高考圆锥曲线题型专题分析——第一讲 直线的方程(全国通用)
展开第一节 直线的方程
知识框架
知识点归纳
1.直线的倾斜角
(1)定义:在平面直角坐标系中,对于一条与x轴相交的直线,把x轴绕着交点按逆时针方向旋转到直线重合时,所转过的最小正角α也能刻画直线的倾斜程度,我们把这个角α称为这条直线的倾斜角.
(2)范围:直线的倾斜角α的取值范围是{α|0≤α<π}.
2.直线的斜率
(1)我们把一条直线的倾斜角α的正切值叫作这条直线的斜率,斜率常用小写字母k表示,即k=tan__α.
(2)过两点的直线的斜率公式
经过两点P1(x1,y1),P2(x2,y2)(x1≠x2)的直线的斜率k=.
3.直线方程的五种形式
名称
几何条件
方程
适用条件
斜截式
纵截距、斜率
y=kx+b
与x轴不垂直的直线
点斜式
过一点、斜率
y-y0=k(x-x0)
两点式
过两点
=
与两坐标轴均不垂直的直线
截距式
纵、横截距
+=1
不过原点且与两坐标轴均不垂直的直线
一般式
Ax+By+C=0(A2+B2≠0)
所有直线
[常用结论]
1.直线的倾斜角α和斜率k之间的对应关系:
α
0
0<α<
<α<π
k
0
k>0
不存在
k<0
2.截距和距离的不同之处
“截距”是直线与坐标轴交点的坐标值,它可正,可负,也可是零,而“距离”是一个非负数.
3.直线的方向向量
设A(x1,y1),B(x2,y2)(其中x1≠x2)是直线l上的两点,则向量=(x2-x1,y2-y1)以及与它平行的向量都是直线的方向向量.若直线l的斜率为k,它的一个方向向量的坐标为(x,y),则k=.
4.直线Ax+By+C=0(A2+B2≠0)的一个法向量ν=(A,B),一个方向向量
a=(-B,A).
题型归类
题型一 直线的倾斜角与斜率
例1 直线l过点P(1,0),且与以A(2,1),B(0,)为端点的线段有公共点,则直线l斜率的取值范围为________________.
答案 (-∞,-]∪[1,+∞)
解析 设PA与PB的倾斜角分别为α,β,直线PA的斜率是kAP=1,直线PB的斜率是kBP=-,当直线l由PA变化到与y轴平行的位置PC时,它的倾斜角由α增至90°,斜率的取值范围为[1,+∞).
当直线l由PC变化到PB的位置时,它的倾斜角由90°增至β,斜率的变化范围是(-∞,-].
故斜率的取值范围是(-∞,-]∪[1,+∞).
感悟提升 (1)斜率的两种求法:定义法、斜率公式法.
(2)倾斜角和斜率范围求法:①图形观察(数形结合);②充分利用函数k=tan α的单调性.
题型二 求直线的方程
例2 已知△ABC的三个顶点坐标为A(1,2),B(3,6),C(5,2),M为AB的中点,N为AC的中点,则中位线MN所在直线的方程为________.
答案 2x+y-8=0
解析 由题知M(2,4),N(3,2),
故中位线MN所在直线的方程为=,
整理得2x+y-8=0.
感悟提升 (1)在求直线方程时,应选择适当的形式,并注意各种形式的适用条件.
(2)对于点斜式、截距式方程,要注意分类讨论思想的运用(若采用点斜式,应先考虑斜率不存在的情况;若采用截距式,应判断截距是否为零).
题型三 直线方程的综合应用
例3 已知直线l:kx-y+1+2k=0(k∈R).
(1)证明:直线l过定点;
(2)若直线不经过第四象限,求k的取值范围;
(3)若直线l交x轴负半轴于点A,交y轴正半轴于点B,△AOB的面积为S(O为坐标原点),求S的最小值并求此时直线l的方程.
(1)证明 直线l的方程可化为k(x+2)+(1-y)=0,
令解得
∴无论k取何值,直线总经过定点(-2,1).
(2)解 由方程知,当k≠0时,直线在x轴上的截距为-,在y轴上的截距为1+2k,
要使直线不经过第四象限,则必须有解得k>0;
当k=0时,直线为y=1,符合题意,
故k的取值范围是[0,+∞).
(3)解 由题意可知k≠0,再由l的方程,得A,B(0,1+2k).
依题意得解得k>0.
