2022年高考數學大一輪復習 第八章 解析幾何同步練習 文
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1、2022年高考數學大一輪復習 第八章 解析幾何同步練習 文 1.理解直線的傾斜角和斜率的概念,掌握過兩點的直線斜率的計算公式. 2.掌握確定直線位置的幾何要素. 3.掌握直線方程的幾種形式(點斜式,兩點式及一般式等),了解斜截式與一次函數的關系. 1.直線的傾斜角與斜率 (1)直線的傾斜角 ①定義:當直線l與x軸相交時,我們取x軸作為基準,x軸正方向與直線l向上方向之間所成的角α叫做直線l的傾斜角;②規(guī)定:當直線l與x軸平行或重合時,規(guī)定它的傾斜角為0°;③范圍:直線的傾斜角α的取值范圍是[0,π). (2)直線的斜率 ①定義:當直線l的傾斜角α≠時,其傾斜角α的正切值tan
2、α叫做這條斜線的斜率,斜率通常用小寫字母k表示,即k=tan_α;②斜率公式:經過兩點P1(x1,y1),P2(x2,y2)(x1≠x2)的直線的斜率公式為k=. 2.直線方程的五種形式 名稱 幾何條件 方程 適用條件 斜截式 縱截距、斜率 y=kx+b 與x軸不垂直的直線 點斜式 過一點、斜率 y-y0=k(x-x0) 兩點式 過兩點 = 與兩坐標軸均不垂直的直線 截距式 縱、橫截距 +=1 不過原點且與兩坐標軸均不垂直的直線 一般式 Ax+By+C=0 (A2+B2≠0) 所有直線 3.線段的中點坐標公式 若點P1,P2的坐標分別為(
3、x1,y1),(x2,y2),線段P1P2的中點M的坐標為(x,y),則此公式為線段P1P2的中點坐標公式. 1.明確直線方程各種形式的適用條件 點斜式、斜截式方程適用于不垂直于x軸的直線;兩點式方程不能表示垂直于x、y軸的直線;截距式方程不能表示垂直于坐標軸和過原點的直線. 2.求直線方程的一般方法 (1)直接法:根據已知條件,選擇適當的直線方程形式,直接寫出直線方程,選擇時,應注意各種形式的方程的適用范圍,必要時要分類討論. (2)待定系數法,具體步驟為: ①設所求直線方程的某種形式; ②由條件建立所求參數的方程(組); ③解這個方程(組)求出參數; ④把參數的值代入
4、所設直線方程. 1.判斷下面結論是否正確(請在括號中打“√”或“×”) (1)根據直線的傾斜角的大小不能確定直線的位置.( ) (2)坐標平面內的任何一條直線均有傾斜角與斜率.( ) (3)直線的傾斜角越大,其斜率就越大.( ) (4)直線的斜率為tan α,則其傾斜角為α.( ) (5)斜率相等的兩直線的傾斜角不一定相等.( ) (6)經過定點A(0,b)的直線都可以用方程y=kx+b表示.( ) (7)不經過原點的直線都可以用+=1表示.( ) (8)經過任意兩個不同的點P1(x1,y1),P2(x2,y2)的直線都可以用方程(y-y1)(x2-x1)=
5、(x-x1)(y2-y1)表示.( ) 答案: (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)√ 2.過點M(-2,m),N(m,4)的直線的斜率等于1,則m的值為( ) A.1 B.4 C.1或3 D.1或4 解析: ∵kMN==1,∴m=1. 答案: A 3.直線x-y+a=0(a為常數)的傾斜角為( ) A.30° B.60° C.150° D.120° 解析: 由直線方程得y=x+a,所以斜率k=, 設傾斜角為α, 所以tan α=,又因為0°≤α<180°, 所以α=60°. 答案: B 4.已知直線l的傾斜角
6、α滿足3sin α=cos α,且它在x軸上的截距為2,則直線l的方程是________. 解析: 由3sin α=cos α,得tan α=,∴直線l的斜率為.又直線l在x軸上的截距為2,∴直線l與x軸的交點為(2,0),∴直線l的方程為y-0=(x-2),即x-3y-2=0. 答案: x-3y-2=0 5.經過兩點M(1,-2),N(-3,4)的直線方程為________. 解析: 經過兩點M(1,-2),N(-3,4)的直線方程為=,即3x+2y+1=0. 答案: 3x+2y+1=0 直線的傾斜角與斜率 1.若經過兩點A(4,2y+1),B(2,-3)的直線的傾斜角為,
7、則y等于( ) A.-1 B.-3 C.0 D.2 解析: 由k==tan =-1. 得-4-2y=2,∴y=-3. 答案: B 2.(xx·青島模擬)若ab<0,則過點P與Q的直線PQ的傾斜角的取值范圍是________. 解析: kPQ==<0,又傾斜角的取值范圍為[0,π),故直線PQ的傾斜角的取值范圍為. 答案: 1.在解決斜率或傾斜角的取值范圍問題時,應先考慮斜率是否存在或傾斜角是否為這一特殊情形. 2.求傾斜角α的取值范圍的一般步驟是: (1)求出斜率k=tan α的取值范圍; (2)利用三角函數的單調性,借助圖象,數形結合,確定傾斜角α的取值范圍
8、. 直線的方程 根據所給條件求直線的方程: (1)直線過點(-4,0),傾斜角的正弦值為; (2)直線過點(-3,4),且在兩坐標軸上的截距之和為12; (3)直線過點(5,10),且到原點的距離為5. 解析: (1)由題設知,該直線的斜率存在,故可采用點斜式. 設傾斜角為α,則sin α=(0<α<π), k=tan α=±. 故所求直線方程為y=±(x+4). 即x+3y+4=0或x-3y+4=0. (2)由題設知截距不為0,設直線方程為+=1,又直線過點(-3,4), 從而+=1,解得a=-4或a=9. 故所求直線方程為4x-y+16=0或x+3y-9=0.
