2019版高考数学(理)一轮复习全国经典版:第8章 平面解析几何 第1讲 直线的倾斜角与斜率
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第1讲直线的倾斜角与斜率、直线的方程板块一知识梳理·自主学习[必备知识]考点1直线的倾斜角与斜率1.直线的倾斜角(1)定义:x轴正向与直线向上的方向所成的角叫做这条直线的倾斜角.当直线与x轴平行或重合时,规定它的倾斜角为0°.(2)倾斜角的范围为0°≤α<180°.2.直线的斜率(1)定义:一条直线的倾斜角α的正切值叫做这条直线的斜率,斜率常用小写字母k表示,即k=tanα,倾斜角是90°的直线斜率不存在.(2)过两点的直线的斜率公式经过两点P1(x1,y1),P2(x2,y2)(x1≠x2)的直线的斜率公式为k=y2-y1.x2-x1考点2直线方程的几种形式[必会结论] 直线的斜率k与倾斜角θ之间的关系“斜率变化分两段,90°是分界线;遇到斜率要谨记,存在与否要讨论”.[考点自测]1.判断下列结论的正误.(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)直线的倾斜角越大,其斜率越大.( )(2)斜率公式k =y 2-y 1x 2-x 1,不适用于垂直于x 轴和平行于x 轴的直线.( )(3)当直线的斜率不存在时,其倾斜角存在.( )(4)过点P (x 1,y 1)的直线方程一定可设为y -y 1=k (x -x 1).( ) (5)直线方程的截距式x a +yb =1中,a ,b 均应大于0.( ) 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×2.[课本改编]过点M (-1,m ),N (m +1,4)的直线的斜率等于1,则m 的值为( )A .1 B.12 C .2 D.13 答案 A解析 由4-mm +2=1,得m =1.故选A.3.[课本改编]倾斜角为135°,在y 轴上的截距为-1的直线方程是( )A .x -y +1=0B .x -y -1=0C .x +y -1=0D .x +y +1=0 答案 D解析 直线的斜率为k =tan135°=-1,所以直线方程为y =-x -1,即x +y +1=0.4.[课本改编]过两点(0,3),(2,1)的直线方程为( ) A .x -y -3=0 B .x +y -3=0 C .x +y +3=0 D .x -y +3=0 答案 B解析 所求直线的斜率k =3-10-2=-1,又过点(0,3),所以直线方程为y -3=-x ,即x +y -3=0.5.已知直线l :ax +y -2-a =0在x 轴和y 轴上的截距相等,则a 的值是( )A .1B .-1C .-2或-1D .-2或1答案 D解析 由题意可知a ≠0.当x =0时,y =a +2;当y =0时,x =a +2a ,∴a +2a =a +2,解得a =-2或a =1.6.[2018·长春模拟]直线l :(a -2)x +(a +1)y +6=0,则直线l 恒过定点________.答案 (2,-2)解析 直线l 的方程变形为a (x +y )-2x +y +6=0,由⎩⎪⎨⎪⎧x +y =0,-2x +y +6=0,解得x =2,y =-2, 所以直线l 恒过定点(2,-2).板块二 典例探究·考向突破 考向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 (0,3)为端点的线段有公共点,则直线l 斜率的取值范围为________.答案 (-∞,-3]∪[1,+∞)解析 如图,∵k AP =1-02-1=1, k BP =3-00-1=-3,∴k ∈(-∞,-3]∪[1,+∞).若将题中P (1,0)改为P (-1,0),其他条件不变,求直线l 斜率的取值范围.解 ∵P (-1,0),A (2,1),B (0,3),∴k AP =1-02-(-1)=13,k BP=3-00-(-1)= 3.如图可知,直线l 斜率的取值范围为⎣⎢⎡⎦⎥⎤13,3.若将题中条件改为“经过P (0,-1)作直线l ,若直线l 与连接A (1,-2),B (2,1)的线段总有公共点”,求直线l 的倾斜角α的范围.解 如图所示,k P A =-2-(-1)1-0=-1,k PB =1-(-1)2-0=1,由图可观察出:直线l 倾斜角α的范围是⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π4∪⎣⎢⎡⎭⎪⎫3π4,π.触类旁通直线的斜率与倾斜角的区别与联系【变式训练1】 (1)[2018·重庆巴蜀中学诊断]直线x +(a 2+1)y +1=0的倾斜角的取值范围是( )A.⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π4 B.⎣⎢⎡⎭⎪⎫3π4,π C.⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π4∪⎝ ⎛⎭⎪⎫π2,π D.⎣⎢⎡⎭⎪⎫π4,π2∪⎣⎢⎡⎭⎪⎫3π4,π 答案 B解析 依题意,直线的斜率k =-1a 2+1∈[-1,0),因此其倾斜角的取值范围是⎣⎢⎡⎭⎪⎫3π4,π. (2)若经过两点A (4,2y +1),B (2,-3)的直线的倾斜角为3π4,则y等于( )A .-1B .-3C .0D .2 答案 B解析 由k =-3-2y -12-4=tan 3π4=-1,得-4-2y =2,所以y=-3.考向求直线的方程例 2 根据所给条件求直线的方程: (1)直线过点(-4,0),倾斜角的正弦值为1010;(2)直线过点(-3,4),且在两坐标轴上的截距之和为12; (3)与直线3x -4y -5=0关于y 轴对称.解 (1)由题设知该直线的斜率存在,故可采用点斜式.设倾斜角为α,则sin α=1010(0<α<π),从而cos α=±31010,则k =tan α=±13, 故所求直线方程为y =±13(x +4), 即x +3y +4=0或x -3y +4=0.(2)由题设知截距不为0,设直线方程为x a +y 12-a =1,又直线过点(-3,4),从而-3a +412-a=1,解得a =-4或a =9.故所求直线方程为4x -y +16=0或x +3y -9=0.(3)直线3x -4y -5=0与y 轴的交点为A ⎝⎛⎭⎪⎫0,-54,所求直线过A ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-54,且斜率k =-34,所求直线方程为y =-34x -54,即3x +4y +5=0.触类旁通求直线方程的两种方法(1)直接法:根据已知条件,选择适当的直线方程形式,直接写出直线方程,选择时,应注意各种形式的方程的适用范围,必要时要分类讨论.(2)待定系数法,即设定含有参数的直线方程,由条件列出方程(组),再求出参数,最后将其代入直线方程.【变式训练2】 已知△ABC 的三个顶点分别为A (-3,0),B (2,1),C (-2,3),求:(1)BC 边所在直线的方程;(2)BC 边上中线AD 所在直线的方程; (3)BC 边的垂直平分线DE 的方程.解 (1)因为直线BC 经过B (2,1)和C (-2,3)两点,由两点式得BC 的方程为y -13-1=x -2-2-2,即x +2y -4=0.(2)设BC 边的中点D 的坐标为(x ,y ), 则x =2-22=0,y =1+32=2.BC 边的中线AD 过点A (-3,0),D (0,2)两点,由截距式得AD 所在直线方程为x -3+y2=1,即2x -3y +6=0.(3)由(1)知直线BC 的斜率k 1=-12, 则直线BC 的垂直平分线DE 的斜率k 2=2. 由(2)知点D 的坐标为(0,2).可求出直线的点斜式方程为y -2=2(x -0),即2x -y +2=0.考向直线方程的应用例 3 [2018·无锡检测]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l 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 ,O 为坐标原点,设△AOB 的面积为S ,求S 的最小值及此时直线l 的方程.解 (1)证明:直线l 的方程可化为y =k (x +2)+1,故无论k 取何值,直线l 总过定点(-2,1).(2)直线l 的方程为y =kx +2k +1,则直线l 在y 轴上的截距为2k+1,要使直线l 不经过第四象限,则⎩⎪⎨⎪⎧k ≥0,1+2k ≥0,解得k 的取值范围是[0,+∞).(3)依题意,直线l 在x 轴上的截距为-1+2kk ,在y 轴上的截距为1+2k ,∴A ⎝ ⎛⎭⎪⎫-1+2k k ,0,B (0,1+2k ). 又-1+2kk <0且1+2k >0,∴k >0.故S =12|OA ||OB |=12×1+2k k ×(1+2k )=12⎝ ⎛⎭⎪⎫4k +1k +4≥12(4+4)=4,当且仅当4k =1k ,即k =12时,取等号.故S 的最小值为4,此时直线l 的方程为x -2y +4=0.触类旁通直线方程综合问题的两大类型及解法(1)与函数相结合的问题:解决这类问题,一般是利用直线方程中x ,y 的关系,将问题转化为关于x (或y )的函数,借助函数的性质解决.