1.3 两条直线的平行与垂直
课标要求
素养要求
1.理解两条直线平行与垂直的判定条件.2.能应用两条直线平行或垂直解决有关问题.
通过学习两条直线平行与垂直的判定,提升数学抽象、数学运算及逻辑推理素养.
自主梳理
1.两条直线平行
(1)若直线l1:y=k1x+b1,直线l2:y=k2x+b2,则l1∥l2?k1=k2且b1≠b2(k1,k2均存在).
(2)设l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,则l1∥l2?A1B2-A2B1=0且B1C2-B2C1≠0(或A1C2-A2C1≠0).
2.两条直线垂直
(1)如图①,若两条直线都有斜率,如果它们互相垂直,那么它们的斜率之积等于-1;反之,如果它们的斜率之积等于-1,那么它们互相垂直.即l1⊥l2?k1k2=-1(k1,k2均存在).
(2)如图②,若l1与l2中的一条直线的斜率不存在,另一条直线的斜率为零,则l1与l2的位置关系是垂直.
若直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,则l1⊥l2?A1A2+B1B2=0.
自主检验
1.思考辨析,判断正误
(1)若直线l1∥l2(两直线的斜率存在,分别为k1,k2),则k1=k2.(√)
(2)如果两条直线l1与l2垂直,则它们的斜率之积一定为-1.(×)
提示 当一条直线斜率不存在,另一条直线的斜率为0时,两直线也垂直.
(3)若点A(-1,2),B(1,3),C(0,1),D(2,b),且AB∥CD,则b=3.(×)
提示 由AB∥CD,得kAB=kCD,即=,∴b=2.
2.已知A(-4,3),B(2,5),C(6,3),D(-3,0),则直线AB与直线CD( )
A.平行
B.垂直
C.重合
D.以上都不正确
答案 A
解析 由题意知kAB==,kCD==,∴kAB=kCD,
又A,B,C,D不共线,∴两直线平行.
3.过点(5,0)且与x+2y-2=0平行的直线方程是( )
A.2x+y+5=0
B.2x+y-5=0
C.x+2y-5=0
D.x+2y+5=0
答案 C
解析 由题意可设所求直线方程为x+2y+c=0(c≠-2).因为(5,0)在该直线上,所以5+2×0+c=0,得c=-5,
故该直线方程为x+2y-5=0.
4.已知过点A(-2,m),B(m,4)的直线与直线2x+y-1=0互相垂直,则m=________.
答案 2
解析 因为两条直线垂直,直线2x+y-1=0的斜率为-2,所以过点A(-2,m),B(m,4)的直线的斜率为=,解得m=2.
题型一 两直线平行的判定
【例1】 判断下列各题中直线l1与l2是否平行.
(1)l1的斜率为1,l2经过点P(1,1),Q(3,3);
(2)l1经过点A(-3,2),B(-3,10),l2经过点C(5,-2),D(5,5);
(3)l1经过点A(0,1),B(1,0),l2经过点C(-1,3),D(2,0);
(4)l1:x-3y+2=0,l2:4x-12y+1=0.
解 (1)k1=1,k2==1,k1=k2,
∴l1∥l2或l1与l2重合.
(2)l1与l2都与x轴垂直,通过数形结合知l1∥l2.
(3)k1==-1,k2==-1,k1=k2,数形结合知l1∥l2.
(4)l1的方程可变形为y=x+,
l2的方程可变形为y=x+.
∵k1=,b1=,k2=,b2=,
∴k1=k2且b1≠b2,
∴l1∥l2.
思维升华 判断两条直线平行的方法
【训练1】 根据下列给定的条件,判断直线l1与直线l2的位置关系.
(1)l1经过点A(2,1),B(-3,5),l2经过点C(3,-3),D(8,-7);
(2)l1的倾斜角为60°,l2经过点M(3,2),N(-2,-3).
(3)l1:x-y+2=0,l2:2x-2y+4=0.
解 (1)由题意知k1==-,
k2==-.
因为k1=k2,且A,B,C,D四点不共线,所以l1∥l2.
(2)由题意知k1=tan
60°=,k2==.
因为k1=k2,所以l1∥l2或l1与l2重合.
