(新高考)高考数学一轮考点复习8.2《两条直线的位置关系》学案 (含详解)
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这是一份(新高考)高考数学一轮考点复习8.2《两条直线的位置关系》学案 (含详解),共15页。
第二节 两条直线的位置关系
核心素养立意下的命题导向
1.结合斜率公式,判断两条直线平行或垂直,凸显逻辑推理的核心素养.
2.结合解方程组求两条相交直线的交点坐标,凸显数学运算的核心素养.
3.结合距离问题,考查距离公式的应用,凸显数学运算、直观想象的核心素养.
[理清主干知识]
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l1,l2,若其斜率分别为k1,k2,则有l1∥l2⇔k1=k2.
②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:
①如果两条直线l1,l2的斜率存在,设为k1,k2,则有l1⊥l2⇔k1·k2=-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,l1⊥l2.
2.两条直线的交点的求法
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的解.
3.三种距离公式
类型
条件
距离公式
两点间
的距离
点P1(x1,y1),P2(x2,y2)之间的距离
|P1P2|=
点到直线
的距离
点P0(x0,y0)到直线l:Ax+By+C=0的距离
d=
两平行直线
间的距离
两条平行线Ax+By+C1=0与Ax+By+C2=0间的距离
d=
[澄清盲点误点]
一、关键点练明
1.(由平行关系求直线方程)过点(1,0)且与直线x-2y-2=0平行的直线方程是( )
A.x-2y-1=0 B.x-2y+1=0
C.2x+y-2=0 D.x+2y-1=0
解析:选A 设直线方程为x-2y+c=0,又经过点(1,0),故c=-1,所求直线方程为x-2y-1=0.
2.(点到直线的距离)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. B.2-
C.-1 D.+1
解析:选C 由题意知=1,∴|a+1|=,又a>0,∴a=-1.
3.(点关于线对称)点(a,b)关于直线x+y+1=0的对称点是( )
A.(-a-1,-b-1) B.(-b-1,-a-1)
C.(-a,-b) D.(-b,-a)
解析:选B 设对称点为(x′,y′),则
解得x′=-b-1,y′=-a-1.
4.(两直线的交点)过两直线l1:x-3y+4=0和l2:2x+y+5=0的交点和原点的直线方程为__________________.
解析:过两直线交点的直线系方程为x-3y+4+λ(2x+y+5)=0,代入原点坐标,求得λ=-,故所求直线方程为x-3y+4-(2x+y+5)=0,即3x+19y=0.
答案:3x+19y=0
二、易错点练清
1.(忽视两平行直线系数不一致)平行线3x+4y-9=0和6x+8y+2=0的距离是( )
A. B.2 C. D.
解析:选B 依题意得,所求的距离等于=2.
2.(忽视两直线重合)若直线l1:x+y-1=0与直线l2:x+a2y+a=0平行,则实数a=________.
解析:因为直线l1的斜率k1=-1,l1∥l2,所以a2=1,且a≠-1,所以a=1.
答案:1
3.(忽视平行关系的直线斜率不存在) 已知直线(m+1)x+(2m-1)y=3与(3m-1)x-(2m2-11m+5)y=5平行,则实数m的值为________.
解析:当m≠时,由直线平行可知=≠,解得m=-2或m=3,当m=时,两条直线都垂直于x轴也符合.故m=或m=-2,或m=3.
答案:,-2,3
考点一 两直线的平行与垂直
[典题例析]
(1)(多选)直线l1:x+my-1=0,l2:(m-2)x+3y+1=0,则下列说法正确的是( )
A.若l1∥l2,则m=-1或m=3
B.若l1∥l2,则m=-1
C.若l1⊥l2,则m=-
D.若l1⊥l2,则m=
(2)已知直线l1:mx+y-1=0与直线l2:(m-2)x+my-2=0,则“m=1”是“l1⊥l2”的( )
A.充分不必要条件 B.充要条件
C.必要不充分条件 D.既不充分也不必要条件
(3)已知经过点A(-2,0)和点B(1,3a)的直线l1与经过点P(0,-1)和点Q(a,-2a)的直线l2互相垂直,则实数a的值为________.