∵S=·|OA|·|OB|=··|1+2k|
=·=≥×(2×2+4)=4,
等号成立的条件是k>0,且4k=,即k=,
∴Smin=4,此时直线l的方程为x-2y+4=0.
感悟提升 (1)求解与直线方程有关的最值问题:先设出直线方程,建立目标函数,再利用基本不等式求解最值;
(2)求直线方程:弄清确定直线的两个条件,由直线方程的几种特殊形式直接写出方程;
(3)求参数值或范围:注意点在直线上,则点的坐标适合直线的方程,再结合函数的单调性或基本不等式求解.
课后检测
一、单选题
1.经过两点的直线的倾斜角为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】先根据两点的斜率公式求出斜率,结合斜率与倾斜角的关系可得倾斜角.
【详解】因为,所以过两点的直线斜率为,
所以倾斜角为.
故选:A.
2.直线l经过两条直线3x+4y﹣5=0和3x﹣4y﹣13=0的交点,且与直线x+2y+1=0垂直,则l的方程是( )
A.2x+y﹣7=0 B.2x﹣y﹣7=0
C.2x+y+7=0 D.2x﹣y+7=0
【答案】B
【分析】联立方程可得l过的定点,由垂直可得直线的斜率,由点斜式可写直线的方程,化为一般式即可.
【详解】联立方程,解得x=3,y=﹣1,
故所求直线l过点(3,﹣1),
由直线x+2y+1=0的斜率为,
可知l的斜率为2,
由点斜式方程可得:y+1=2(x﹣3),即2x﹣y﹣7=0,
故选:B
3.已知,则“直线与平行”是“”的( )条件
A.充分不必要 B.必要不充分 C.充要 D.既不充分又不必要
【答案】A
【分析】根据直线的平行,斜率相等,截距不等即可解决.
【详解】若直线与平行,
则,即,当,时,
两直线方程为,,此时两直线重合,
故“直线与平行”是“”的充分不必要条件,
故选:A.
【点睛】本题考查充分必要条件,考查直线的位置关系,是基础题.
4.已知直线与圆交于两点,是坐标原点,且,则实数的值为( )
A. B.或 C.或 D.或
【答案】C
【分析】根据向量关系可得,由此可得圆心到直线距离为,建立方程求得结果.
【详解】由可得:
又为圆的圆心,则
则到直线的距离为:
即
本题正确选项:
【点睛】本题考查直线与圆的相关问题,关键是能够利用向量的关系得到向量垂直的关系,从而能将问题转化为点到直线的距离问题.
5.数学家欧拉在1765年提出定理:三角形的外心、重心、垂心依次位于同一直线上,且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半,这条直线称之为三角形的欧拉线.已知的顶点,,若其欧拉线方程为,则顶点的坐标是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】设的坐标,由重心坐标公式求重心,代入欧拉线得方程,求出的垂直平分线,联立欧拉线方程得三角形外心,外心到三角形两顶点距离相等可得另一方程,两方程联立求得点的坐标.
【详解】设,因为,,
由重心坐标公式得重心为,
代入欧拉线方程得: ①
的中点为,,
所以的中垂线方程为,
联立,解得
所以的外心为,
则,化简得: ②
联立①②得:或,
当时,、重合,舍去,
所以顶点的坐标是
故选:A.
【点睛】本题主要考查了直线方程的各种形式,重心坐标公式,属于中档题.
6.已知圆,过的直线与圆交于两点,若,则直线的斜率为( )
A. B. C.或 D.或
【答案】C
【解析】根据得圆心到直线的距离,再根据点到直线距离公式求直线的斜率.
【详解】因为,所以圆心到直线的距离为,
因为圆心到距离等于,所以直线的斜率必存在,设为,则直线,
因此或
故选:C
【点睛】本题考查直线与圆位置关系,考查基本分析求解能力,属基础题.
二、多选题
7.已知直线,,当满足一定的条件时,它们的图形可以是( )
A. B.
C. D.
【答案】AC
【解析】首先将直线的一般式方程化为斜截式,根据斜率和截距之间的关系即可判断.
【详解】解:直线可化为的斜率为,在轴上的截距为.
直线可化为,斜率为,在轴上的截距为.
当时,直线与平行,故正确.
选项中,由直线在轴上的截距可得,.
而由直线的斜率为,可得,故不正确.
在选项中,由直线的斜率为,而直线在轴上的截距.
直线在轴上的截距为,直线的斜率为,故正确.
选项中,两直线斜率,.
再由直线在轴上的截距,故不正确.
故选:.
