直线方程和直线系方程

直线方程

点斜式:(y-y_1=k(x-x_1))(其中(l)过定点(P_1(x_1,y_1)),斜率为(k));

缺陷:不能表示斜率不存在的直线;

斜截式:(y=kx+b)((k)是斜率,(b)(y)截距);

缺陷:不能表示斜率不存在的直线;

两点式:(cfrac{y-y_1}{y_2-y_1}=cfrac{x-x_1}{x_2-x_1}(x_1
eq x_2,y_1
eq y_2))
(两点是(P_1(x_1,y_1)、P_2(x_2,y_2))),

缺陷:不能表示斜率不存在的和斜率为0的直线;

截距式:(cfrac{x}{a}+cfrac{y}{b}=1(a
eq 0,b
eq 0))
((a,b)分别是横截距和纵截距),

缺陷:不能表示过原点的直线;

一般式:(Ax+By+C=0)

没有上述直线方程的缺陷。

直线的参数方程

以动点到定点的有向线段的数量为参数,

(left{egin{array}{l}{x=x_0+cos hetacdot t}\{y=y_0+sin hetacdot t}end{array}ight.(t为参数))

如何将一个直线的普通方程转化为参数方程?[1]

直线系方程

定点直线系方程,[是一族直线,不是一条直线,当(k)的取值不同时就对应不同的直线]

经过定点(P(x_0,y_0))的直线系方程是(y-y_0=k(x-x_0))((k)是待定系数)或者是(A(x-x_0)+B(y-y_0)=0)((A)(B))是待定系数;

共点直线系方程,[指经过两条直线共用的交点的一族直线,当(lambda)的取值不同时就对应不同的直线]

给定两条直线(l_1:A_1x+B_1y+C_1=0)(l_2:A_2x+B_2y+C_2=0),则经过两条直线(l_1)(l_2)的交点[联立两个直线方程即可求得交点坐标]的直线系方程为((A_1x+B_1y+C_1)+lambda (A_2x+B_2y+C_2)=0)(这族直线中不包含直线(l_2)),其中(lambda)是待定系数。

解释说明:共点直线系方程中为什么不包括(l_2)

由于共点直线系方程为((A_1x+B_1y+C_1)+lambda (A_2x+B_2y+C_2)=0)

则当(lambda=0)时,说明此时随(lambda)取值变化的直线系中刚好刻画的是直线(l_1)

(lambda
eq 0)
时,要使得刻画的是直线(l_2),则需要(A_1x+B_1y+C_1=0),而它前边系数的系数为(1),不是(0),故不可能突变为(0),这样整个的运算结果就不可能变为(A_2x+B_2y+C_2=0),故共点直线系方程中不包括直线(l_2)

同理,如果我们将共点直线系方程写为(lambda (A_1x+B_1y+C_1)+(A_2x+B_2y+C_2)=0),则此时共点直线系方程中就不包含直线(l_1)

用课件做以说明。

平行直线系方程

直线(y=kx+b)中,当(k)为常数而(b)变化时,表示一族平行直线方程;与直线(Ax+By+C=0)平行的直线系方程是(Ax+By+lambda=0(C
eq lambda)
,即不包含两直线重合情况,(lambda) 为参数)。

垂直直线系方程

与直线(Ax+By+C=0(A
eq 0,B
eq 0))
垂直的直线系方程是(Bx-Ay+lambda=0(lambda 为参数))

圆的切线方程

已知圆(x^2+y^2=r^2),则可知

①过圆上的点(P_0(x_0,y_0))的切线方程是(x_0x+y_0y=r^2)[2] 向量证明方法见必修四P99 例3。

②斜率为(k)的直线成为圆的的切线方程为(y=kxpm rsqrt{1+k^2})

两圆相交弦方程

引例:比如给定(odot C_1:(x-1)^2+(y-1)^2=4)①,(odot C_2:(x+1)^2+(y+1)^2=4)②,求两圆的相交弦所在的直线方程。