9、(3)當斜率不存在時,所求直線方程為x-5=0,適合題意; 當斜率存在時,設斜率為k, 則所求直線方程為y-10=k(x-5), 即kx-y+(10-5k)=0. 由點到直線的距離公式,得=5,解得k=. 故所求直線方程為3x-4y+25=0. 綜上知,所求直線方程為x-5=0或3x-4y+25=0. 1.求適合下列條件的直線方程. (1)經過點P(3,2),且在兩坐標軸上的截距相等; (2)過點A(-1,-3),斜率是直線y=3x的斜率的-倍. 解析: (1)由題意,所求直線的斜率k存在且k≠0, 設直線方程為y-2=k(x-3), 令y=0,得x=3-,令x=0
10、,得y=2-3k, 由已知3-=2-3k, 解得k=-1或k=, ∴直線l的方程為y-2=-(x-3)或y-2=(x-3), 即x+y-5=0或2x-3y=0. (2)設所求直線的斜率為k,依題意 k=-×3=-. 又直線經過點A(-1,-3), 因此所求直線方程為y+3=-(x+1), 即3x+4y+15=0. 2.求過點A(1,-1)與直線l1:2x+y-6=0相交于點B且|AB|=5的直線方程. 解析: 過點A(1,-1)與y軸平行的直線為x=1. 解方程組 求得B點的坐標為(1,4),此時|AB|=5, 即x=1為所求. 設過A(1,-1)且與y軸不平
11、行的直線為y+1=k(x-1), 解方程組 得兩直線交點為 (k≠-2,否則與已知直線平行) 則B點坐標為. 由已知2+2=52, 解得k=-,∴y+1=-(x-1),即3x+4y+1=0. 綜上可知,所求直線的方程為x=1或3x+4y+1=0. 3.(xx·湖南長沙一模)過點(1,3)作直線l,若經過點(a,0)和(0,b),且a∈N*,b∈N*,則可作出的直線l的條數為( ) A.1 B.2 C.3 D.4 解析: 由題意得+=1?(a-1)(b-3)=3, 又a∈N*,b∈N*,故有兩個解或 答案: B 在求直線方程時,應先選擇適當的直線方程的形式
12、,并注意各種形式的適用條件,用斜截式及點斜式時,直線的斜率必須存在,而兩點式不能表示與坐標軸垂直的直線,截距式不能表示與坐標軸垂直或經過原點的直線,故在解題時,若采用截距式,應注意分類討論,判斷截距是否為零,若采用點斜式,應先考慮斜率不存在的情況. 直線方程的綜合利用 直線l過點P(1,4),分別交x軸的正半軸和y軸的正半軸于A,B兩點,O為坐標原點,當|OA|+|OB|最小時,求l的方程. 解析: 依題意,l的斜率存在,且斜率為負, 設直線l的斜率為k, 則直線l的方程為y-4=k(x-1)(k<0). 令y=0,可得A; 令x=0,可得B(0,4-k). |OA|+|OB|
13、=+(4-k)=5- =5+≥5+4=9. ∴當且僅當-k=且k<0, 即k=-2時,|OA|+|OB|取最小值. 這時l的方程為2x+y-6=0. 在本例條件下,若|PA|·|PB|最小,求l的方程. 解析: |PA|·|PB|=· =-(1+k2)=4≥8(k<0). ∴當且僅當=-k且k<0, 即k=-1時,|PA|·|PB|取最小值. 這時l的方程為x+y-5=0. 直線方程綜合問題的兩大類型及解法 (1)與函數相結合的問題:解決這類問題,一般是利用直線方程中的x,y的關系,將問題轉化為關于x(或y)的函數,借助函數的性質解決. (2)與方程、不等式相結
14、合的問題:一般是利用方程、不等式的有關知識(如方程解的個數、根的存在問題,不等式的性質、基本不等式等)來解決. A級 基礎訓練 1.在等腰三角形AOB中,AO=AB,點O(0,0),A(1,3),點B在x軸的正半軸上,則直線AB的方程為( ) A.y-1=3(x-3) B.y-1=-3(x-3) C.y-3=3(x-1) D.y-3=-3(x-1) 解析: 因為AO=AB,所以直線AB的斜率與直線AO的斜率互為相反數,所以kAB=-kOA=-3,所以直線 AB的點斜式方程為:y-3=-3(x-1). 答案: D 2.(xx·山西太原質檢)設直線l與x軸的交點
15、是P,且傾斜角為α,若將此直線繞點P按逆時針方向旋轉45°,得到直線的傾斜角為α+45°,則( ) A.0°≤α≤180° B.0°≤α<135° C.0°≤α<180° D.0°<α<135° 解析: ∵ ∴0°<α<135°. ∴選D. 答案: D 3.已知直線l:ax+y-2-a=0在x軸和y軸上的截距相等,則a的值是( ) A.1 B.-1 C.-2或-1 D.-2或1 解析: 由題意可知a≠0.當x=0時,y=a+2. 當y=0時,x=, ∴=a+2, 解得a=-2或a=1. 答案: D 4.直線Ax+By-1=0在y軸上的截距是-1,而且它
16、的傾斜角是直線x-y=3的傾斜角的2倍,則( ) A.A=,B=1 B.A=-,B=-1 C.A=,B=-1 D.A=-,B=1 解析: 將直線Ax+By-1=0化成斜截式y=-x+. ∵=-1,∴B=-1,故排除A,D. 又直線x-y=3的傾斜角α=, ∴直線Ax+By-1=0的傾斜角為2α=, ∴斜率-=tan=-, ∴A=-,故選B. 答案: B 5.若直線過點P且被圓x2+y2=25截得的弦長是8,則該直線的方程為( ) A.3x+4y+15=0 B.x=-3或y=- C.x=-3 D.x=-3或3x+4y+15=0 解析: 若直線的斜率不存在,則
17、該直線的方程為x=-3,代入圓的方程解得y=±4,故該直線被圓截得的弦長為8,滿足條件;若直線的斜率存在,不妨設直線的方程為y+=k(x+3),即kx-y+3k-=0,因為該直線被圓截得的弦長為8,故半弦長為4.又圓的半徑為5,則圓心(0,0)到直線的距離為=,解得k=-,此時該直線的方程為3x+4y+15=0. 答案: D 6.已知m≠0,則過點(1,-1)的直線ax+3my+2a=0的斜率為________. 解析: ∵點(1,-1)在直線ax+3my+2a=0上, ∴a-3m+2a=0,∴m=a≠0,∴k=-=-. 答案: - 7.直線xcos α+y+2=0的傾斜角的范圍是
