2020-2021学年2.2.3 两条直线的位置关系导学案及答案

这是一份2020-2021学年2.2.3 两条直线的位置关系导学案及答案，共11页。学案主要包含了两条直线位置关系的判断，两条直线的平行，两条直线的垂直等内容，欢迎下载使用。

导语
同学们，有人问：同学之间最好的关系是什么？我认为同学之间最好的关系还是“平行关系”，就好像两条直线一样，彼此留有一定的距离，有句话说的好“距离产生美”．今天我们就讨论平面内直线有哪些位置关系．
一、两条直线位置关系的判断
问题1 如何判断两条直线l1：A1x＋B1y＋C1＝0(Aeq \\al(2,1)＋Beq \\al(2,1)≠0)和l2：A2x＋B2y＋C2＝0(Aeq \\al(2,2)＋Beq \\al(2,2)≠0)的位置关系？
提示 方法一 通过解方程组eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(A1x＋B1y＋C1＝0，,A2x＋B2y＋C2＝0))判断解的情况；
方法二 直线的方向向量，直线l1的方向向量为a＝(B1，－A1)，直线l2的方向向量为b＝(B2，－A2)，l1与l2相交的充要条件是a＝(B1，－A1)与b＝(B2，－A2)不共线，即A1B2≠A2B1；l1与l2平行或重合的充要条件是a＝(B1，－A1)与b＝(B2，－A2)共线，即A1B2＝A2B1，此时需要检验两直线是平行还是重合．
知识梳理
1．已知直线l1：A1x＋B1y＋C1＝0(Aeq \\al(2,1)＋Beq \\al(2,1)≠0)，l2：A2x＋B2y＋C2＝0(Aeq \\al(2,2)＋Beq \\al(2,2)≠0)，则l1与l2的位置关系和方程组eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(A1x＋B1y＋C1＝0，,A2x＋B2y＋C2＝0))的解的情况有下列关系：
2.利用直线的斜截式方程判断两直线相交、平行与重合
直线l1：y＝k1x＋b1，l2：y＝k2x＋b2.
①l1，l2相交⇔k1≠k2，
②l1∥l2⇔k1＝k2且b1≠b2，
③l1与l2重合⇔k1＝k2且b1＝b2.
3．利用直线的一般式方程判断两直线相交、平行与重合
直线l1：A1x＋B1y＋C1＝0，l2：A2x＋B2y＋C2＝0.
l1，l2相交⇔A1B2≠A2B1，
l1∥l2⇔A1B2＝A2B1且A1C2≠A2C1(或B1C2≠B2C1)，
l1与l2重合⇔A1B2＝A2B1且A1C2＝A2C1(或B1C2＝B2C1)．
4．l1：Ax＋By＋C1＝0，l2：Ax＋By＋C2＝0，
l1∥l2⇔C1≠C2，
l1与l2重合⇔C1＝C2.
注意点：(1)两直线的位置关系有相交、重合、平行，其中垂直是相交的一种特殊情况．
(2)判断两直线平行时一定要检验．
例1 已知两直线l1：x＋my＋6＝0，l2：(m－2)x＋3y＋2m＝0，当m为何值时，直线l1与l2：(1)相交？(2)平行？(3)重合？
解 因为直线l1：x＋my＋6＝0，
直线l2：(m－2)x＋3y＋2m＝0，
所以A1＝1，B1＝m，C1＝6，
A2＝m－2，B2＝3，C2＝2m.
(1)若l1与 l2相交，则A1B2－A2B1≠0，
即1×3－m(m－2)≠0，
即m2－2m－3≠0，
所以(m－3)(m＋1)≠0，
解得m≠3且m≠－1.
故当m≠3且m≠－1时，直线l1与l2相交．
(2)若l1∥l2，则有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(A1B2－A2B1＝0，,B1C2－B2C1≠0，))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(3－mm－2＝0，,2m2－18≠0，))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m2－2m－3＝0，,m2≠9，))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m＝3或m＝－1，,m≠3且m≠－3，))
所以m＝－1.
故当m＝－1时，直线l1与l2平行．
(3)若l1与l2重合，则有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(A1B2－A2B1＝0，,B1C2－B2C1＝0，))
即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(3－mm－2＝0，,2m2－18＝0，))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m＝3或m＝－1，,m＝3或m＝－3.))所以m＝3.
