人教版新课标A必修22.3 直线、平面垂直的判定及其性质学案
展开1.点到直线的距离
(1)概念:过一点向直线作垂线,则该点与垂足之间的距离,就是该点到直线的距离.
(2)公式:点P(x0,y0)到直线l:Ax+By+C=0的距离d= eq \f(|Ax0+By0+C|,\r(A2+B2)).
思考:在使用点到直线距离公式时对直线方程有什么要求?
[提示] 要求直线的方程应化为一般式.
2.两平行直线间的距离
(1)概念:夹在两条平行直线间的公垂线段的长度就是两条平行直线间的距离.
(2)公式:两条平行直线l1:Ax+By+C1=0与l2:Ax+By+C2=0之间的距离d= eq \f(|C1-C2|,\r(A2+B2)).
思考:在应用两条平行线间的距离公式时对直线方程有什么要求?
[提示] 两条平行直线的方程都是一般式,且x, y对应的系数应分别相等.
1.原点到直线x+2y-5=0的距离为( )
A.1 B. eq \r(3) C.2 D. eq \r(5)
D [d= eq \f(|0+2×0-5|,\r(12+22))= eq \r(5).]
2.两条平行线l1:3x+4y-7=0和l2:3x+4y-12=0的距离为( )
A.3 B.2 C.1 D. eq \f(1,2)
C [d= eq \f(|-7-(-12)|,\r(32+42))=1.]
3.分别过点A(-2,1)和点B(3,-5)的两条直线均垂直于x轴,则这两条直线间的距离是________.
5 [d=|3-(-2)|=5.]
4.若第二象限内的点P(m,1)到直线x+y+1=0的距离为 eq \r(2),则m的值为________.
-4 [由 eq \f(|m+1+1|,\r(12+12))= eq \r(2),得m=-4或m=0,
又∵m<0,∴m=-4.]
点到直线的距离
【例1】 求点P(3,-2)到下列直线的距离:
(1)y= eq \f(3,4)x+ eq \f(1,4);(2)y=6;(3)x=4.
[解] (1)把方程y= eq \f(3,4)x+ eq \f(1,4)写成3x-4y+1=0,由点到直线的距离公式得d= eq \f(|3×3-4×(-2)+1|,\r(32+(-4)2))= eq \f(18,5).
(2)法一:把方程y=6写成0·x+y-6=0,由点到直线的距离公式得d= eq \f(|0×3+(-2)-6|,\r(02+12))=8.
法二:因为直线y=6平行于x轴,
所以d=|6-(-2)|=8.
(3)因为直线x=4平行于y轴,所以d=|4-3|=1.
点到直线距离的求解方法
(1)求点到直线的距离,首先要把直线化成一般式方程,然后再套用点到直线的距离公式.
(2)当点与直线有特殊位置关系时,也可以用公式求解,但是这样会把问题变复杂了,要注意数形结合.
eq \a\vs4\al([跟进训练])
1.已知△ABC三个顶点坐标A(-1,3),B(-3,0),C(1,2),求△ABC的面积S.
[解] 由直线方程的两点式得直线BC的方程为 eq \f(y-0,2-0)= eq \f(x+3,1+3),即x-2y+3=0.
由两点间距离公式得
|BC|= eq \r((-3-1)2+(0-2)2)=2 eq \r(5),
点A到BC的距离为d,即为BC边上的高,
d= eq \f(|-1-2×3+3|,\r(12+(-2)2))= eq \f(4\r(5),5),
所以S= eq \f(1,2)|BC|·d= eq \f(1,2)×2 eq \r(5)× eq \f(4\r(5),5)=4,
即△ABC的面积为4.
两条平行线间的距离
【例2】 (1)两直线3x+y-3=0和6x+my-1=0平行,则它们之间的距离为________.
(2)已知直线l与两直线l1:2x-y+3=0和l2:2x-y-1=0的距离相等,则l的方程为________.