(3)l1的方程可变形为y=x+2,l2的方程可变形为y=x+2,则直线l1与l2重合.
题型二 两直线垂直的判定
【例2】 判断下列各题中直线l1与l2是否垂直.
(1)直线l1:2x-4y+7=0,直线l2:2x+y-5=0;
(2)直线l1:y-2=0,直线l2:x-ay+1=0;
(3)直线l1经过点,,l2经过点,.
解 (1)法一 由题意知,k1=,k2=-2,
∵k1·k2=×(-2)=-1,
∴l1与l2垂直.
法二 ∵2×2+(-4)×1=0,
∴l1⊥l2.
(2)当a=0时,直线l2的方程为x=-1,即l2的斜率不存在,又直线l1的斜率为0,故两直线垂直.
当a≠0时,直线l2的斜率为,
又直线l1的斜率为0,
故两直线不垂直.
(3)由已知得,k1==-,k2==.
∵k1·k2≠-1,
∴两条直线不垂直.
思维升华 1.判断两直线是否垂直的依据是:当这两条直线都有斜率的前提下,只需看它们的斜率之积是否等于-1即可,但应注意有一条直线与x轴垂直,另一条直线与x轴平行时,两直线也垂直.
2.直接使用A1A2+B1B2=0判断两条直线是否垂直更有优势.
【训练2】 判断下列各组中的直线l1与l2是否垂直.
(1)l1经过点A(-1,-2),B(1,2),l2经过点M(-2,-1),N(2,1);
(2)l1的斜率为-10,l2经过点A(10,2),B(20,3);
(3)l1经过点A(3,4),B(3,100),l2经过点M(-10,40),N(10,40).
解 (1)直线l1的斜率k1==2,直线l2的斜率k2==,k1k2=1≠-1,故l1与l2不垂直.
(2)直线l1的斜率k1=-10,直线l2的斜率k2==,k1k2=-1,故l1⊥l2.
(3)直线l1的倾斜角为90°,则l1⊥x轴,
直线l2的斜率k2==0,则l2∥x轴.
故l1⊥l2.
题型三 已知平行和垂直求直线方程或参数
【例3】 (1)已知直线l过点(1,2),且与直线2x+y+2=0平行,求直线l的方程;
(2)若直线3x+2y+4=0与直线(a+2)x+3y+1=0垂直,求a的值.
解 (1)由题意知直线l的斜率k=-2,又过点(1,2),则直线l的方程为y-2=-2(x-1),即2x+y-4=0.
(2)由题意知:3×(a+2)+2×3=0,解得a=-4.
思维升华 已知两直线的位置关系(平行或垂直)求直线方程或参数,是一个重点题型,解题时要充分利用已知条件判断斜率是否存在,若存在,再结合其他条件求解,若不存在,再讨论求解.
【训练3】 (1)求过点(2,3),且与直线2x+y+2=0垂直的直线的方程;
(2)已知△ABC中,A(0,3),B(2,-1),E,F分别为AC,BC的中点,求直线EF的斜率.
解 (1)由已知得待求直线的斜率k=,又过点(2,3),则所求直线方程为y-3=(x-2),即x-2y+4=0.
(2)∵E,F分别为AC,BC的中点,
∴EF∥AB,
∴kEF=kAB==-2.
故直线EF的斜率为-2.
题型四 平行与垂直的综合应用
【例4】 已知A(-4,3),B(2,5),C(6,3),D(-3,0)四点,若顺次连接A,B,C,D四点,试判定四边形ABCD的形状.
解 A,B,C,D四点在坐标平面内的位置如图:
由斜率公式可得
kAB==,kCD==,kAD==-3,kBC==-,
∴kAB=kCD,由图可知AB与CD不重合,
∴AB∥CD.
由kAD≠kBC,∴AD与BC不平行.
又kAB·kAD=×(-3)=-1,
∴AB⊥AD.
故四边形ABCD为直角梯形.
思维升华 利用两条直线平行或垂直判定图形形状的步骤
【训练4】 已知点A(0,3),B(-1,0),C(3,0),求点D的坐标,使四边形ABCD为直角梯形(A,B,C,D按逆时针方向排列).