故当m＝3时，直线l1与l2重合．
反思感悟 两条直线位置关系的两种判定方法
(1)斜率法：若两直线斜率不相等，则两直线相交；若两直线斜率相等，截距不相等，则两直线平行；若两直线斜率相等，截距也相等，则两直线重合．特别地，要考虑斜率不存在的情况．
(2)方向向量法：若两直线的方向向量不共线，则两直线相交；若两直线的方向向量共线，则两直线平行或重合．
跟踪训练1 判断下列各组中两条直线的位置关系．
(1)l1：y＝3x＋4，l2：2x－6y＋1＝0；
(2)l1：2x－6y＋4＝0，l2：y＝eq \f(x,3)＋eq \f(2,3)；
(3)l1：(eq \r(2)－1)x＋y＝3，l2：x＋(eq \r(2)＋1)y＝2；
(4)l1：x＝5，l2：x＝6.
解 (1)A1＝3，B1＝－1，C1＝4；
A2＝2，B2＝－6，C2＝1.
因为eq \f(A1,A2)≠eq \f(B1,B2)，所以l1与l2相交．
(2)A1＝2，B1＝－6，C1＝4；
把l2化为x－3y＋2＝0，所以A2＝1，B2＝－3，C2＝2.
因为eq \f(A1,A2)＝eq \f(B1,B2)＝eq \f(C1,C2)，所以l1与l2重合．
(3)A1＝eq \r(2)－1，B1＝1，C1＝－3；
A2＝1，B2＝eq \r(2)＋1，C2＝－2.
因为eq \f(A1,A2)＝eq \f(B1,B2)≠eq \f(C1,C2)，所以l1与l2平行．
(4)A1＝1，B1＝0，C1＝－5；A2＝1，B2＝0，C2＝－6，
因为A1B2－A2B1＝0，
而A2C1－A1C2≠0，所以l1与l2平行．
二、两条直线的平行
知识梳理
1．利用直线的斜截式判断两直线平行：l1∥l2⇔k1＝k2且b1≠b2.
2．利用直线的一般式判断两直线平行：l1∥l2⇔A1B2＝A2B1且A1C2≠A2C1(或B1C2≠B2C1)．
注意点：(1)与已知直线平行的直线的设法：Ax＋By＋C0＝0.
(2)过点(x0，y0)且与已知直线平行的直线方程为A(x－x0)＋B(y－y0)＝0.
例2 (1)求过点A(1，－4)且与直线2x＋3y＋5＝0平行的直线方程；
(2)已知A(－2，m)，B(m,4)，直线AB与直线l：y＝－2x＋1平行，求m的值．
解 (1)方法一 已知直线的斜率为－eq \f(2,3)，
∵所求直线与已知直线平行，
∴所求直线方程的斜率为－eq \f(2,3).
由点斜式，得所求直线的方程为y＋4＝－eq \f(2,3)(x－1)，
即2x＋3y＋10＝0.
方法二 设与直线2x＋3y＋5＝0平行的直线l的方程为2x＋3y＋λ＝0(λ≠5)．
∵l经过点A(1，－4)，
∴2×1＋3×(－4)＋λ＝0，解得λ＝10，
∴所求直线方程为2x＋3y＋10＝0.
(2)kl＝－2，
∵AB∥l，∴kAB＝－2，
∴eq \f(4－m,m－－2)＝－2，解得m＝－8.
反思感悟 (1)求与直线y＝kx＋b平行的直线的方程时，根据两直线平行的条件可巧设为y＝kx＋m(m≠b)，然后通过待定系数法，求参数m的值．
(2)求与直线Ax＋By＋C＝0平行的直线方程时，可设方程为Ax＋By＋m＝0(m≠C)，代入已知条件求出m即可．
(3)对于斜率为零及不存在的情形要单独讨论．
跟踪训练2 若直线l与直线2x＋3y＋5＝0平行，且在两坐标轴上的截距之和为eq \f(5,6)，求直线l的方程．
解 设直线l的方程为2x＋3y＋C＝0(C≠5)，
令x＝0，得y＝－eq \f(C,3)，
令y＝0，得x＝－eq \f(C,2).
由题意，得－eq \f(C,3)－eq \f(C,2)＝eq \f(5,6)，解得C＝－1.
所以直线的方程为2x＋3y－1＝0.
三、两条直线的垂直
问题2 两直线l1：A1x＋B1y＋C1＝0，l2：A2x＋B2y＋C2＝0垂直的条件是什么？
提示 思路一：两任意直线互相垂直的充要条件是这两条直线的方向向量或法向量相互垂直，直线l1的法向量是(A1，B1)，直线l2的法向量是(A2，B2)，故l1⊥l2⇔A1A2＋B1B2＝0.