18、________. 解析: 設直線的傾斜角為θ,依題意知, k=-cos α; ∵cos α∈[-1,1],∴k∈, 即tan θ∈. 又θ∈[0,π),∴θ∈∪. 答案: ∪ 8.設點A(-1,0),B(1,0),直線2x+y-b=0與線段AB相交,則b的取值范圍是________. 解析: b為直線y=-2x+b在y軸上的截距, 如圖,當直線y=-2x+b過點A(-1,0)和點B(1,0)時,b分別取得最小值和最大值. ∴b的取值范圍是[-2,2]. 答案: [-2,2] 9.已知直線過點P1(2,3)和點P2(1,m),且m滿足方程m2-4m+3=0,求該直線
19、方程. 解析: 由題意,因為m滿足方程m2-4m+3=0, 則m=1或m=3. 若m=1,則直線方程可寫為=, 即2x-y-1=0; 若m=3,則直線方程的斜率為0,直線方程可寫為y=3. 因此符合條件的直線方程為2x-y-1=0或y=3. 10.設直線l的方程為x+my-2m+6=0,根據下列條件分別確定m的值: (1)直線l的斜率為1; (2)直線l在x軸上的截距為-3. 解析: (1)因為直線l的斜率存在,所以m≠0,于是直線l的方程可化為y=-x+.由題意得-=1,解得m=-1. (2)法一:令y=0,得x=2m-6.由題意得2m-6=-3,解得m=. 法二:直
20、線l的方程可化為x=-my+2m-6.由題意得2m-6=-3,解得m=. B級 能力提升 1.在同一平面直角坐標系中,直線l1:ax+y+b=0和直線l2:bx+y+a=0有可能是( ) 解析: 直線l1:ax+y+b=0的斜率k1=-a,在y軸上的截距為-b;直線l2:bx+y+a=0的斜率k2=-b,在y軸上的截距為-a.在選項A中l(wèi)2的斜率-b<0,而l1在y軸上截距-b>0,所以A不正確.同理可排除C、D. 答案: B 2.一條直線經過點A(-2,2),并且與兩坐標軸圍成的三角形的面積為1,則此直線的方程為__________. 解析: 設所求直線的方程為+=1,
21、∵A(-2,2)在直線上,∴-+=1.① 又因直線與坐標軸圍成的三角形面積為1, ∴|a|·|b|=1.② 由①②可得(1)或(2). 由(1)解得或方程組(2)無解. 故所求的直線方程為+=1或+=1, 即x+2y-2=0或2x+y+2=0為所求直線的方程. 答案: x+2y-2=0或2x+y+2=0 3.已知直線l與兩坐標軸圍成的三角形的面積為3,分別求滿足下列條件的直線l的方程: (1)過定點A(-3,4); (2)斜率為. 解析: (1)設直線l的方程為y=k(x+3)+4,它在x軸,y軸上的截距分別是--3,3k+4, 由已知,得=6, 解得k1=-或k2=
22、-. 所以直線l的方程為2x+3y-6=0或8x+3y+12=0. (2)設直線l在y軸上的截距為b,則直線l的方程是 y=x+b,它在x軸上的截距是-6b, 由已知,得|(-6b)·b|=6,∴b=±1. ∴直線l的方程為x-6y+6=0或x-6y-6=0. 4.已知直線l:kx-y+1+2k=0(k∈R). (1)證明:直線l過定點; (2)若直線l不經過第四象限,求k的取值范圍; (3)若直線l交x軸負半軸于點A,交y軸正半軸于點B,O為坐標原點,設△AOB的面積為S,求S的最小值及此時直線l的方程. 解析: (1)證明:證法一:直線l的方程可化為y=k(x+2)+1
23、, 故無論k取何值,直線l總過定點(-2,1). 證法二:設直線l過定點(x0,y0),則kx0-y0+1+2k=0對任意k∈R恒成立,即(x0+2)k-y0+1=0恒成立, ∴x0+2=0,-y0+1=0, 解得x0=-2,y0=1,故直線l總過定點(-2,1). (2)直線l的方程為y=kx+2k+1,則直線l在y軸上的截距為2k+1, 要使直線l不經過第四象限,則 解得k的取值范圍是[0,+∞). (3)依題意,直線l在x軸上的截距為-,在y軸上的截距為1+2k,∴A,B(0,1+2k). 又-<0且1+2k>0,∴k>0. 故S=|OA||OB|=×(1+2k)
24、=≥(4+4)=4, 當且僅當4k=,即k=時,取等號. 故S的最小值為4,此時直線l的方程為x-2y+4=0. 第二節(jié) 兩直線的位置關系 1.能根據兩條直線的斜率判斷這兩條直線平行或垂直. 2.能用解方程組的方法求兩條相交直線的交點坐標. 3.掌握兩點間的距離公式、點到直線的距離公式,會求兩平行直線間的距離. 1.兩條直線平行與垂直的判定 (1)兩條直線平行 對于兩條不重合的直線l1,l2,其斜率分別為k1,k2,則有l(wèi)1∥l2?k1=k2.特別地,當直線l1,l2的斜率都不存在時,l1與l2平行. (2)兩條直線垂直 如果兩條直線l1,l2斜率存在,設為k
25、1,k2,則l1⊥l2?k1·k2=-1,當一條直線斜率為零,另一條直線斜率不存在時,兩條直線垂直. 2.兩直線相交 交點:直線l1:A1x+B1y+C1=0和l2:A2x+B2y+C2=0的公共點的坐標與方程組的解一一對應. 相交?方程組有唯一解,交點坐標就是方程組的解; 平行?方程組無解; 重合?方程組有無數個解. 3.三種距離公式 (1)點A(x1,y1)、B(x2,y2)間的距離: |AB|=. (2)點P(x1,y1)到直線l:Ax+By+C=0的距離: d=. (3)兩條平行直線l1:Ax+By+C1=0與l2:Ax+By+C2=0(C1≠C2)間的距離為d=
26、. 常見的四大直線系方程 (1)過定點P(x0,y0)的直線系A(x-x0)+B(y-y0)=0(A2+B2≠0),還可以表示為y-y0=k(x-x0)(斜率不存在時可視為x=x0). (2)與直線Ax+By+C=0平行的直線系方程是Ax+By+m=0(m∈R且m≠C). (3)與直線Ax+By+C=0垂直的直線系方程是Bx-Ay+m=0(m∈R). (4)過直線l1:A1x+B1y+C1=0與l2:A2x+B2y+C2=0的交點的直線系方程為A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2)=0(λ∈R),但不包括l2. 1.判斷下面結論是否正確(請在括號中打“√”或“×”