解 设所求点D的坐标为(x,y),如图所示,由于kAB=3,kBC=0,∴kAB·kBC=0≠-1,即AB与BC不垂直,故AB,BC都不可作为直角梯形的直角腰.
(1)若CD是直角梯形的直角腰,则BC⊥CD,AD⊥CD,
∵kBC=0,∴CD的斜率不存在,从而有x=3.
又kAD=kBC,∴=0,即y=3,此时AB与CD不平行,故所求点D的坐标为(3,3).
(2)若AD是直角梯形的直角腰,则AD⊥AB,AD⊥CD,
∵kAD=,kCD=,
∴
解得x=,y=,∴D点坐标为.
综上,D点坐标为(3,3)或.
1.牢记两条直线平行或垂直的判定条件.
2.掌握3种解决问题的方法
(1)判断两条直线平行或垂直的步骤.
(2)已知平行或垂直求直线方程或参数.
(3)在两条直线平行或垂直关系的判断中体会分类讨论的思想.
3.注意1个易错点
利用斜率判断含字母参数的两条直线平行或垂直时,要对字母分类讨论.
一、选择题
1.已知A(2,0),B(3,3),直线l∥AB,则直线l的斜率k等于( )
A.-3
B.3
C.-
D.
答案 B
解析 因为直线l∥AB,所以k=kAB==3.
2.若直线x-2y+5=0与直线2x+my-6=0互相垂直,则实数m等于( )
A.-1
B.1
C.
D.-
答案 B
解析 由两直线垂直,得1×2+(-2)m=0,解得m=1.
3.下列说法正确的有( )
①若两直线斜率相等,则两直线平行;
②若l1∥l2,则k1=k2;
③若两条直线中有一条直线的斜率不存在,另一条直线的斜率存在,则两直线相交;
④若两条直线的斜率都不存在,则两直线平行.
A.1个
B.2个
C.3个
D.4个
答案 A
解析 当两直线斜率相等或都不存在时,两直线平行或者重合,故①④不成立;
l1∥l2时,斜率可能不存在,故②不成立;③正确.
4.若点P(a,b)与Q(b-1,a+1)关于直线l对称,则l的倾斜角为( )
A.135°
B.45°
C.30°
D.60°
答案 B
解析 ∵kPQ==-1,kPQ·kl=-1,
∴l的斜率为1,倾斜角为45°.
5.(多选题)已知A(m,3),B(2m,m+4),C(m+1,2),D(1,0),且直线AB与直线CD平行,则m的值可以为( )
A.0
B.1
C.2
D.3
答案 AB
解析 当AB与CD斜率均不存在时,m=0,此时AB∥CD;
当kAB=kCD时,m=1,此时AB∥CD.
二、填空题
6.若直线ax+2y+1=0与直线x+y-2=0互相平行,那么a的值等于________.
答案 2
解析 ∵直线ax+2y+1=0与直线x+y-2=0可分别化为y=-x-,y=-x+2,
∴-=-1,
解得a=2.
7.在平面直角坐标系xOy中,四边形ABCD的边AB∥DC,AD∥BC.已知点A(-2,0),B(6,8),C(8,6),则点D的坐标为________.
答案 (0,-2)
解析 设点D(x,y),则由AB∥DC,AD∥BC可得kAB=kDC,kAD=kBC,即=,=,解得x=0,y=-2.
8.已知l1的斜率是2,l2过点A(-1,-2),B(x,6),且l1∥l2,则logx=________.
答案 -
解析 因为l1∥l2,所以=2,解得x=3.
所以log3=-.
三、解答题
9.已知A(1,-1),B(2,2),C(3,0)三点,求点D,使直线CD⊥AB,且CB∥AD.
解 设D(x,y),
则kCD=,kAB=3,kCB=-2,kAD=.
因为CD⊥AB,且CB∥AD,
所以kCD·kAB=-1,且kCB=kAD,
即·3=-1,且=-2,
所以x=0,y=1,即D(0,1).
10.已知△ABC的顶点A(1,3),B(-1,-1),C(2,1),求△ABC的边BC上的高AD的斜率和垂足D的坐标.
解 因为B(-1,-1),C(2,1),所以kBC==,
BC边上的高AD的斜率kAD=-.
设D(x,y),由kAD==-,
及kBD==kBC=,
得x=,y=,则D.