分析:设两个圆相交后的公共点为(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2))

则由点(A)满足圆(C_1)和圆(C_2),,得到((x_1-1)^2+(y_1-1)^2=4)((x_1+1)^2+(y_1+1)^2=4)

两式相减整理得到,(y_1=-x_1)

由点(B)满足圆(C_1)和圆(C_2),,得到((x_2-1)^2+(y_2-1)^2=4)((x_2+1)^2+(y_2+1)^2=4)

两式相减整理得到,(y_2=-x_2)

说明点(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2))都在直线(y=-x)上,故两圆的相交弦所在的直线方程为(y=-x)

简单操作:由①-②得到,经过两个圆的相交弦方程为(-2x-2x-2y-2y=0),即(y=-x)

由此类比得到更一般化的情形:

给定(odot C_1:(x-a)^2+(y-b)^2=e)①,(odot C_2:(x-c)^2+(y-d)^2=f)②,注意两圆必须相交; 由①-②得到,经过两个圆的相交弦方程为((2c-2a)x+(2d-2b)y+a^2-c^2+b^2-d^2-e+f=0)

相互关系

平行的充要条件

垂直的充要条件

有空待补充。

典例剖析

例1【2019届宝鸡市高三理科数学质检Ⅱ第3题】

若直线(x+(1+m)y-2=0)与直线(mx+2y+4=0)平行,则(m)的值为【】

$A.1$ $B.-2$ $C.1或-2$ $D.-cfrac{3}{2}$

分析:由题可知,(cfrac{1}{m}=cfrac{m+1}{2}
eq cfrac{-2}{4})
①,具体求解时我们往往只利用下式求值,

(cfrac{1}{m}=cfrac{m+1}{2})②,解得(m=1)(m=-2),由于刚才扩大了范围,故此时需要代入①式验证,

验证得到(m=-2)时不符,故(m=1),则选(A)

反思:满足②式的解不见得就一定满足①式,故不要忘记验证。补充直线平行或垂直的充要条件。

求直线方程的方法

待补充

①直接法
②公式法
③直线系法
④向量法
⑤相关点法
⑥参数法
⑦结构分析法
⑧点差法


如给定直线(y=2x+1),其中点((0,1)),点((1,3))都在其上,
我们现在想求做过点((1,3))的直线(y=2x+1)的参数方程,
可以这样做,依照模板(left{egin{array}{l}{x=x_0+cos heta cdot t}\{y=y_0+sin hetacdot t}end{array}ight.(t为参数))
定点坐标为((x_0,y_0)=(1,3))
可知(k=tan heta=2),引入非零比例因子(k)
得到(sin heta=2k)(cos heta=k(k>0))
(sin^2 heta+cos^2 heta=1),得到(k=cfrac{sqrt{5}}{5})
则可知(cos heta=cfrac{sqrt{5}}{5})(sin heta=cfrac{2sqrt{5}}{5})
故所给定直线(y=2x+1)的参数方程为
(left{egin{array}{l}{x=1+cfrac{sqrt{5}}{5} t}\{y=3+cfrac{2sqrt{5}}{5} t}end{array}ight.(t为参数))
总结思路:①找个定点;②求解(cos heta)(sin heta);③带入模板,OK! ↩︎

证明:由于点(P_0(x_0,y_0))在圆(x^2+y^2=r^2)上,故有(x_0^2+y_0^2=r^2)
又由于直线(OP)的斜率(k_1=cfrac{y_0}{x_0}),故和直线(OP)垂直的圆的切线的斜率为(k_0=-cfrac{x_0}{y_0})
由点斜式可得,过圆上的点(P_0(x_0,y_0))的切线方程为(y-y_0=k_0(x-x_0))

(y-y_0=-cfrac{x_0}{y_0}(x-x_0)),整理为(x_0x+y_0y=x_0^2+y_0^2),又(x_0^2+y_0^2=r^2)
故整理得到切线方程为(x_0x+y_0y=r^2)↩︎

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平