[解析] (1)∵l1∥l2,∴
解得m=-1或m=3,经检验符合题意,∴A正确.
∵l1⊥l2,∴(m-2)×1+3m=0,
解得m=,∴D正确.
(2)由l1⊥l2,得m(m-2)+m=0,解得m=0或m=1,所以“m=1”是“l1⊥l2”的充分不必要条件,故选A.
(3)l1的斜率k1==a.
当a≠0时,l2的斜率k2==.
因为l1⊥l2,所以k1k2=-1,即a·=-1,解得a=1.
当a=0时,P(0,-1),Q(0,0),这时直线l2为y轴,A(-2,0),B(1,0),直线l1为x轴,显然l1⊥l2.
综上可知,实数a的值为1或0.
[答案] (1)AD (2)A (3)1或0
[方法技巧] 由一般式方程确定两直线位置关系的方法
直线方程
l1:A1x+B1y+C1=0(A+B≠0),
l2:A2x+B2y+C2=0(A+B≠0)
l1与l2垂直
的充要条件
A1A2+B1B2=0
l1与l2平行
的充分条件
=≠(A2B2C2≠0)
l1与l2相交
的充分条件
≠(A2B2≠0)
l1与l2重合
的充分条件
==(A2B2C2≠0)
[提醒] 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.
[针对训练]
1.(2021·长沙明德中学模拟)“直线l1:2x+(m+1)y+4=0与直线l2:mx+3y-2=0平行”是“m=2”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:选B 若l1∥l2,则
即解得m=-3或2.
因此“直线l1:2x+(m+1)y+4=0与直线l2:mx+3y-2=0平行”是“m=2”的必要不充分条件.
2.已知直线l1:mx+y+4=0和直线l2:(m+2)x-ny+1=0(m>0,n>0)互相垂直,则的取值范围为________.
解析:因为l1⊥l2,所以m(m+2)+1×(-n)=0,得n=m2+2m,因为m>0,所以==,则0<<,故的取值范围为.
答案:
3.若直线l1:x+2my-1=0与l2:(3m-1)x-my-1=0平行,则实数m的值为________.
解析:因为直线l1:x+2my-1=0与l2:(3m-1)x-my-1=0平行,则斜率相等或者斜率不存在,-=或者m=0,所以m=或0.
答案:0或
考点二 两直线的交点与距离问题
[典例] (1)经过两条直线l1:x+y-4=0和l2:x-y+2=0的交点,且与直线2x-y-1=0垂直的直线方程为________________.
(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)由得∴l1与l2的交点坐标为(1,3).设与直线2x-y-1=0垂直的直线方程为x+2y+c=0,则1+2×3+c=0,∴c=-7.∴所求直线方程为x+2y-7=0.
(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=,
即|3k-1|=|-3k-3|,∴k=-,
∴直线l的方程为y-2=-(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=kAB=-,
直线l的方程为y-2=-(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)x+2y-7=0 (2)x+3y-5=0或x=-1
[方法技巧]
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.利用距离公式解题的注意点
(1)点P(x0,y0)到直线x=a的距离d=|x0-a|,到直线y=b的距离d=|y0-b|;
(2)应用两平行线间的距离公式要把两直线方程中x,y的系数分别化为相等.
[针对训练]
1.(2020·全国卷Ⅲ)点(0,-1)到直线y=k(x+1)距离的最大值为( )
A.1 B.
C. D.2
解析:选B 法一:由点到直线的距离公式知点(0,-1)到直线y=k(x+1)的距离d===.当k=0时,d=1;当k≠0时,d==,要使d最大,需k>0且k+最小,∴当k=1时,dmax=,故选B.
法二:设点A(0,-1),直线l:y=k(x+1),由l过定点B(-1,0),知当AB⊥l时,距离最大,最大值为.
2.(2021·烟台调研)若直线l与两直线y=1,x-y-7=0分别交于M,N两点,且MN的中点是P(1,-1),则直线l的斜率是( )
A.- B.
C.- D.
解析:选A 由题意,设直线l的方程为y=k(x-1)-1,
分别与y=1,x-y-7=0联立,解得M,N,又因为MN的中点是P(1,-1),由中点坐标公式得解得k=-.