(1) eq \f(\r(10),4) (2)2x-y+1=0 [(1)由题意,得 eq \f(6,3)= eq \f(m,1),
∴m=2,将直线3x+y-3=0化为6x+2y-6=0,
由两平行线间距离公式,得 eq \f(|-1+6|,\r(62+22))= eq \f(5,\r(40))= eq \f(\r(10),4).
(2)设直线l的方程为2x-y+C=0,由题意,得 eq \f(|3-C|,\r(22+12))= eq \f(|C+1|,\r(22+12)),解得C=1,∴直线l的方程为2x-y+1=0.]
求两条平行线间距离的方法
(1)求两平行线间的距离,一般是直接利用两平行线间的距离公式,当直线l1:y=kx+b1,l2:y=kx+b2,且b1≠b2时,d= eq \f(|b1-b2|,\r(k2+1));当直线l1:Ax+By+C1=0,l2:Ax+By+C2=0且C1≠C2时,d= eq \f(|C1-C2|,\r(A2+B2)). 但必须注意两直线方程中x,y的系数对应相等.
(2)转化为一条平行线上的点到另一条平行线的距离.
eq \a\vs4\al([跟进训练])
2.求与直线l:5x-12y+6=0平行且与直线l距离为3的直线方程.
[解] 设与l平行的直线方程为5x-12y+b=0,
根据两平行直线间的距离公式得 eq \f(|b-6|,\r(52+(-12)2))=3,
解得b=45或b=-33.
所以所求直线方程为:5x-12y+45=0,
或5x-12y-33=0.
距离公式的综合应用
[探究问题]
1. 两条互相平行的直线分别过点A(6,2)和B(-3,-1),并且各自绕着点A,B同时旋转(旋转过程两直线保持平行),如果两条平行直线间的距离为d,你能求出d的变化范围吗?
[提示] 如图所示,显然有0
[提示] 当d取最大值时,两条平行线都垂直于AB,所以k=- eq \f(1,kAB)=- eq \f(1,\f(2-(-1),6-(-3)))=-3,故所求的直线方程分别为y-2=-3(x-6)和y+1=-3(x+3),即3x+y-20=0和3x+y+10=0.
【例3】 已知正方形的中心为直线2x-y+2=0,x+y+1=0的交点,正方形一边所在的直线l的方程为x+3y-5=0,求正方形其他三边所在直线的方程.
思路探究:先求出正方形中心坐标,利用正方形中心到四边的距离相等及另外三边与已知边l平行或垂直求解.
[解] 设与直线l:x+3y-5=0平行的边所在的直线方程为l1:x+3y+c=0(c≠-5).
由 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2x-y+2=0,,x+y+1=0,))得正方形的中心坐标为P(-1,0),
由点P到两直线l,l1的距离相等,得 eq \f(|-1-5|,\r(12+32))= eq \f(|-1+c|,\r(12+32)),得c=7或c=-5(舍去).∴l1:x+3y+7=0.
又正方形另两边所在直线与l垂直,
∴设另两边所在直线的方程分别为3x-y+a=0,3x-y+b=0.
∵正方形中心到四条边的距离相等,
∴ eq \f(|-3+a|,\r(32+(-1)2))= eq \f(|-1-5|,\r(12+32)),得a=9或a=-3,
∴另两条边所在的直线方程分别为3x-y+9=0,3x-y-3=0.
∴另三边所在的直线方程分别为3x-y+9=0,x+3y+7=0,3x-y-3=0.
1.求过本例中正方形中心且与原点距离最大的直线方程.
[解] 由例题知,正方形中心坐标为P(-1,0),则与OP垂直的直线到原点的距离最大.∵kOP=0,∴此时所求直线方程为x=-1.
2.本例中条件不变,你能求出正方形对角线所在直线方程吗?
[解] 由 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x+3y+7=0,,3x-y-3=0))可得交点坐标为 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,5),-\f(12,5))),又正方形中心为P(-1,0),
∴由两点式方程得对角线方程为: eq \f(y-0,-\f(12,5)-0)= eq \f(x+1,\f(1,5)+1),即2x+y+2=0.