思路二：若两直线的斜率都存在，设两条直线的倾斜角分别为α1，α2，斜率分别为k1，k2，则这两条直线互相垂直的充要条件是α1＝α2＋eq \f(π,2)，即l1⊥l2⇔k1·k2＝－1.
知识梳理
1．利用直线的斜截式方程判断两条直线的垂直
在平面直角坐标系中，直线l1：y＝k1x＋b1，l2：y＝k2x＋b2，
l1⊥l2⇔k1·k2＝－1.
2．利用直线的一般式方程判断两条直线的垂直
(1)在平面直角坐标系中，直线l1：A1x＋B1y＋C1＝0，
l2：A2x＋B2y＋C2＝0，
l1⊥l2⇔A1A2＋B1B2＝0.
(2)若直线l1：Ax＋By＋C1＝0，l2：Bx－Ay＋C2＝0，
则直线l1与l2相互垂直．
注意点：(1)利用k1·k2＝－1仅能判断斜率存在且不为0时的直线垂直关系．
(2)一条直线的斜率不存在，另一条直线的斜率为0时，这两条直线也垂直．
(3)与已知直线垂直的直线的设法Bx－Ay＋C0＝0.
(4)过(x0，y0)且与已知直线垂直的直线方程为B(x－x0)－A(y－y0)＝0.
例3 判断下列各题中l1与l2是否垂直．
(1)l1经过点A(－3，－4)，B(1,3)，l2经过点M(－4，－3)，N(3，1)；
(2)l1的斜率为－10，l2经过点A(10,2)，B(20,3)；
(3)l1经过点A(3,4)，B(3,10)，l2经过点M(－10,40)，N(10,40)．
解 (1)k1＝eq \f(3－－4,1－－3)＝eq \f(7,4)，k2＝eq \f(1－－3,3－－4)＝eq \f(4,7)，
k1k2＝1，∴l1与l2不垂直．
(2)k1＝－10，k2＝eq \f(3－2,20－10)＝eq \f(1,10)，
k1k2＝－1，∴l1⊥l2.
(3)l1的倾斜角为90°，则l1⊥x轴；
k2＝eq \f(40－40,10－－10)＝0，则l2∥x轴，∴l1⊥l2.
反思感悟 (1)若所给的直线方程都是一般式方程，则运用条件：l1⊥l2⇔A1A2＋B1B2＝0判断．
(2)若所给的直线方程都是斜截式方程，则运用条件：
l1⊥l2⇔k1·k2＝－1判断．
(3)若所给的直线方程不是以上两种情形，则把直线方程化为一般式再判断．
跟踪训练3 (1)与直线y＝2x＋1垂直，且在y轴上的截距为4的直线的斜截式方程是( )
A．y＝eq \f(1,2)x＋4 B．y＝2x＋4
C．y＝－2x＋4 D．y＝－eq \f(1,2)x＋4
答案 D
解析 因为所求直线与y＝2x＋1垂直，所以设直线方程为y＝－eq \f(1,2)x＋b.又因为直线在y轴上的截距为4，所以直线的斜截式方程为y＝－eq \f(1,2)x＋4.
(2)直线(2－m)x＋my＋3＝0与直线x－my－3＝0垂直，则m的值为________．
答案 －2或1
解析 由题意知，(2－m)＋m·(－m)＝0，
解得m＝－2或m＝1.
1.知识清单：
(1)利用直线方程的斜截式和一般式判断两直线的位置关系．
(2)求两直线的交点坐标．
2．方法归纳：公式法、待定系数法、分类讨论．
3．常见误区：利用直线一般式方程判断两直线平行时，需检验是否重合．
1．直线2x－y＋k＝0和直线4x－2y＋1＝0的位置关系是( )
A．平行 B．不平行
C．平行或重合 D．既不平行也不重合
答案 C
解析 当k＝eq \f(1,2)时，两直线重合，当k≠eq \f(1,2)时，两直线平行．
2．已知直线l1：3x＋4y－5＝0与l2：3x＋5y－6＝0相交，则它们的交点是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(－1，\f(1,3))) B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)，1))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1，\f(1,3))) D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(－1，－\f(1,3)))
答案 B
3．已知直线l1的倾斜角为30°，且直线l1⊥l2，则直线l2的斜率为( )
A．－eq \f(\r(3),3) B.eq \f(\r(3),3) C．－eq \r(3) D.eq \r(3)
答案 C
解析 ∵＝tan 30°＝eq \f(\r(3),3)，
∴＝－eq \r(3).
4．直线l过点P(3,2)，且与经过点A(0,1)，B(－2，－1)的直线平行，则直线l的方程为________________．
答案 x－y－1＝0
解析 经过点A(0,1)，B(－2，－1)的直线的斜率为
k＝eq \f(1－－1,0－－2)＝1.