27、) (1)當直線l1和l2斜率都存在時,一定有k1=k2?l1∥l2.( ) (2)如果兩條直線l1與l2垂直,則它們的斜率之積一定等于-1.( ) (3)已知直線l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0(A1、B1、C1、A2、B2、C2為常數),若直線l1⊥l2,則A1A2+B1B2=0.( ) (4)點P(x0,y0)到直線y=kx+b的距離為.( ) (5)直線外一點與直線上一點的距離的最小值就是點到直線的距離.( ) 答案: (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ 2.已知p:直線l1:x-y-1=0與直線l2:x+ay-2=0
28、平行,q:a=-1,則p是q的( ) A.充要條件 B.充分不必要條件 C.必要不充分條件 D.既不充分也不必要條件 解析: 由于直線l1:x-y-1=0與直線l2:x+ay-2=0平行的充要條件是1×a-(-1)×1=0,即a=-1. 答案: A 3.已知點P(-1,1)與點Q(3,5)關于直線l對稱,則直線l的方程為( ) A.x-y+1=0 B.x-y=0 C.x+y-4=0 D.x+y=0 解析: 線段PQ的中點坐標為(1,3),直線PQ的斜率kPQ=1,∴直線l的斜率kl=-1,∴直線l的方程為x+y-4=0. 答案: C 4.直線Ax+3y+C=0與
29、直線2x-3y+4=0的交點在y軸上,則C的值為________. 解析: 因為兩直線的交點在y軸上,所以點在第一條直線上,所以C=-4. 答案: -4 5.已知直線l1的方程為3x+4y-7=0,直線l2的方程為6x+8y+1=0,則直線l1與l2的距離為________. 解析: ∵直線l1的方程為3x+4y-7=0,直線l2的方程為6x+8y+1=0,即3x+4y+=0,∴直線l1與直線l2的距離為=. 答案: 兩條直線的平行與垂直 1.直線l過點(-1,2)且與直線2x-3y+4=0垂直,則l的方程是( ) A.3x+2y-1=0 B.3x+2y+
30、7=0 C.2x-3y+5=0 D.2x-3y+8=0 解析: 直線2x-3y+4=0的斜率是,由直線l與直線2x-3y+4=0垂直,可知直線l的斜率是-,又因直線l過點(-1,2),由點斜式可得直線l的方程為y-2=-(x+1),即3x+2y-1=0. 答案: A 2.(xx·廣東惠州二調)“a=1”是“直線l1:ax+2y-1=0與直線l2:x+(a+1)y+4=0平行”的( ) A.充分不必要條件 B.必要不充分條件 C.充分必要條件 D.既不充分也不必要條件 解析: 若直線l1與l2平行,則a(a+1)-2×1=0, 即a=-2或a=1, 所以“a=1”是“直
31、線l1與直線l2平行”的充分不必要條件. 答案: A 3.已知直線l的傾斜角為,直線l1經過點A(3,2),B(a,-1),且l1與l垂直,直線l2:2x+by+1=0與直線l1平行,則a+b等于( ) A.-4 B.-2 C.0 D.2 解析: 由題意知,l的傾斜角為,∴k=tan=-1,設l1的斜率為k1,∴k1==,∵l1與l垂直,∴k·k1=-1, ∴a=0. 又∵l2:2x+by+1=0與l1平行,∴-=1, ∴b=-2,∴a+b=-2. 答案: B 兩直線平行、垂直的判定方法 (1)已知兩直線的斜率存在 ①兩直線平行?兩直線的斜率相等且在坐標軸上的截
32、距不等; ②兩直線垂直?兩直線的斜率之積等于-1. [提醒] 當直線斜率不確定時,要注意斜率不存在的情況. (2)已知兩直線的一般方程 兩直線方程l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0中系數A1,B1,C1,A2,B2,C2與垂直、平行的關系: A1A2+B1B2=0?l1⊥l2; A1B2-A2B1=0且A1C2-A2C1≠0?l1∥l2. 兩直線的交點 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. 解析: 法一:由方程組,得, 即P(0,2). ∵l⊥l3,∴kl=-,
33、 ∴直線l的方程為y-2=-x, 即4x+3y-6=0. 法二:∵直線l過直線l1和l2的交點, ∴可設直線l的方程為x-2y+4+λ(x+y-2)=0, 即(1+λ)x+(λ-2)y+4-2λ=0. ∵l與l3垂直, ∴3(1+λ)+(-4)(λ-2)=0, ∴λ=11, ∴直線l的方程為12x+9y-18=0, 即4x+3y-6=0. 1.(xx·浙江溫州十校聯考)過兩直線2x-y-5=0和x+y+2=0的交點且與直線3x+y-1=0平行的直線方程為________. 解析: 聯立得交點P(1,-3). 設過點P且與直線3x+y-1=0平行的直線方程為3x+y+
34、m=0,則3×1-3+m=0,解得m=0. 答案: 3x+y=0 2.過點P(3,0)作一條直線l,使它被兩直線l1:2x-y-2=0和l2:x+y+3=0所截的線段AB以P為中點,求此直線l的方程. 解析: 法一:設直線l的方程為y=k(x-3), 將此方程分別與l1,l2的方程聯立, 得得 解之,得xA=和xB=, ∵P(3,0)是線段AB的中點, 由xA+xB=6得 +=6,解得k=8. 故直線l的方程為y=8(x-3), 即8x-y-24=0. 法二:設l1上的點A的坐標為(x1,y1), ∵P(3,0)是線段AB的中點, 則l2上的點B的坐標為(6-x