(2)与方程、不等式相结合的问题:一般是利用方程、不等式的有关知识(如方程解的个数、根的存在问题,不等式的性质、基本不等式等)来解决.【变式训练3】 已知直线l 过点M (1,1),且与x 轴,y 轴的正半轴分别相交于A ,B 两点,O 为坐标原点.求:(1)当|OA |+|OB |取得最小值时,直线l 的方程; (2)当|MA |2+|MB |2取得最小值时,直线l 的方程.解 (1)设A (a,0),B (0,b )(a >0,b >0). 设直线l 的方程为x a +y b =1,则1a +1b =1,所以|OA |+|OB |=a +b =(a +b )⎝ ⎛⎭⎪⎫1a +1b =2+a b +b a ≥2+2a b ·ba =4,当且仅当“a =b =2”时取等号,此时直线l 的方程为x +y -2=0.(2)设直线l 的斜率为k ,则k <0, 直线l 的方程为y -1=k (x -1), 则A ⎝ ⎛⎭⎪⎫1-1k ,0,B (0,1-k ), 所以|MA |2+|MB |2=⎝⎛⎭⎪⎫1-1+1k 2+12+12+(1-1+k )2=2+k 2+1k 2≥2+2k 2·1k 2=4.当且仅当k 2=1k 2,即k =-1时取等号,此时直线l 的方程为y -1=-(x -1),即x +y -2=0.核心规律1.明确直线方程各种形式的适用条件点斜式、斜截式方程适用于不垂直于x 轴的直线;两点式方程不能表示垂直于x 、y 轴的直线;截距式方程不能表示垂直于坐标轴和过原点的直线.2.求直线方程中一种重要的方法就是先设直线方程,再求直线方程中的系数,这种方法叫待定系数法.满分策略1.求直线方程时要注意判断直线斜率是否存在;每条直线都有倾斜角,但不一定每条直线都存在斜率.2.根据斜率求倾斜角,一是要注意倾斜角的范围;二是要考虑正切函数的单调性.3.截距为一个实数,既可以为正数,也可以为负数,还可以为0,这是解题时容易忽略的一点.板块三 启智培优·破译高考易错警示系列12——都是漏掉“过原点”情况惹的祸 [2018·济南检测]求经过点P (2,3),并且在两坐标轴上截距相等的直线l 的方程.错因分析 利用截距式方程求解时,忘记过原点的情况,而漏掉直线方程3x -2y =0.解 解法一:(1)当截距为0时,直线l 过点(0,0),(2,3),则直线l 的斜率为k =3-02-0=32,因此,直线l 的方程为y =32x ,即3x -2y =0. (2)当截距不为0时,可设直线l 的方程为x a +ya =1. ∵直线l 过点P (2,3),∴2a +3a =1,∴a =5, ∴直线l 的方程为x +y -5=0.综上可知,直线l 的方程为3x -2y =0或x +y -5=0. 解法二:由题意可知所求直线斜率存在, 则可设y -3=k (x -2),且k ≠0. 令x =0,得y =-2k +3. 令y =0,得x =-3k +2.于是-2k +3=-3k +2,解得k =32或-1.则直线l 的方程为y -3=32(x -2)或y -3=-(x -2), 即直线l 的方程为3x -2y =0或x +y -5=0.答题启示 在选用直线方程时,常易忽视的情况有: (1)选用截距式方程时忽视与坐标轴垂直和过原点的直线; (2)选用点斜式与斜截式时忽视斜率不存在的情况;(3)选用两点式方程时忽视与x 轴垂直的情况及与y 轴垂直的情况.跟踪训练过点(5,2),且在x 轴上的截距是在y 轴上的截距的2倍的直线方程是( )A .2x +y -12=0B .2x +y -12=0或2x -5y =0C .x -2y -1=0D .x +2y -9=0或2x -5y =0 答案 D解析 当直线经过坐标原点时,直线方程为y =25x ,即2x -5y =0;当直线不经过坐标原点时,设直线方程为x 2b +y b =1,则52b +2b =1,解得b =92,故所求的直线方程是x 9+2y9=1,即x +2y -9=0.板块四 模拟演练·提能增分[A 级 基础达标]1.直线x +3y +1=0的倾斜角是( ) A.π6 B.π3 C.2π3 D.5π6 答案 D解析 由直线的方程得直线的斜率k =-33,设倾斜角为α,则tan α=-33,所以α=5π6.2.[2018·沈阳模拟]直线ax +by +c =0同时要经过第一、第二、第四象限,则a ,b ,c 应满足( )A .ab >0,bc <0B .ab >0,bc >0C .ab <0,bc >0D .ab <0,bc <0答案 A解析 由于直线ax +by +c =0经过第一、二、四象限,所以直线存在斜率,将方程变形为y =-a b x -c b .易知-a b <0且-cb >0,故ab >0,bc <0.3.