11.已知点A(2,3),B(1,-1),C(-1,-2),点D在x轴上,则当点D坐标为________时,AB⊥CD.
答案 (-9,0)
解析 设点D(x,0),
因为kAB==4≠0,
所以直线CD的斜率存在.
则由AB⊥CD知,kAB·kCD=-1,
所以4×=-1,解得x=-9.
12.直线l1,l2的斜率k1,k2是关于k的方程2k2-3k-b=0的两根,若l1⊥l2,则b=________;若l1∥l2,则b=________.
答案 2 -
解析 若l1⊥l2,则k1k2=-=-1,
∴b=2.
若l1∥l2,则k1=k2,Δ=9+8b=0,
∴b=-.
13.求与直线3x+4y+1=0平行,且在两坐标轴上的截距之和为的直线l的方程.
解 法一 由题意,设直线l的方程为3x+4y+m=0(m≠1),
令x=0,得y=-;令y=0,得x=-,
所以-+=,
解得m=-4.
所以直线l的方程为3x+4y-4=0.
法二 由题意,直线l不过原点,则在两坐标轴上的截距都不为0.可设l的方程为+=1(a≠0,b≠0),则有
解得
所以直线l的方程为3x+4y-4=0.
14.直线l的倾斜角为30°,点P(2,1)在直线l上,直线l绕点P(2,1)按逆时针方向旋转30°后到达直线l1的位置,
此时直线l1与l2平行,且l2是线段AB的垂直平分线,其中A(1,m-1),B(m,2),试求m的值.
解 如图,直线l1的倾斜角为30°+30°=60°.
∴直线l1的斜率k1=tan
60°=.
当m=1时,直线AB的斜率不存在,此时l2的斜率为0,不满足l1∥l2.
当m≠1时,直线AB的斜率kAB==,
∴线段AB的垂直平分线l2的斜率为k2=,
∵l1与l2平行,
∴k1=k2,即=,解得m=4+.(共46张PPT)
1.3
两条直线的平行与垂直
1.理解两条直线平行与垂直的判定条件.
2.能应用两条直线平行或垂直解决有关问题.
课标要求
素养要求
通过学习两条直线平行与垂直的判定,提升数学抽象、数学运算及逻辑推理素养.
课前预习
课堂互动
分层训练
内容索引
课前预习
知识探究
1
1.两条直线平行
///////
k1=k2且b1≠b2
(1)若直线l1:y=k1x+b1,直线l2:y=k2x+b2,则l1∥l2?
(k1,k2均存在).
(2)设l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,则l1∥l2?A1B2-A2B1=0且B1C2-B2C1≠0(或A1C2-A2C1≠0).
2.两条直线垂直
都有斜率
-1
k1k2=-1
(1)如图①,若两条直线
,如果它们互相垂直,那么它们的斜率之积等于-
1;反之,如果它们的斜率之积等于
,那么它们互相垂直.即l1⊥l2?
(k1,k2均存在).
点睛
(2)如图②,若l1与l2中的一条直线的斜率不存在,另一条直线的斜率为零,则l1与l2的位置关系是
.
垂直
自主检验
1.思考辨析,判断正误
√
///////
(1)若直线l1∥l2(两直线的斜率存在,分别为k1,k2),则k1=k2.(
)
×
×
(2)如果两条直线l1与l2垂直,则它们的斜率之积一定为-1.(
)
提示 当一条直线斜率不存在,另一条直线的斜率为0时,两直线也垂直.
(3)若点A(-1,2),B(1,3),C(0,1),D(2,b),且AB∥CD,则b=3.(
)
2.已知A(-4,3),B(2,5),C(6,3),D(-3,0),则直线AB与直线CD( )
A.平行
B.垂直
C.重合
D.以上都不正确
A
3.过点(5,0)且与x+2y-2=0平行的直线方程是( )
A.2x+y+5=0
B.2x+y-5=0
C.x+2y-5=0
D.x+2y+5=0
C
解析 由题意可设所求直线方程为x+2y+c=0(c≠-2).因为(5,0)在该直线上,所以5+2×0+c=0,得c=-5,
故该直线方程为x+2y-5=0.