8.已知直线:,动直线:,则下列结论正确的是( )
A.存在,使得的倾斜角为 B.对任意的,与都有公共点
C.对任意的,与都不重合 D.对任意的,与都不垂直
【答案】ABD
【分析】当时可判断A;直线与均过点可判断B;当时可判断C,由两直线垂直斜率乘积等于可判断D,进而可得正确选项.
【详解】对于A:当时,直线:,此时直线的倾斜角为,故选项A正确;
对于B,直线与均过点,所以对任意的,与都有公共点,故选项B正确;
对于C,当时,直线为,即与重合,故选项C错误;
对于D,直线的斜率为,若的斜率存在,则斜率为,所以与不可能垂直,所以对任意的,与都不垂直,故选项D不正确;
故选:ABD.
三、填空题
9.经过点,且与直线平行的直线方程是__________.
【答案】
【解析】设直线方程为,代入求得,从而得到结果.
【详解】设与直线平行的直线方程为,代入得: ,
故答案为: .
10.关于直线:,:,若,则__________.
【答案】
【分析】根据两直线垂直系数关系列式解决即可求解.
【详解】若,则,解得.
故答案为:.
11.当m变化时,平行线和间的距离的最小值等于______.
【答案】
【分析】直接利用平行直线的距离公式得到答案.
【详解】平行线和间的距离
.
当时有最小值
故答案为
【点睛】本题考查了平行直线间的距离,意在考查学生的计算能力.
12.设,则过线段的中点,且与垂直的直线方程为__________.
【答案】
【分析】求出线段的中点坐标和斜率,利用点斜式写出直线方程.
【详解】因为,所以线段的中点,且.
所以与垂直的直线的斜率为,
所以过线段的中点,与垂直的直线方程为,即.
故答案为:
四、解答题
13.已知直线与垂直.
(1)求;
(2)求直线与直线之间的距离.
【答案】(1)1或3
(2)时,距离为;时,距离为.
【分析】(1)若两直线垂直,则,代入即可求得;
(2)根据(1)中结果,分或两种情况分别带入平行直线的距离公式求出即可.
【详解】(1)解:由题知与垂直,
故有,
解得或;
(2)由(1)知或,
当时,
,
则两直线的距离为:,
当时,
,
则两直线的距离为:,
综上: 时,距离为;
时,距离为.
14.已知集合,,若.求的值.
【答案】或或.
【分析】对集合分类讨论,当时显然成立,当时,根据集合表示直线上的点,利用直线的位置关系求解即可.
【详解】当,即时,,显然满足;
当集合与表示的直线互相平行且不重合时,即,即时,;
由于集合表示的不是完整的一条直线,需排除点,因此当两直线的交点坐标为时,仍有,此时.
解得或.
综上所述:当或或时,.
【点睛】本题主要考查由集合交集的结果求参数,考查了集合的描述法表示,分类讨论,注意空集这一特殊情况,属于常考题型.
15.如图,在平面直角坐标系中,已知平行四边形的顶点和,所在直线的方程为,.
(1)求对角线所在直线的方程;
(2)求所在直线的方程.
【答案】(1);(2).
【分析】(1)求得线段的中点的坐标,由可得直线的斜率,再由直线过点可求得对角线所在直线的方程;
(2)联立直线、的方程,可求得点的坐标,进而可求得直线的斜率,由可得,再由点的坐标可求得直线的方程.
【详解】(1)因为、,所以中点坐标为,
因为,直线斜率为,所以直线斜率为,
由四边形是平行四边形,所以过点,
所以直线方程为,即;
(2)联立直线、的方程,解得,得,
所以斜率为,又因为,所以斜率为,
所以方程为,即.
【点睛】本题考查直线方程的求解,解题时要结合平行四边形的基本性质求得直线的斜率,结合点斜式得直线方程,考查计算能力,属于中等题.
16.已知直线经过两条直线和的交点,直线.
(1)若,求的直线方程;
(2)若,求的直线方程.
【答案】(1);(2).
【分析】(1)先解方程组得交点坐标,再根据平行设所求方程,代入交点坐标得结果,
(2)先解方程组得交点坐标,再根据垂直设所求方程,代入交点坐标得结果.
【详解】(1)由,得,
∴与交点为.
设与直线平行的直线为,
将交点代入,∴.
∴所求直线方程为;
(2)设与直线垂直的直线为 ,
则,解得,
∴所求直线方程为 .
【点睛】本题考查直线交点以及根据直线平行于垂直求直线方程,考查基本分析求解能力,属基础题.
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