[2018·邯郸模拟]过点(2,1),且倾斜角比直线y =-x -1的倾斜角小π4的直线方程是( )A .x =2B .y =1C .x =1D .y =2 答案 A解析 ∵直线y =-x -1的斜率为-1,则倾斜角为3π4.依题意,所求直线的倾斜角为3π4-π4=π2,斜率不存在,∴过点(2,1)的直线方程为x =2.4.已知三点A (2,-3),B (4,3),C ⎝ ⎛⎭⎪⎫5,k 2在同一条直线上,则k 的值为( )A .12B .9C .-12D .9或12 答案 A解析 由k AB =k AC ,得3-(-3)4-2=k2-(-3)5-2,解得k =12.故选A.5.[2018·荆州模拟]两直线x m -y n =a 与x n -ym =a (其中a 是不为零的常数)的图象可能是( )答案 B解析 直线方程x m -y n =a 可化为y =n m x -na ,直线x n -ym =a 可化为y =mn x -ma ,由此可知两条直线的斜率同号.故选B.6.[2018·安徽模拟]直线l :x sin30°+y cos150°+1=0的斜率是( )A.33B. 3 C .- 3 D .-33 答案 A解析 设直线l 的斜率为k ,则k =-sin30°cos150°=33.7.直线x cos α+3y +2=0的倾斜角的取值范围是________. 答案 ⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π6∪⎣⎢⎡⎭⎪⎫5π6,π解析 设直线的倾斜角为θ,依题意知,θ≠π2,k =-33cos α,∵cos α∈[-1,1],∴k ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤-33,33,即tan θ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤-33,33.又θ∈[0,π),∴θ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π6∪⎣⎢⎡⎭⎪⎫5π6,π8.已知实数x ,y 满足方程x +2y =6,当1≤x ≤3时,y -1x -2的取值范围为________.答案 ⎝ ⎛⎦⎥⎤-∞,-32∪⎣⎢⎡⎭⎪⎫12,+∞ 解析 y -1x -2的几何意义是过M (x ,y ),N (2,1)两点的直线的斜率,因为点M 在x +2y =6的图象上,且1≤x ≤3,所以可设该线段为AB ,且A ⎝ ⎛⎭⎪⎫1,52,B ⎝ ⎛⎭⎪⎫3,32,由于k NA =-32,k NB =12,所以y -1x -2的取值范围是⎝ ⎛⎦⎥⎤-∞,-32∪⎣⎢⎡⎭⎪⎫12,+∞. 9.过点M (-3,5)且在两坐标轴上的截距互为相反数的直线方程为________.答案 y =-53x 或x -y +8=0解析 (1)当直线过原点时,直线方程为y =-53x ;(2)当直线不过原点时,设直线方程为x a +y-a =1,即x -y =a ,代入点(-3,5),得a =-8,即直线方程为x -y +8=0.10.[2018·衡阳模拟]一条直线经过点A (2,-3),并且它的倾斜角等于直线y =13x 的倾斜角的2倍,则这条直线的一般式方程是________.答案3x -y -33=0解析 解法一:∵直线y =13x 的倾斜角为30°, 所以所求直线的倾斜角为60°, 即斜率k =tan60°= 3. 又该直线过点A (2,-3),故所求直线为y -(-3)=3(x -2), 即3x -y -33=0. 解法二:设直线y =13x 的倾斜角为α,则所求直线的倾斜角θ=2α.tan θ=tan2α=2tan α1-tan 2α=231-⎝ ⎛⎭⎪⎫132= 3.所求直线为3x -y -33=0.[B 级 知能提升]1.[2018·海南模拟]直线(1-a 2)x +y +1=0的倾斜角的取值范围是( )A.⎣⎢⎡⎭⎪⎫π4,π2 B.⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,3π4 C.⎣⎢⎡⎭⎪⎫0,π2∪⎣⎢⎡⎭⎪⎫3π4,πD.⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π4∪⎝⎛⎦⎥⎤π2,3π4答案 C解析 直线的斜率k =-(1-a 2)=a 2-1,∵a 2≥0,∴k =a 2-1≥-1.由倾斜角和斜率的关系(如图所示),该直线倾斜角的取值范围为⎣⎢⎡⎭⎪⎫0,π2∪⎣⎢⎡⎭⎪⎫3π4,π.2.