35、1,-y1), ∴ 解這個方程組,得 ∴點A的坐標為,由兩點式可得l的方程為8x-y-24=0. 3.已知直線l1:2x+3y+8=0,l2:x-y-1=0,l3:x+ky+k+=0,分別求滿足下列條件的k的值: (1)l1,l2,l3相交于一點; (2)l1,l2,l3圍成三角形. 解析: (1)直線l1,l2的方程聯立得, 解得,即直線l1,l2的交點為P(-1,-2). 又點P在直線l3上,所以-1-2k+k+=0,解得k=-. (2)由(1)知k≠-. 當直線l3與l1,l2均相交時,有, 解得k≠且k≠-1, 綜上可得k≠-,且k≠,且k≠-1. 1
36、.兩直線交點的求法 求兩直線的交點坐標,就是解由兩直線方程組成的方程組,以方程組的解為坐標的點即為交點. 2.求經過兩直線交點的直線方程,利用直線系方程,會給解題帶來方便. 距離問題 已知A(4,-3),B(2,-1)和直線l:4x+3y-2=0,在坐標平面內求一點P,使|PA|=|PB|,且點P到直線l的距離為2. 解析: 設點P的坐標為(a,b). ∵A(4,-3),B(2,-1), ∴線段AB的中點M的坐標為(3,-2). 而AB的斜率kAB==-1, ∴線段AB的垂直平分線方程為y+2=x-3, 即x-y-5=0. ∵點P(a,b)在直線x-y-5=0上, ∴a
37、-b-5=0.① 又點P(a,b)到直線l:4x+3y-2=0的距離為2, ∴=2, 即4a+3b-2=±10,② 由①②聯立可得或 ∴所求點P的坐標為(1,-4)或. 已知直線l1:mx+8y+n=0與l2:2x+my-1=0互相平行,且l1,l2之間的距離為,求直線l1的方程. 解析: ∵l1∥l2,∴=≠, ∴或 (1)當m=4時,直線l1的方程為4x+8y+n=0, 把l2的方程寫成4x+8y-2=0, ∴=,解得n=-22或n=18. 故所求直線的方程為2x+4y-11=0或2x+4y+9=0. (2)當m=-4時,直線l1的方程為4x-8y-n=0,
38、 l2的方程為2x-4y-1=0, ∴=,解得n=-18或n=22. 故所求直線的方程為2x-4y+9=0或2x-4y-11=0. 求點到直線的距離時,要注意把直線方程化成一般式的形式;求兩條平行線之間的距離時,可先把兩平行線方程中x,y的對應項系數轉化成相等的形式,再利用距離公式求解.也可轉化成點到直線距離求解. 對稱問題 已知直線l:2x-3y+1=0,點A(-1,-2).求: (1)點A關于直線l的對稱點A′的坐標; (2)直線m:3x-2y-6=0關于直線l的對稱直線m′的方程. 解析: (1)設A′(x,y), 由已知解得 ∴A′. (2)在直線m上取一點,如
39、M(2,0), 則M(2,0)關于直線l的對稱點M′必在直線m′上. 設M的對稱點為M′(a,b), 則 解得M′. 設m與l的交點為N,則由 得N(4,3). 又∵m′經過點N(4,3), ∴由兩點式得直線m′的方程為9x-46y+102=0. 在本例條件下,求直線l關于點A(-1,-2)對稱的直線l′的方程. 解析: 設P(x,y)為l′上任意一點,則P(x,y)關于點A(-1,-2)的對稱點為P′(-2-x,-4-y), ∵P′在直線l上,∴2(-2-x)-3(-4-y)+1=0. 即2x-3y-9=0. 對稱問題的解題策略 解決中心對稱問題的關鍵在于運
40、用中點坐標公式,而解決軸對稱問題,一般是轉化為求對稱點的問題,在求對稱點時,關鍵是抓住兩點:一是兩對稱點的連線與對稱軸垂直;二是兩對稱點的中心在對稱軸上,即抓住“垂直平分”,由“垂直”列出一個方程,由“平分”列出一個方程,聯立求解. A級 基礎訓練 1.(xx·廣東六校一聯)如果直線(2a+5)x+(a-2)y+4=0與直線(2-a)x+(a+3)y-1=0互相垂直,則a=( ) A.2 B.-2 C.2,-2 D.2,0,-2 解析: 由題意可知(2a+5)(2-a)+(a-2)(a+3)=(2-a)·[(2a+5)-(a+3)]=-(a-2)(a+2)=0,解得a=±2
41、,故選C. 答案: C 2.已知兩點A(3,2)和B(-1,4)到直線mx+y+3=0的距離相等,則m的值為( ) A.0或- B.或-6 C.-或 D.0或 解析: 依題意得=, ∴|3m+5|=|m-7|,∴3m+5=m-7或3m+5=7-m. ∴m=-6或m=.故應選B. 答案: B 3.已知直線l1:y=2x+3,直線l2與l1關于直線y=-x對稱,則直線l2的斜率為( ) A. B.- C.2 D.-2 解析: ∵l2,l1關于y=-x對稱, ∴l(xiāng)2的方程為-x=-2y+3.即y=x+. ∴l(xiāng)2的斜率為. 答案: A 4.(xx·廣東模擬)
42、若直線l1:x-2y+m=0(m>0)與直線l2:x+ny-3=0之間的距離是,則m+n=( ) A.0 B.1 C.-1 D.2 解析: ∵直線l1:x-2y+m=0(m>0)與直線l2:x+ny-3=0之間的距離為, ∴ ∴n=-2,m=2(負值舍去). ∴m+n=0. 答案: A 5.(xx·湖北八市聯考)已知集合M=,N={(x,y)|ax+2y+a=0},且M∩N=?,則a=( ) A.-6或-2 B.-6 C.2或-6 D.-2 解析: 易知集合M中的元素表示的是過(2,3)點且斜率為3的直線上除(2,3)點外的所有點,要使M∩N=?,則N中的元素
43、表示的是斜率為3且不過(2,3)點的直線,或過(2,3)點且斜率不為3的直線,∴-=3或2a+6+a=0,∴a=-6或a=-2. 答案: A 6.經過點P(-1,2)且與曲線y=3x2-4x+2在點M(1,1)處的切線平行的直線方程為________. 解析: ∵y′=6x-4,∴y′|x=1=2,∴所求直線的方程為y-2=2(x+1),即2x-y+4=0. 答案: 2x-y+4=0 7.直線x+2y-3=0與直線ax+4y+b=0關于點A(1,0)對稱,則b=________. 解析: 法一:由題知,點A不在直線x+2y-3=0上, ∴兩直線平行, ∴-=-, ∴a=2.