3.已知l1,l2是分别经过A(1,1),B(0,-1)两点的两条平行直线,当l1,l2间的距离最大时,直线l1的方程是__________.
解析:当直线AB与l1,l2垂直时,l1,l2间的距离最大.因为A(1,1),B(0,-1),所以kAB==2,所以两平行直线的斜率k=-,所以直线l1的方程是y-1=-(x-1),即x+2y-3=0.
答案:x+2y-3=0
考点三 两直线的对称问题
考法(一) 点关于点的对称
[例1] 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____________________.
[解析] 设直线l1与直线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l2上,把B点坐标代入直线l2的方程得-a-3(2a-6)+10=0,
解得a=4,即点A(4,0)在直线l上,
所以由两点式得直线l的方程为x+4y-4=0.
[答案] x+4y-4=0
[方法技巧]
若点M(x1,y1)和点N(x,y)关于点P(a,b)对称,则由中点坐标公式得进而求解.
考法(二) 点关于线的对称
[例2] 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
解得即M′(1,0).
又反射光线经过点N(2,6),
所以所求直线的方程为=,
即6x-y-6=0.
[答案] 6x-y-6=0
[方法技巧]
1.若点A(a,b)与点B(m,n)关于直线Ax+By+C=0(A≠0,B≠0)对称,则直线Ax+By+C=0垂直平分线段AB,即有
2.几个常用结论
(1)点(x,y)关于x轴的对称点为(x,-y),关于y轴的对称点为(-x,y).
(2)点(x,y)关于直线y=x的对称点为(y,x),关于直线y=-x的对称点为(-y,-x).
(3)点(x,y)关于直线x=a的对称点为(2a-x,y),关于直线y=b的对称点为(x,2b-y).
考法(三) 线关于线对称
[例3] 直线l1:2x+y-4=0关于直线l:x-y+2=0对称的直线l2的方程为________.
[解析] 法一:解方程组得直线l1与直线l的交点A.
在直线l1上取一点B(2,0),
设点B关于直线l的对称点为C(x,y),
则解得即C(-2,4).
又直线l2过A和C(-2,4)两点,
故由两点式得直线l2的方程为=,
即x+2y-6=0.
法二:设M(x0,y0)是直线l1上任意一点,它关于直线l的对称点为N(x,y),
则线段MN的中点坐标为,直线MN的斜率为.
由题意,得
解得因为M(x0,y0)在直线l1上,
所以2x0+y0-4=0,即2(y-2)+(x+2)-4=0,
所以直线l2的方程为x+2y-6=0.
[答案] x+2y-6=0
[方法技巧]
求直线l1关于直线l对称的直线l2,有两种处理方法:
(1)在直线l1上取两点(一般取特殊点),利用求点关于直线的对称点的方法求出这两点关于直线l的对称点,再用两点式写出直线l2的方程.
(2)设点P(x,y)是直线l2上任意一点,其关于直线l的对称点为P1(x1,y1)(P1在直线l1上),根据点关于直线对称建立方程组,用x,y表示出x1,y1,再代入直线l1的方程,即得直线l2的方程.
考法(四) 线关于点对称
[例4] 已知直线l:2x-3y+1=0,点A(-1,-2),则直线l关于点A对称的直线m的方程为________________.
[解析] 在直线l上取两点B(1,1),C(10,7),B,C两点关于点A的对称点为B′(-3,-5),C′(-12,-11),
所以直线m的方程为=,
即2x-3y-9=0.
[答案] 2x-3y-9=0
[方法技巧]
直线关于点的对称可转化为点关于点的对称问题来解决,也可考虑利用两条对称直线是相互平行的,并利用对称中心到两条直线的距离相等求解.
创新思维角度——融会贯通学妙法
活用直线系方程解决求直线问题
类型(一) 过直线交点的直线系方程
[例1] 已知两条直线l1:x-2y+4=0和l2:x+y-2=0的交点为P,求过点P且与直线l3:3x-4y+5=0垂直的直线l的方程.