∵所求直线经过点P(3,2)，
∴所求直线方程为y－2＝x－3，
即x－y－1＝0.
课时对点练
1．直线3x＋2y＋6＝0和2x＋5y－7＝0的交点坐标为( )
A．(－4，－3) B．(4,3)
C．(－4,3) D．(3,4)
答案 C
解析 由方程组eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(3x＋2y＋6＝0，,2x＋5y－7＝0，))得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x＝－4，,y＝3.))
2．下列说法中正确的有( )
①若两条直线斜率相等，则两直线平行；
②若l1∥l2，则＝；
③若两直线中有一条直线的斜率不存在，另一条直线的斜率存在，则两直线相交；
④若两条直线的斜率都不存在，则这两条直线平行．
A．1个 B．2个 C．3个 D．4个
答案 A
解析 两直线的斜率相等，两直线平行或重合，故①不正确；当l1∥l2，两直线的斜率存在且相等或都不存在，故②不正确，③显然正确；当两直线的斜率不存在时，两直线平行或重合，故④不正确．
3．已知直线3x＋y－3＝0与6x＋my＋1＝0平行，则m的值等于( )
A．－18 B．－2 C．2 D．18
答案 C
解析 显然m≠0，由eq \f(3,6)＝eq \f(1,m)≠eq \f(－3,1)，得m＝2.
4．以A(－2,1)，B(4,3)为端点的线段的垂直平分线的方程是( )
A．3x－y＋5＝0 B．3x－y－5＝0
C．3x＋y－5＝0 D．3x＋y＋5＝0
答案 C
解析 AB的中点坐标为(1,2)，
kAB＝eq \f(3－1,4－－2)＝eq \f(1,3)，
AB的垂直平分线的斜率为－3，
∴所求直线的方程为y－2＝－3(x－1)，
即3x＋y－5＝0.
5．(多选)已知直线l1，l2，l3的斜率分别是k1，k2，k3，其中l1∥l2，且k1，k3是方程2x2－3x－2＝0的两根，则k1＋k2＋k3的值是( )
A．1 B.eq \f(3,2) C.eq \f(7,2) D．3
答案 AC
解析 由k1，k3是方程2x2－3x－2＝0的两根，
解方程得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(k1＝－\f(1,2)，,k3＝2))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(k1＝2，,k3＝－\f(1,2).))
又l1∥l2，所以k1＝k2，
所以k1＋k2＋k3＝1或eq \f(7,2).
6．(多选)设点P(－4,2)，Q(6，－4)，R(12,6)，S(2,12)，下面四个结论正确的是( )
A．PQ∥SR B．PQ⊥PS
C．PS∥QS D．PR⊥QS
答案 ABD
解析 由斜率公式知，kPQ＝eq \f(－4－2,6＋4)＝－eq \f(3,5)，
kSR＝eq \f(12－6,2－12)＝－eq \f(3,5)，kPS＝eq \f(12－2,2＋4)＝eq \f(5,3)，
kQS＝eq \f(12＋4,2－6)＝－4，kPR＝eq \f(6－2,12＋4)＝eq \f(1,4)，
∴PQ∥SR，PQ⊥PS，PR⊥QS.
而kPS≠kQS，
∴PS与QS不平行，ABD正确．
7．已知直线ax＋2y－1＝0与直线2x－5y＋c＝0垂直相交于点(1，m)，则m＝______.
答案 －2
解析 由两直线垂直得2a－10＝0，解得a＝5.
又点(1，m)在直线上，
所以a＋2m－1＝0，
所以m＝－2.
8．已知直线l1：(k－3)x＋(4－k)y＋1＝0与直线l2：2(k－3)x－2y＋3＝0平行，则k的值是________．
答案 3或5
解析 方法一 当k＝3时，两条直线平行；
当k＝4时，两条直线不平行．
当k≠3且k≠4时，由两直线平行，
得eq \f(k－3,2k－3)＝eq \f(4－k,－2)≠eq \f(1,3)，解得k＝5.
∴k＝3或5.
方法二 因为l1∥l2，
所以(k－3)×(－2)－(4－k)×2(k－3)＝0，
即(k－3)(k－5)＝0，
解得k＝3或k＝5，
经检验k＝3或5时，两直线都平行．
9．已知直线l1：ax＋2y＋6＝0和l2：x＋(a－1)y＋a2－1＝0(a≠1)，试求a为何值时，
(1)l1∥l2；
(2)l1⊥l2.