44、 又點A到兩直線距離相等, ∴=, ∴|b+2|=4, ∴b=-6或b=2. ∵點A不在直線x+2y-3=0上, ∴兩直線不能重合, ∴b=2. 法二:在直線x+2y-3=0上任取兩點P1(1,1),P2(3,0),則P1,P2關于點A的對稱點P1′,P2′都在直線ax+4y+b=0上, ∵易知P1′(1,-1),P2′(-1,0), ∴ ∴b=2. 答案: 2 8.設直線l經過點A(-1,1),則當點B(2,-1)與直線l的距離最遠時,直線l的方程為________. 解析: 設點B(2,-1)到直線l的距離為d, 當d=|AB|時取得最大值, 此時直線l垂直于
45、直線AB,kl=-=, ∴直線l的方程為y-1=(x+1),即3x-2y+5=0. 答案: 3x-2y+5=0 9.已知兩直線l1:ax-by+4=0和l2:(a-1)x+y+b=0,求滿足下列條件的a,b的值. (1)l1⊥l2,且直線l1過點(-3,-1); (2)l1∥l2,且坐標原點到這兩條直線的距離相等. 解析: (1)∵l1⊥l2,∴a(a-1)-b=0. 又∵直線l1過點(-3,-1),∴-3a+b+4=0. 故a=2,b=2. (2)∵直線l2的斜率存在,l1∥l2,∴直線l1的斜率存在. ∴k1=k2,即=1-a.① 又∵坐標原點到這兩條直線的距離相等,
46、 ∴l(xiāng)1,l2在y軸上的截距互為相反數,即=b.② 聯立①②可得:a=2,b=-2或a=,b=2. 10.已知直線l:3x-y+3=0,求: (1)點P(4,5)關于l的對稱點; (2)直線x-y-2=0關于直線l對稱的直線方程. 解析: 設P(x,y)關于直線l:3x-y+3=0的對稱點為P′(x′,y′). ∵kPP′·kl=-1,即×3=-1.① 又PP′的中點在直線3x-y+3=0上, ∴3×-+3=0.② 由①②得 (1)把x=4,y=5代入③④得x′=-2,y′=7, ∴P(4,5)關于直線l的對稱點P′的坐標為(-2,7). (2)用③④分別代換x-y-
47、2=0中的x,y,得關于l的對稱直線方程為--2=0, 化簡得7x+y+22=0. B級 能力提升 1.(xx·洛陽統考)已知點P(x0,y0)是直線l:Ax+By+C=0外一點,則方程Ax+By+C+(Ax0+By0+C)=0表示( ) A.過點P且與l垂直的直線 B.過點P且與l平行的直線 C.不過點P且與l垂直的直線 D.不過點P且與l平行的直線 解析: 因為點P(x0,y0)不在直線Ax+By+C=0上,所以Ax0+By0+C≠0,所以直線Ax+By+C+(Ax0+By0+C)=0不經過點P,排除A、B;又直線Ax+By+C+(Ax0+By0+C)=0與直線l:Ax+
48、By+C=0平行,排除C,故選D. 答案: D 2.(xx·四川卷)設m∈R,過定點A的動直線x+my=0和過定點B的動直線mx-y-m+3=0交于點P(x,y),則|PA|·|PB|的最大值是________. 解析: 由題意可知點A為(0,0),點B為(1,3). 又∵直線x+my=0的斜率k1=-,直線mx-y-m+3=0的斜率k2=m,∴k1k2=-1. ∴兩條動直線互相垂直. 又由圓的性質可知,動點P(x,y)的軌跡是圓, ∴圓的直徑為|AB|==. ∴|PA|·|PB|≤==5. 當且僅當|PA|=|PB|=時,等號成立. ∴|PA|·|PB|的最大值是5.
49、答案: 5 3.已知直線l經過直線2x+y-5=0與x-2y=0的交點P. (1)點A(5,0)到l的距離為3,求l的方程; (2)求點A(5,0)到l的距離的最大值. 解析: (1)∵經過兩已知直線交點的直線系方程為 (2x+y-5)+λ(x-2y)=0,即(2+λ)x+(1-2λ)y-5=0, ∴=3,解得λ=2或λ=. ∴l(xiāng)的方程為x=2或4x-3y-5=0. (2)由解得交點P(2,1),如圖,過P作任一直線l,設d為點A到l的距離, 則d≤|PA|(當l⊥PA時等號成立). ∴dmax=|PA|=. 4.A,B兩個工廠距一條河分別為400 m和100 m,A
50、,B兩工廠之間距離500 m,把小河看作一條直線,今在小河邊上建一座供水站,供A,B兩工廠用水,要使供水站到A,B兩工廠鋪設的水管長度之和最短,問供水站應建在什么地方? 解析: 如圖,以小河所在直線為x軸,過點A的垂線為y軸,建立直角坐標系,則點A(0,400),點B(a,100). 過點B作BC⊥AO于點C. 在△ABC中,AB=500,AC=400-100=300, 由勾股定理得BC=400, ∴B(400,100). 點A(0,400)關于x軸的對稱點A′(0,-400), 由兩點式得直線A′B的方程為y=x-400. 令y=0,得x=320,即點P(320,0).