[解] 法一:解方程组得
故P点坐标为(0,2),因为直线l与3x-4y+5=0垂直,
所以直线l的方程为y-2=-x,
即4x+3y-6=0.
法二:设所求直线l的方程为:x-2y+4+λ(x+y-2)=0,即(1+λ)x+(λ-2)y+4-2λ=0,因为直线l与l3垂直,所以3(1+λ)-4(λ-2)=0,所以λ=11,所以直线l的方程为4x+3y-6=0.
[名师微点]
解决本例的方法一般有:一是通过联立方程组求交点,再结合两直线垂直这一条件,求直线l的方程;二是利用过两直线交点的直线系方程求解,即过两条已知直线l1:A1x+B1y+C1=0和l2:A2x+B2y+C2=0的交点的直线系方程是A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2)=0(λ∈R,但不包括l2),恰当使用直线系方程可简化运算.
类型(二) 平行直线系方程
[例2] 过点A(1,-4)且与直线2x+3y+5=0平行的直线方程为________________.
[解析] 设所求直线方程为2x+3y+c=0(c≠5),由题意知,2×1+3×(-4)+c=0,所以c=10,故所求直线方程为2x+3y+10=0.
[答案] 2x+3y+10=0
[名师微点]
当所求直线与已知直线Ax+By+C=0平行时,可设所求直线为Ax+By+λ=0(λ为参数,且λ≠C),再结合其他条件求出λ,即得所求直线方程.
类型(三) 垂直直线系方程
[例3] 经过A(2,1),且与直线2x+y-10=0垂直的直线l的方程为________________.
[解析] 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=0,又直线过点A(2,1),
所以有2-2×1+c=0,解得c=0,
即所求直线方程为x-2y=0.
[答案] x-2y=0
[名师微点]
当所求直线与已知直线Ax+By+C=0垂直时,可设所求直线为Bx-Ay+λ=0(λ为参数),再结合其他条件求出λ,即得所求直线方程.
类型(四) 直线系方程的应用
[例4] 求过直线2x+7y-4=0与7x-21y-1=0的交点,且和A(-3,1),B(5,7)等距离的直线方程.
[解] 设所求直线方程为2x+7y-4+λ(7x-21y-1)=0,
即(2+7λ)x+(7-21λ)y+(-4-λ)=0,
由点A(-3,1),B(5,7)到所求直线等距离,可得
=,
整理可得|43λ+3|=|113λ-55|,
解得λ=或λ=,
所以所求的直线方程为21x-28y-13=0或x=1.
一、基础练——练手感熟练度
1.若直线ax+2y+1=0与直线x+y-2=0互相垂直,那么a的值等于( )
A.1 B.-
C.- D.-2
解析:选D 由a×1+2×1=0得a=-2.故选D.
2.设a∈R,则“a=1”是“直线l1:ax+2y-1=0与直线l2:x+(a+1)y+4=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:选A 若两直线平行,则a(a+1)=2,即a2+a-2=0,∴a=1或-2,故a=1是两直线平行的充分不必要条件.
3.已知A(4,-3)关于直线l的对称点为B(-2,5),则直线l的方程是( )
A.3x+4y-7=0 B.3x-4y+1=0
C.4x+3y-7=0 D.3x+4y-1=0
解析:选B 由题意得AB的中点C为(1,1),又A,B两点连线的斜率为kAB==-,所以直线l的斜率为,因此直线l的方程为y-1=(x-1),即3x-4y+1=0.故选B.
4.直线3x-4y+5=0关于x轴对称的直线的方程是( )
A.3x+4y+5=0 B.3x+4y-5=0
C.-3x+4y-5=0 D.-3x+4y+5=0
解析:选A 在所求直线上任取一点P(x,y),则点P关于x轴的对称点P′(x,-y)在已知的直线3x-4y+5=0上,所以3x-4(-y)+5=0,即3x+4y+5=0,故选A.
5.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( )
A.[-10,10] B.[-10,5]
C.[-5,5] D.[0,10]
解析:选D 由题意得,点P到直线的距离为
=.
又≤3,即|15-3a|≤15,
解得0≤a≤10,所以a的取值范围是[0,10].