2
4.已知过点A(-2,m),B(m,4)的直线与直线2x+y-1=0互相垂直,则m=________.
课堂互动
题型剖析
2
题型一 两直线平行的判定
///////
【例1】 判断下列各题中直线l1与l2是否平行.
(1)l1的斜率为1,l2经过点P(1,1),Q(3,3);
(2)l1经过点A(-3,2),B(-3,10),l2经过点C(5,-2),D(5,5);
(3)l1经过点A(0,1),B(1,0),l2经过点C(-1,3),D(2,0);
(4)l1:x-3y+2=0,l2:4x-12y+1=0.
∴k1=k2且b1≠b2,
∴l1∥l2.
判断两条直线平行的方法
思维升华
因为k1=k2,且A,B,C,D四点不共线,所以l1∥l2.
因为k1=k2,所以l1∥l2或l1与l2重合.
(3)l1的方程可变形为y=x+2,l2的方程可变形为y=x+2,则直线l1与l2重合.
【例2】 判断下列各题中直线l1与l2是否垂直.
(1)直线l1:2x-4y+7=0,直线l2:2x+y-5=0;
题型二 两直线垂直的判定
///////
∴l1与l2垂直.
∴l1⊥l2.
(2)直线l1:y-2=0,直线l2:x-ay+1=0;
解
(2)当a=0时,直线l2的方程为x=-1,即l2的斜率不存在,又直线l1的斜率为0,故两直线垂直.
又直线l1的斜率为0,故两直线不垂直.
∵k1·k2≠-1,∴两条直线不垂直.
1.判断两直线是否垂直的依据是:当这两条直线都有斜率的前提下,只需看它们的斜率之积是否等于-1即可,但应注意有一条直线与x轴垂直,另一条直线与x轴平行时,两直线也垂直.
2.直接使用A1A2+B1B2=0判断两条直线是否垂直更有优势.
思维升华
【训练2】 判断下列各组中的直线l1与l2是否垂直.
(1)l1经过点A(-1,-2),B(1,2),l2经过点M(-2,-1),N(2,1);
(2)l1的斜率为-10,l2经过点A(10,2),B(20,3);
(3)l1经过点A(3,4),B(3,100),l2经过点M(-10,40),N(10,40).
(3)直线l1的倾斜角为90°,则l1⊥x轴,
故l1⊥l2.
【例3】 (1)已知直线l过点(1,2),且与直线2x+y+2=0平行,求直线l的方程;
(2)若直线3x+2y+4=0与直线(a+2)x+3y+1=0垂直,求a的值.
题型三 已知平行和垂直求直线方程或参数
///////
解 (1)由题意知直线l的斜率k=-2,又过点(1,2),则直线l的方程为y-2=-2(x-1),即2x+y-4=0.
(2)由题意知:3×(a+2)+2×3=0,解得a=-4.
已知两直线的位置关系(平行或垂直)求直线方程或参数,是一个重点题型,解题时要充分利用已知条件判断斜率是否存在,若存在,再结合其他条件求解,若不存在,再讨论求解.
思维升华
【训练3】 (1)求过点(2,3),且与直线2x+y+2=0垂直的直线的方程;
(2)已知△ABC中,A(0,3),B(2,-1),E,F分别为AC,BC的中点,求直线EF的斜率.
(2)∵E,F分别为AC,BC的中点,
∴EF∥AB,
故直线EF的斜率为-2.
【例4】 已知A(-4,3),B(2,5),C(6,3),D(-3,0)四点,若顺次连接A,B,C,D四点,试判定四边形ABCD的形状.
题型四 平行与垂直的综合应用
///////
解 A,B,C,D四点在坐标平面内的位置如图:
由斜率公式可得
∴AB⊥AD.
∴kAB=kCD,由图可知AB与CD不重合,
∴AB∥CD.
故四边形ABCD为直角梯形.
利用两条直线平行或垂直判定图形形状的步骤
思维升华
【训练4】 已知点A(0,3),B(-1,0),C(3,0),求点D的坐标,使四边形ABCD为直角梯形(A,B,C,D按逆时针方向排列).
解 设所求点D的坐标为(x,y),如图所示,由于kAB=3,kBC=0,
∴kAB·kBC=0≠-1,即AB与BC不垂直,故AB,BC都不可
作为直角梯形的直角腰.
