法)
當m=1時,直線l的方程為y=-4;
當m=時,直線l的方程為x=9;
∴兩直線的交點為(9,-4),滿足直線l的方程(m-1)x+(2m-1)y=m-5
∴不論m為何實數,直線l:(m-1)x+(2m-1)y=m-5恆過一定點(9,-4).
證法二:(直線繫法)
將方程(m-1)x+(2m-1)y=m-5整理得
m(x+2y-1)-(x+y-5)=0
解方程組得
∴不論m為何實數,定點(9,-4)恆滿足方程(m-1)x+(2m-1)y=m-5.
即不論m為何實數,直線l:(m-1)x+(2m-1)y=m-5恆過一定點(9,-4).
評注:求某直線過定點的題目,常用的兩種方法——特殊值法和直線繫法.
例、求經過兩直線l1:x-2y+4=0和l2:x+y-2=0的交點p,且與直線l3:3x-4y+5=0垂直的直線l的方程.
策略:①可以先解方程組求出交點p,再利用l⊥l3求出斜率,用點斜式求l方程;②求出p點後,用垂直直線系求l方程;③先由過l1,l2的交點的直線系設出l方程,然後由l3⊥l求係數.
解法一:解方程組得交點p(0,2)
∵k3=∴kl=-
由點斜式得l:y-2=-x即4x+3y-6=0.
解法二:設所求直線l:4x+3y+c=0
由解法一知:p(0,2)代入方程,得c=-6
∴l:4x+3y-6=0.
解法三:設所求直線l:(x-2y+4)+λ(x+y-2)=0
整理得(λ+1)x+(λ-2)y-2λ+4=0
∵l⊥l3
∴3(λ+1)-4(λ-2)=0
∴λ=11
∴l的方程為:(x-2y+4)+11(x+y-2)=0
即4x+3y-6=0.
評注:解法一是常規解法,解法二用待定係數法,解法三應用了經過兩直線交點的直線系方程,省去了求兩直線交點的解方程組的運算.
利用直線系解題
一、直線系的定義
1、 共點直線系方程
經過兩直線
的交點的直線系方程為
2、 平行直線系方程
與直線3、 垂直直線系方程
與直線二、利用直線系解題
例題:(一)直接應用
1、 求過點a(1,-4)且與直線平行直線方程。(課本第45頁例2) ()
2、 求過點a(2,1),且與直線垂直的直線方程。(課本第46頁例4) ()
3、 求經過兩條直線和的交點,且垂直於直線的直線方程。(課本第54頁第11題第1小題)( )
4、 經過兩條直線和的交點,且平行於直線的直線方程。(課本第54頁第11題第2小題)(
5、 經過直線和的交點,且垂直於第一條直線的直線方程。(課本第54頁第11題第3小題)( )
6、 求平行於直線且與它的距離為的直線方程。(課本第87頁第13題) (或
)(二)間接應用
7、 當a為任意實數時,直線恆過的定點為______。
解:直線的方程可以化為,由直線系的定義我們知道:直線過的點是方程組
的解,這樣我們就可以知道直線過點(-2,3)。
8、已知圓c:及直線
證明:無論m為任
何實數,直線恆與圓c相交。
分析:判斷直線與圓的位置關係通常採用「法」,或「比
較d與r法「,特別是「法」運算量往往很大,當發現直線過定點,且此定點又在圓內部時,妙解應運而生。
證明:易證直線過定點m(3,2),且
<4,即點m在圓c內,點m又在直線上,故不論m
為任何實數,直線與圓c相交。
9、a、b滿足什麼條件時,使得對於任意實數m,直線:
與曲線c:總有公共點。
分析:本題雖然可以用「法」來解,但不僅運算量大(兩次使用判別式),而且還容易忽視對二次不等式係數的討論而造成失解,如果利用直線過定點(0,b),並使該點在橢圓c上或在其內部便可達到目的。
解:易知直線:過點m(0,b),欲使與橢圓c恒有公共點,須使點在橢圓c上或在其內部,於是有即時,對於任意實數m,直線與橢圓c恒有公共點。
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