由 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(3x-y-3=0,,x+3y-5=0))可得正方形另一顶点坐标为 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(7,5),\f(6,5))),又正方形中心为P(-1,0),
∴由两点式得另一对角线方程为: eq \f(y-0,\f(6,5)-0)= eq \f(x+1,\f(7,5)+1),即x-2y+1=0.
综上可知正方形的两条对角线方程为x-2y+1=0或2x+y+2=0.
距离公式综合应用的三种常用类型
(1)最值问题
①利用对称转化为两点之间的距离问题.
②利用所求式子的几何意义转化为点到直线的距离.
③利用距离公式将问题转化为一元二次函数的最值问题,通过配方求最值.
(2)求参数问题
利用距离公式建立关于参数的方程或方程组,通过解方程或方程组求值.
(3)求方程的问题
立足确定直线的几何要素——点和方向,利用直线方程的各种形式,结合直线的位置关系(平行直线系、垂直直线系及过交点的直线系),巧设直线方程,在此基础上借助三种距离公式求解.
1.对点到直线的距离公式的两点说明
(1)适用范围:点到直线的距离公式适用于平面内任意一点到任意一条直线的距离.
(2)结构特点:公式中的分子是用点P(x0,y0)的坐标代换直线方程中的x,y,然后取绝对值,分母是直线方程中的x,y的系数的平方和的算术平方根.
特别提醒 在使用点到直线的距离公式时,要特别注意直线方程的形式.
2.对两条平行直线间的距离的两点说明
(1)这个距离与所选点的位置无关,但一般要选取特殊的点(如与坐标轴的交点).
(2)两条平行直线间的距离公式.
除了将两平行直线间的距离转化为点到直线的距离求解外,还可以利用两条平行直线间的距离公式d= eq \f(|C2-C1|,\r(A2+B2)).
1.点(5,-3)到直线x+2=0的距离等于( )
A.7 B.5 C.3 D.2
A [直线x+2=0,即x=-2为平行于y轴的直线,所以点(5,-3)到x=-2的距离d=|5-(-2)|=7.]
2.直线x-2y-1=0与直线x-2y-c=0的距离为2 eq \r(5),则c的值为( )
A.9 B.11或-9 C.-11 D.9或-11
B [两平行线间的距离为d= eq \f(|-1-(-c)|,\r(12+(-2)2))=2 eq \r(5),解得c=-9或11.]
3.点P(x,y)在直线x+y-4=0上,O是坐标原点,则|OP|的最小值是( )
A. eq \r(7) B. eq \r(6) C.2 eq \r(2) D. eq \r(5)
C [|OP|的最小值是点O到直线x+y-4=0的距离,由点到直线的距离公式得
d= eq \f(|0+0-4|,\r(12+12))=2 eq \r(2),故应选C.]
4.直线l到直线x-2y+4=0的距离和原点到直线l的距离相等,则直线l的方程是________.
x-2y+2=0 [由题意设所求l的方程为x-2y+C=0,则 eq \f(|C-4|,\r(12+22))= eq \f(|C|,\r(12+22)),解得C=2,故直线l的方程为x-2y+2=0.]
5.已知直线l经过点(-2,3),且原点到直线l的距离等于2,求直线l的方程.
[解] 当直线l的斜率不存在时,直线的方程为x=-2,符合原点到直线l的距离等于2.
当直线l的斜率存在时,
设所求直线l的方程为y-3=k(x+2),
即kx-y+2k+3=0,由d= eq \f(|0-0+2k+3|,\r(1+k2))=2,
得k=- eq \f(5,12),即直线l的方程为5x+12y-26=0.
学 习 目 标
核 心 素 养
1.了解点到直线距离公式的推导方法.(重点)
2.掌握点到直线距离公式,并能灵活应用于求平行线间的距离等问题.(难点)
3.初步掌握用解析法研究几何问题.(重点、难点)
通过点到直线距离、两条平行线间距离公式的学习,提升逻辑推理、数学运算、直观想象的数学学科素养.
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