51、 故供水站(點P)在距O點320 m處時,到A,B兩廠鋪設的水管長度之和最短. 第三節(jié) 圓的方程 1.掌握確定圓的幾何要素,掌握圓的標準方程與一般方程. 2.初步了解用代數方法處理幾何問題的思想. 1.圓的定義及方程 定義 平面內與定點的距離等于定長的點的集合(軌跡) 標準 方程 (x-a)2+(y-b)2=r2 (r>0) 圓心:(a,b), 半徑:r 一般 方程 x2+y2+Dx+Ey+F=0 (D2+E2-4F>0) 圓心:, 半徑: 2.點與圓的位置關系 點M(x0,y0)與圓(x-a)2+(y-b)2=r2的位置關系: (1)若M
52、(x0,y0)在圓外,則(x0-a)2+(y0-b)2>r2. (2)若M(x0,y0)在圓上,則(x0-a)2+(y0-b)2=r2. (3)若M(x0,y0)在圓內,則(x0-a)2+(y0-b)2<r2. 1.待定系數法求圓的方程 (1)若已知條件與圓心(a,b)和半徑r有關,則設圓的標準方程,依據已知條件列出關于a,b,r的方程組,從而求出a,b,r的值; (2)若已知條件沒有明確給出圓心或半徑,則選擇圓的一般方程,依據已知條件列出關于D,E,F的方程組,進而求出D,E,F的值. 2.確定圓心位置的方法 (1)圓心在過切點且與切線垂直的直線上. (2)圓心在圓的任意
53、弦的垂直平分線上. (3)兩圓相切時,切點與兩圓圓心共線. 1.判斷下面結論是否正確(請在括號中打“√”或“×”) (1)確定圓的幾何要素是圓心與半徑.( ) (2)方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圓的充要條件是A=C≠0,B=0,D2+E2-4F>0.( ) (3)若點M(x0,y0)在圓x2+y2+Dx+Ey+F=0外,則x+y+Dx0+Ey0+F>0.( ) 答案: (1)√ (2)√ (3)√ 2.方程x2+y2+4mx-2y+5m=0表示圓的充要條件是( ) A.<m<1 B.m<或m>1 C.m< D.m>1 解析:
54、 由D2+E2-4F=16m2+4-20m>0, 解得m>1或m<,故選B. 答案: B 3.若點(1,1)在圓(x-a)2+(y+a)2=4的內部,則實數a的取值范圍是( ) A.-1<a<1 B.0<a<1 C.a>1或a<-1 D.a=±1 解析: ∵點(1,1)在圓內, ∴(1-a)2+(1+a)2<4,即-1<a<1. 答案: A 4.圓(x-1)(x+2)+(y-2)(y+4)=0的圓心坐標為________. 解析: 整理配方,得2+(y+1)2=, 所以圓心為. 答案: 5.(xx·陜西卷)若圓C的半徑為1,其圓心與點(1,0)關于直線y=x對
55、稱,則圓C的標準方程為____________. 解析: 因為(1,0)關于y=x的對稱點為(0,1),所以圓C是以(0,1)為圓心,以1為半徑的圓,其方程為x2+(y-1)2=1. 答案: x2+(y-1)2=1 確定圓的方程 1.(xx·山東濰坊一模)若圓C經過(1,0),(3,0)兩點,且與y軸相切,則圓C的方程為( ) A.(x-2)2+(y±2)2=3 B.(x-2)2+(y±)2=3 C.(x-2)2+(y±2)2=4 D.(x-2)2+(y±)2=4 解析: 因為圓C經過(1,0),(3,0)兩點,所以圓心在直線x=2上,又圓與y軸相切,所以半徑r=2,設
56、圓心坐標為(2,b),則(2-1)2+b2=4,b2=3,b=±,選D. 答案: D 2.過P(4,-2),Q(-1,3)兩點,且在y軸上截得的線段長為4的圓的方程為________________. 解析: 設圓的方程為x2+y2+Dx+Ey+F=0.① 將P,Q點的坐標分別代入①得 令x=0,由①得y2+Ey+F=0.④ 由已知|y1-y2|=4,其中y1、y2是方程④的兩根, 所以(y1-y2)2=(y1+y2)2-4y1y2=E2-4F=48.⑤ 解②③⑤組成的方程組得 或 故所求圓的方程為x2+y2-2x-12=0或x2+y2-10x-8y+4=0. 答案:
57、 x2+y2-2x-12=0或x2+y2-10x-8y+4=0. 3.已知圓心為C的圓經過點A(0,-6),B(1,-5),且圓心在直線l:x-y+1=0上,求圓的標準方程. 解析: 法一:設圓的方程為x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0),則圓心坐標為. 由題意可得 消去F得, 解得,代入求得F=-12, 所以圓的方程為x2+y2+6x+4y-12=0, 標準方程為(x+3)2+(y+2)2=25. 法二:因為A(0,-6),B(1,-5), 所以線段AB的中點D的坐標為, 直線AB的斜率kAB==1, 因此線段AB的垂直平分線l的方程是 y+=-,
58、 即x+y+5=0. 圓心C的坐標是方程組的解, 解得, 所以圓心C的坐標是(-3,-2). 圓的半徑長 r=|AC|==5, 所以,圓心為C的圓的標準方程是(x+3)2+(y+2)2=25. 求圓的方程的兩種方法 (1)直接法:根據圓的幾何性質,直接求出圓心坐標和半徑,進而寫出方程 . (2)待定系數法:若已知條件與圓心(a,b)和半徑r有關,則設圓的標準方程,依據已知條件列出關于a,b,r的方程組,從而求出a,b,r的值. 與圓有關的最值問題 已知實數x,y滿足方程x2+y2-4x+1=0. (1)求的最大值和最小值; (2)求y-x的最大值和最小值. 解析:
59、 原方程可化為(x-2)2+y2=3,表示以(2,0)為圓心,為半徑的圓. (1)的幾何意義是圓上一點與原點連線的斜率, 所以設=k,即y=kx. 當直線y=kx與圓相切時,斜率k取最大值或最小值,此時=,解得k=±(如圖1). 所以的最大值為,最小值為-. (2)y-x可看作是直線y=x+b在y軸上的截距,當直線y=x+b與圓相切時,縱截距b取得最大值或最小值,此時=,解得b=-2±(如圖2). 所以y-x的最大值為-2+,最小值為-2-. 1.已知點P(x,y)在圓x2+(y-1)2=1上運動,則的最大值與最小值分別為________. 解析: 設=k,則k表示點P
60、(x,y)與點(2,1)連線的斜率.當該直線與圓相切時,k取得最大值與最小值. 由=1,解得k=±. 答案: ?。? 2.若本例中的條件不變. (1)求點P(x,y)到直線3x+4y+12=0的距離的最大值和最小值. (2)求x2+y2的最大值和最小值. 解析: (1)∵圓心(2,0)到直線3x+4y+12=0的距離為 d==, ∴P(x,y)到直線3x+4y+12=0的距離的最大值為+,最小值為-. (2)x2+y2表示圓上的一點與原點距離的平方,由平面幾何知識知,在原點和圓心連線與圓的兩個交點處取得最大值和最小值(如圖). 又圓心到原點的距離為=2, 所以x2+
61、y2的最大值是(2+)2=7+4,x2+y2的最小值是(2-)2=7-4. 3.設圓x2+y2=2的切線l與x軸正半軸,y軸正半軸分別交于點A,B,當|AB|取最小值時,切線l的方程為________. 解析: 設點A,B的坐標分別為A(a,0),B(0,b)(a,b>0),則直線AB的方程為+=1,即bx+ay-ab=0,因為直線AB和圓相切,所以圓心到直線AB的距離d==,整理得=ab,即2(a2+b2)=(ab)2≥4ab,所以ab≥4,當且僅當a=b時取等號,又|AB|==≥2,所以|AB|的最小值為2,此時a=b,即a=b=2,切線l的方程為+=1,即x+y-2=0. 答案
62、: x+y-2=0 與圓有關的最值問題,常見的有以下幾種類型: (1)形如μ=形式的最值問題,可轉化為動直線斜率的最值問題; (2)形如t=ax+by形式的最值問題,可轉化為動直線截距的最值問題; (3)形如(x-a)2+(y-b)2形式的最值問題,可轉化為動點到定點的距離的平方的最值問題. 與圓有關的軌跡問題 已知圓x2+y2=4上一定點A(2,0),B(1,1)為圓內一點,P,Q為圓上的動點. (1)求線段AP中點的軌跡方程; (2)若∠PBQ=90°,求線段PQ中點的軌跡方程. 解析: (1)設AP的中點為M(x,y),由中點坐標公式可知,P點坐標為(2x-2,2y)
63、. 因為P點在圓x2+y2=4上,所以(2x-2)2+(2y)2=4. 故線段AP中點的軌跡方程為(x-1)2+y2=1. (2)設PQ的中點為N(x,y),在Rt△PBQ中,|PN|=|BN|,設O為坐標原點,連接ON(圖略),則ON⊥PQ,所以|OP|2=|ON|2+|PN|2=|ON|2+|BN|2, 所以x2+y2+(x-1)2+(y-1)2=4. 故線段PQ中點的軌跡方程為x2+y2-x-y-1=0. 已知直角三角形ABC的斜邊為AB,且A(-1,0),B(3,0),求: (1)直角頂點C的軌跡方程; (2)直角邊BC中點M的軌跡方程. 解析: (1)設頂點C(
64、x,y),因為AC⊥BC,且A,B,C三點不共線,所以x≠3且x≠-1. 又kAC=,kBC=,且kAC·kBC=-1, 所以·=-1,化簡得x2+y2-2x-3=0. 因此,直角頂點C的軌跡方程為x2+y2-2x-3=0(x≠3且x≠-1). (2)設點M(x,y),點C(x0,y0),因為B(3,0),M是線段BC的中點,由中點坐標公式得x=(x≠3且x≠1),y=,于是有x0=2x-3,y0=2y. 由(1)知,點C在圓(x-1)2+y2=4(x≠3且x≠-1)上運動,將x0,y0代入該方程得(2x-4)2+(2y)2=4, 即(x-2)2+y2=1. 因此動點M的軌跡方程
65、為(x-2)2+y2=1(x≠3且x≠1). 求與圓有關的軌跡問題的四種方法 A級 基礎訓練 1.(xx·四川成都外國語學校)已知圓C1:(x+1)2+(y-1)2=1,圓C2與圓C1關于直線x-y-1=0對稱,則圓C2的方程為( ) A.(x+2)2+(y-2)2=1 B.(x-2)2+(y+2)2=1 C.(x+2)2+(y+2)2=1 D.(x-2)2+(y-2)2=1 解析: (x+1)2+(y-1)2=1的圓心為(-1,1),它關于直線x-y-1=0對稱的點為(2,-2),對稱后半徑不變,所以圓C2的方程為(x-2)2+(y+2)2=1. 答案: B
66、2.若曲線C:x2+y2+2ax-4ay+5a2-4=0上所有的點均在第二象限內,則a的取值范圍為( ) A.(-∞,-2) B.(-∞,-1) C.(1,+∞) D.(2,+∞) 解析: 曲線C的方程可化為(x+a)2+(y-2a)2=4,則該方程表示圓心為(-a,2a),半徑等于2的圓.因為圓上的點均在第二象限,所以a>2. 答案: D 3.圓x2+y2-4x-4y-10=0上的點到直線x+y-14=0的最大距離與最小距離的差是( ) A.30 B.18 C.6 D.5 解析: 由圓x2+y2-4x-4y-10=0知圓心坐標為(2,2),半徑為3,則圓上的點到直線x+y-14=0的最大距離為+3=8,最小距離為-3=2,故最大距離與最小距離的差為6. 答案: C 4.已知二元二次方程Ax2+Cy2+Dx+Ey+F=0,則是方程表示圓的( ) A.充分非必要條件 B.必要非充分條件 C.充要條件 D.既非充分又非必要條件 解析: 取A=C=4,D=2,E=2,F=1時,滿足但是4x2+4y2+2x+2y+1=0不表示圓;方程x2+y2+x+
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