已知点A (-1,0),B (cos α,sin α),且|AB |=3,则直线AB 的方程为( )A .y =3x +3或y =-3x - 3B .y =33x +33或y =-33x -33C .y =x +1或y =-x -1D .y =2x +2或y =-2x - 2答案 B解析 由|AB |=(cos α+1)2+sin 2α=2+2cos α=3,得cos α=12,所以sin α=±32,所以直线AB 的斜率k AB =sin α-0cos α+1=3212+1=33或k AB =sin α-0cos α+1=-3212+1=-33,所以直线AB 的方程为y =±33(x +1),即直线AB 的方程为y =33x +33或y =-33x -33.选B.3.[2018·宁夏调研]若ab >0,且A (a,0),B (0,b ),C (-2,-2)三点共线,则ab 的最小值为________.答案 16解析 根据A (a,0),B (0,b )确定直线的方程为x a +yb =1,又C (-2,-2)在该直线上,故-2a +-2b =1,所以-2(a +b )=ab .又ab >0,故a <0,b <0.根据基本不等式ab =-2(a +b )≥4ab ,从而ab ≤0(舍去)或ab ≥4,故ab ≥16,当且仅当a =b =-4时取等号,即ab 的最小值为16.4.在△ABC 中,已知A (1,1),AC 边上的高线所在直线方程为x -2y =0,AB 边上的高线所在直线方程为3x +2y -3=0.求BC 边所在直线方程.解 k AC =-2,k AB =23.∴AC :y -1=-2(x -1),即2x +y -3=0, AB :y -1=23(x -1),即2x -3y +1=0.由⎩⎪⎨⎪⎧2x +y -3=0,3x +2y -3=0,得C (3,-3). 由⎩⎪⎨⎪⎧2x -3y +1=0,x -2y =0,得B (-2,-1). ∴BC :2x +5y +9=0.5.过点P (2,1)作直线l ,与x 轴和y 轴的正半轴分别交于A ,B 两点,求:(1)△AOB 面积的最小值及此时直线l 的方程;(2)求直线l 在两坐标轴上截距之和的最小值及此时直线l 的方程; (3)求|P A |·|PB |的最小值及此直线l 的方程.解 (1)解法一:设直线l 的方程为y -1=k (x -2),则可得A ⎝ ⎛⎭⎪⎫2k -1k ,0,B (0,1-2k ). ∵与x 轴,y 轴正半轴分别交于A ,B 两点,∴⎩⎨⎧2k -1k>0,1-2k >0⇒k <0.于是S △AOB =12·|OA |·|OB | =12·2k -1k ·(1-2k )=12⎝ ⎛⎭⎪⎫4-1k -4k ≥12⎣⎢⎡⎦⎥⎤4+2⎝ ⎛⎭⎪⎫-1k ·(-4k )=4. 当且仅当-1k =-4k ,即k =-12时,△AOB 面积有最小值为4,此时,直线l 的方程为y -1=-12(x -2),即x +2y -4=0.解法二:设所求直线l 的方程为x a +y b =1(a >0,b >0),则2a +1b =1. 又∵2a +1b ≥22ab ⇒12ab ≥4,当且仅当2a =1b =12,即a =4,b =2时,△AOB 面积S =12ab 有最小值为4.此时,直线l 的方程是x 4+y2=1,即x +2y -4=0.(2)解法一:∵A ⎝ ⎛⎭⎪⎫2k -1k ,0,B (0,1-2k )(k <0), ∴截距之和为2k -1k +1-2k =3-2k -1k ≥3+2(-2k )·⎝ ⎛⎭⎪⎫-1k =3+2 2.当且仅当-2k =-1k ,即k =-22时,等号成立.故截距之和最小值为3+22,此时l 的方程为y -1=-22(x -2),即2x +2y -2-22=0.解法二:∵2a +1b =1,∴截距之和a +b =(a +b )⎝⎛⎭⎪⎫2a +1b =3+2b a +ab ≥3+22b a ·a b =3+2 2.此时2b a =ab ,求得b =2+1,a =2+ 2. 此时,直线l 的方程为x 2+2+y2+1=1,即2x +2y -2-22=0.(3)解法一:∵A ⎝ ⎛⎭⎪⎫2k -1k ,0,B (0,1-2k )(k <0), ∴|P A |·|PB |=1k 2+1·4+4k 2=4k2+4k 2+8 ≥2·4k 2·4k 2+8=4.当且仅当4k 2=4k 2,即k =-1时上式等号成立,故|P A |·|PB |最小值为4,此时,直线l 的方程为x +y -3=0.解法二:设∠OAB=θ,则|P A|=1sinθ,|PB|=2sin(90°-θ)=2cosθ,∴|P A|·|PB|=2sinθcosθ=4sin2θ,当sin2θ=1,θ=π4时,|P A|·|PB|取得最小值4,此时直线l的斜率为-1,又过定点(2,1),∴其方程为x +y-3=0.。