(1)若CD是直角梯形的直角腰,则BC⊥CD,AD⊥CD,
∵kBC=0,∴CD的斜率不存在,从而有x=3.
此时AB与CD不平行,故所求点D的坐标为(3,3).
(2)若AD是直角梯形的直角腰,则AD⊥AB,AD⊥CD,
1.牢记两条直线平行或垂直的判定条件.
2.掌握3种解决问题的方法
(1)判断两条直线平行或垂直的步骤.
(2)已知平行或垂直求直线方程或参数.
(3)在两条直线平行或垂直关系的判断中体会分类讨论的思想.
3.注意1个易错点
利用斜率判断含字母参数的两条直线平行或垂直时,要对字母分类讨论.
课堂小结
分层训练
素养提升
3
///////
一、选择题
1.已知A(2,0),B(3,3),直线l∥AB,则直线l的斜率k等于( )
B
2.若直线x-2y+5=0与直线2x+my-6=0互相垂直,则实数m等于( )
B
解析 由两直线垂直,得1×2+(-2)m=0,解得m=1.
3.下列说法正确的有( )
A
①若两直线斜率相等,则两直线平行;
②若l1∥l2,则k1=k2;
③若两条直线中有一条直线的斜率不存在,另一条直线的斜率存在,则两直线相交;
④若两条直线的斜率都不存在,则两直线平行.
A.1个
B.2个
C.3个
D.4个
解析 当两直线斜率相等或都不存在时,两直线平行或者重合,故①④不成立;
l1∥l2时,斜率可能不存在,故②不成立;③正确.
4.若点P(a,b)与Q(b-1,a+1)关于直线l对称,则l的倾斜角为( )
A.135°
B.45°
C.30°
D.60°
B
∴l的斜率为1,倾斜角为45°.
5.(多选题)已知A(m,3),B(2m,m+4),C(m+1,2),D(1,0),且直线AB与直线CD平行,则m的值可以为( )
A.0
B.1
C.2
D.3
AB
解析 当AB与CD斜率均不存在时,m=0,此时AB∥CD;
当kAB=kCD时,m=1,此时AB∥CD.
二、填空题
6.若直线ax+2y+1=0与直线x+y-2=0互相平行,那么a的值等于________.
2
解得a=2.
7.在平面直角坐标系xOy中,四边形ABCD的边AB∥DC,AD∥BC.已知点
A(-2,0),B(6,8),C(8,6),则点D的坐标为________.
(0,-2)
三、解答题
9.已知A(1,-1),B(2,2),C(3,0)三点,求点D,使直线CD⊥AB,且CB∥AD.
解 设D(x,y),
因为CD⊥AB,且CB∥AD,
所以kCD·kAB=-1,且kCB=kAD,
所以x=0,y=1,即D(0,1).
`
10.已知△ABC的顶点A(1,3),B(-1,-1),C(2,1),求△ABC的边BC上的高AD的斜率和垂足D的坐标.
能力提升
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11.已知点A(2,3),B(1,-1),C(-1,-2),点D在x轴上,则当点D坐标为________时,AB⊥CD.
(-9,0)
解析 设点D(x,0),
所以直线CD的斜率存在.
则由AB⊥CD知,kAB·kCD=-1,
12.直线l1,l2的斜率k1,k2是关于k的方程2k2-3k-b=0的两根,若l1⊥l2,则b=________;若l1∥l2,则b=________.
2
∴b=2.
若l1∥l2,则k1=k2,Δ=9+8b=0,
解 法一 由题意,设直线l的方程为3x+4y+m=0(m≠1),
解得m=-4.
所以直线l的方程为3x+4y-4=0.
14.直线l的倾斜角为30°,点P(2,1)在直线l上,直线l绕点P(2,1)按逆时针方向旋转30°后到达直线l1的位置,此时直线l1与l2平行,且l2是线段AB的垂直平分线,其中A(1,m-1),B(m,2),试求m的值.
解 如图,直线l1的倾斜角为30°+30°=60°.
当m=1时,直线AB的斜率不存在,此时l2的斜率为0,不满足l1∥l2.
∵l1与l2平行,
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