6.经过直线3x-2y+1=0和直线x+3y+4=0的交点,且平行于直线x-y+4=0的直线方程为__________.
解析:过两直线交点的直线方程可设为3x-2y+1+λ(x+3y+4)=0,即(3+λ)x+(3λ-2)y+4λ+1=0,它与直线x-y+4=0平行,所以3+λ+3λ-2=0,λ=-,
故所求直线为x-y=0.
答案:x-y=0
二、综合练——练思维敏锐度
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:选C 直线2x+y+m=0的斜率k1=-2,直线x+2y+n=0的斜率k2=-,则k1≠k2,且k1k2≠-1.故选C.
2.三条直线l1:x-y=0,l2:x+y-2=0,l3:5x-ky-15=0构成一个三角形,则k的取值范围是( )
A.k∈R
B.k∈R且k≠±1,k≠0
C.k∈R且k≠±5,k≠-10
D.k∈R且k≠±5,k≠1
解析:选C 由l1∥l3得k=5;由l2∥l3得k=-5;由x-y=0与x+y-2=0得x=1,y=1,若(1,1)在l3上,则k=-10.故若l1,l2,l3能构成一个三角形,则k≠±5且k≠-10.故选C.
3.(多选)已知直线l1:2x+3y-1=0和l2:4x+6y-9=0,若直线l到直线l1的距离与到直线l2的距离之比为1∶2,则直线l的方程为( )
A.2x+3y-8=0 B.4x+6y+5=0
C.6x+9y-10=0 D.12x+18y-13=0
解析:选BD 设直线l:4x+6y+m=0,m≠-2且m≠-9,
直线l到直线l1和l2的距离分别为d1,d2,由题知:d1=,d2=.因为=,所以=,即2|m+2|=|m+9|,解得m=5或m=-,即直线l为4x+6y+5=0或12x+18y-13=0.
4.若直线l1:x+3y+m=0(m>0)与直线l2:2x+6y-3=0的距离为,则m=( )
A.7 B.
C.14 D.17
解析:选B 直线l1:x+3y+m=0(m>0),
即2x+6y+2m=0,
因为它与直线l2:2x+6y-3=0的距离为,
所以=,求得m=.
5.直线ax+y+3a-1=0恒过定点M,则直线2x+3y-6=0关于M点对称的直线方程为( )
A.2x+3y-12=0 B.2x-3y-12=0
C.2x-3y+12=0 D.2x+3y+12=0
解析:选D 由ax+y+3a-1=0,可得a(x+3)+(y-1)=0,令可得x=-3,y=1,所以M(-3,1),M不在直线2x+3y-6=0上,设直线2x+3y-6=0关于M点对称的直线方程为2x+3y+c=0(c≠-6),则=,解得c=12或c=-6(舍去),所以所求方程为2x+3y+12=0,故选D.
6.两条平行线l1,l2分别过点P(-1,2),Q(2,-3),它们分别绕P,Q旋转,但始终保持平行,则l1,l2之间距离的取值范围是( )
A.(5,+∞) B.(0,5]
C.(,+∞) D.(0, ]
解析:选D 当PQ与平行线l1,l2垂直时,|PQ|为平行线l1,l2间的距离的最大值,为=,∴l1,l2之间距离的取值范围是(0, ].
7.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等于( )
A. B.
C. D.
解析:选A 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,
于是解得故m+n=.
8.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)
解析:选C 设A(-4,2)关于直线y=2x的对称点为A′(x,y).
则解得即A′(4,-2),
∴直线A′C即BC所在直线的方程为
y-1=(x-3),即3x+y-10=0.
又知点C在直线y=2x上,
联立解得则C(2,4),故选C.
9.在等腰直角三角形ABC中,|AB|=|AC|=4,点P是边AB上异于A,B的一点.光线从点P出发,经BC,CA反射后又回到点P(如图).若光线QR经过△ABC的重心,则AP的长度为( )
A.2 B.1
C. D.
解析:选D 以AB所在直线为x轴,AC所在直线为y轴建立如图所示的平面直角坐标系,由题意可知B(4,0),C(0,4),A(0,0),则直线BC的方程为x+y-4=0,设P(t,0)(0
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