解 (1)∵l1∥l2，
∴eq \f(1,a)＝eq \f(a－1,2)≠eq \f(a2－1,6)，解得a＝－1.
(2)∵l1⊥l2，
∴a＋2(a－1)＝0，解得a＝eq \f(2,3).
10．若两条直线l1：y＝kx＋2k＋1和l2：x＋2y－4＝0的交点在第四象限，求k的取值范围．
解 联立两直线的方程eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y＝kx＋2k＋1，,x＋2y－4＝0，))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x＝\f(2－4k,2k＋1)，,y＝\f(6k＋1,2k＋1)，))
∵该交点落在平面直角坐标系的第四象限，
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(2－4k,2k＋1)>0，,\f(6k＋1,2k＋1)<0，))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(－\f(1,2)即－eq \f(1,2)则k的取值范围为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(－\f(1,2)，－\f(1,6))).
11．下列直线中，平行于直线4x＋3y－3＝0，且不过第一象限的是( )
A．3x＋4y＋7＝0 B．4x＋3y＋7＝0
C．4x＋3y－42＝0 D．3x＋4y－42＝0
答案 B
解析 ∵与直线4x＋3y－3＝0平行，∴A，D不正确．
对于C选项，直线过eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(21,2)，0))，(0,14)两点，则直线过第一象限．∴C不正确，故选B.
12．当0A．第一象限 B．第二象限
C．第三象限 D．第四象限
答案 B
解析 由方程组eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(kx－y＝k－1，,ky－x＝2k，))
得两直线的交点坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(k,k－1)，\f(2k－1,k－1))).
因为00，
所以交点在第二象限．
13．已知直线mx＋4y－2＝0与2x－5y＋n＝0垂直，垂足为(1，p)，则m＋n＋p的值为( )
A．24 B．20
C．0 D．－4
答案 D
解析 由两直线垂直，得2m－20＝0，m＝10.
将(1，p)代入直线10x＋4y－2＝0中，得p＝－2.
将(1，－2)代入到直线2x－5y＋n＝0中，得n＝－12，
所以m＋p＋n＝－4.
14．已知直线l的倾斜角为135°，直线l1经过点A(3,2)，B(a，－1)，且直线l1与l垂直，直线l2：2x＋by＋1＝0与直线l1平行，则a＋b＝________.
答案 －2
解析 kl＝tan 135°＝－1，故＝1，
即eq \f(－1－2,a－3)＝1，解得a＝0，
直线l2的方程可化为y＝－eq \f(2,b)x－eq \f(1,b)，
∴＝＝1，∴－eq \f(2,b)＝1，∴b＝－2，
故a＋b＝－2.
15．若直线ax＋by－11＝0与3x＋4y－2＝0平行，并过直线2x＋3y－8＝0和x－2y＋3＝0的交点，则a＝________，b＝________.
答案 3 4
解析 由方程组eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2x＋3y－8＝0，,x－2y＋3＝0，))得交点B(1,2)，
代入方程ax＋by－11＝0中，
得a＋2b－11＝0.①
又直线ax＋by－11＝0平行于直线3x＋4y－2＝0，
所以eq \f(a,3)＝eq \f(b,4)≠eq \f(－11,－2)，②
由①②，得a＝3，b＝4.
16．已知三条直线l1：4x＋y－4＝0，l2：mx＋y＝0，l3：2x－3my－4＝0.
(1)若直线l1，l2，l3交于一点，求实数m的值；
(2)若直线l1，l2，l3不能围成三角形，求实数m的值．
解 显然m≠4，联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(mx＋y＝0，,4x＋y－4＝0，))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x＝\f(4,4－m)，,y＝\f(4m,m－4)，))
(1)l1与l2的交点为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4,4－m)，\f(4m,m－4)))，
将该点代入直线l3方程有
2·eq \f(4,4－m)－3m·eq \f(4m,m－4)－4＝0，
整理得3m2＋m－2＝0，
解得m＝eq \f(2,3)或－1.
(2)因为l1，l2，l3不能围成三角形，
①当l1，l2，l3交于一点时，由(1)知m＝eq \f(2,3)或－1.
②当l1∥l2时，4－m＝0，解得m＝4.
③当l1∥l3时，由题意得，－12m－2＝0，解得m＝－eq \f(1,6).
④当l2∥l3时，由题意得，－3m2－2＝0，无解．
综上，m的值为－1，－eq \f(1,6)，eq \f(2,3)，4.方程组eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(A1x＋B1y＋C1＝0，,A2x＋B2y＋C2＝0))的解
一组
无数组
无解
直线l1和l2的公共点的个数
1
无数
0
直线l1和l2的位置关系
相交
重合
平行