2.3.1 两条直线的交点坐标
课标要求
1.能用解方程组的方法求两直线的交点坐标(数学运算). 2.会根据方程组的解的个数判定两条直线的位置关系(逻辑推理).
识点一|两条直线的交点坐标
问题1 已知两条直线l1:x+y-5=0,l2:x-y-3=0,画出两条直线的图象,分析交点坐标M与直线l1,l2的方程有什么关系?
【知识梳理】
已知两条直线的方程l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,设这两条直线的交点为P,则点P既在直线 上,也在直线 上.所以点P的坐标既满足直线l1的方程A1x+B1y+C1=0,也满足直线l2的方程A2x+B2y+C2=0,即点P的坐标就是方程组的解.
【例1】 (链接教材P70例1)两条直线l1:2x-y-1=0与l2:x+3y-11=0的交点坐标为( )
A.(3,2) B.(2,3)
C.(-2,-3) D.(-3,-2)
【规律方法】
1.求两直线的交点坐标可直接建立方程组,利用加减消元法或代入消元法求解即可.
2.当多条直线相交于同一点时,先选两直线求交点,再利用此点必在其他直线上解决问题.
训练1 (1)已知直线l1:ax+y+1=0与l2:2x-by-1=0相交于点M(1,1),则a+b= ;
(2)已知三条直线mx+2y+7=0,y=14-4x和2x-3y=14相交于一点,则m的值为 .
知识点二|两条直线位置关系的判断
问题2 如果两条直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,那么两条直线的位置关系与方程组的解有什么关系?
【知识梳理】
方程解的个数与两条直线的位置关系
直线位置关系 方程组的解 方程系数关系
l1与l2 相交
l1与l2 平行
l1与l2 重合 无数个解
【例2】 (链接教材P71例2)判断下列各对直线的位置关系.如果直线相交,求出交点的坐标:
(1)l1:2x-y=7和l2:3x-4y=18;
(2)l1:2x-3y+6=0和l2:4x-6y+1=0;
(3)l1:2x+3y-3=0和l2:y=1-x.
【规律方法】
判断两条直线位置关系的方法
(1)判断两条直线的位置关系,关键是看两条直线的方程组成的方程组的解的情况;
(2)利用方程系数的关系进行判断;
(3)利用直线的斜率进行判断:①当k1≠k2时,l1与l2相交.当两直线斜率都不存在时,两直线平行或重合.当一条直线斜率存在而另一条直线斜率不存在时,两直线相交;②当k1=k2时,不能判断两直线平行,还可能重合.
训练2 (1)(2025·镇江月考)下列直线中,与直线x+y-1=0相交的是( )
A.2x+2y=6 B.x+y=0
C.y=-x-3 D.y=x-1
(2)若关于x,y的方程组(m,n∈R)有无穷多组解,则mn= .
提能点|过定点的直线问题
角度1 定点的求解
【例3】 求证:不论m为何值,直线(m+3)x+(2m+1)y=9m-3恒过一个定点.
【规律方法】
解直线恒过定点问题的策略
(1)将方程化为点斜式y-y0=k(x-x0),其中k为参数,求得直线恒过定点(x0,y0);
(2)赋值法:因为参数可取任意实数,所以给参数任取两次值,得到关于x,y的二元一次方程组,解方程组可得x,y的值,即为直线过的定点;
(3)分离参数法:将方程变形,把x,y作为参数的系数,即有参数的放在一起,没参数的放在一起,因为此式子对任意参数的值都成立,所以需系数为零,解方程组可得x,y的值,即为直线过的定点.
角度2 过定点的直线系问题
【例4】 (2025·河源月考)求过两直线2x-3y-3=0和x+y+2=0的交点且与直线3x+y-1=0平行的直线方程.
变式 本例中若将“平行”改为“垂直”,其他条件不变,如何求解?
【规律方法】
过两条直线交点的直线方程的求法
(1)常规解法(方程组法):一般是先解方程组求出交点坐标,再结合其他条件写出直线方程;
(2)特殊解法(直线系法):先设出过两条直线交点的直线系方程,再结合其他条件用待定系数法求出参数,最后确定直线方程.
提醒:过两条已知直线A1x+B1y+C1=0,A2x+B2y+C2=0交点的直线系方程为A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2)=0(不包括直线A2x+B2y+C2=0).
训练3 (1)直线l经过点(1,2),且经过直线2x+3y+8=0与x-y-1=0的交点,则直线l的方程为( )
A.2x+y=0 B.2x-y=0
C.x+2y=0 D.x-2y=0
(2)若a+b+c=0,且a,b不同时为0,求证:直线ax+by+c=0必过一个定点.
1.直线l1:x-y=5与l2:3x-2y=12的交点在( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
2.直线2x+3y-k=0和直线x-ky+12=0的交点在x轴上,则k=( )
A.-24 B.24
C.6 D.±6
3.(2025·焦作月考)直线(a-1)x-y+2a+1=0恒过定点 .
4.分别判断下列直线是否相交,若相交,求出它们的交点坐标:
(1)l1:4x+2y+4=0,l2:y=-2x+3;
(2)l1:5x+4y-2=0,l2:2x+y+2=0.
课堂小结
1.理清单 (1)两条直线的交点坐标; (2)两条直线位置关系的判断; (3)过定点的直线问题. 2.应体会 (1)求两直线交点坐标时常用到方程思想; (2)对于含有参数的直线恒过定点问题,通常利用特殊到一般思想对参数赋值,转化为具体直线的交点求定点坐标,再回代直线方程证明即可. 3.避易错 对两直线位置关系的判断所满足的条件认识模糊.
提示:完成课后作业 第二章 2.3 2.3.1
3 / 32.3.1 两条直线的交点坐标
课标要求
1.能用解方程组的方法求两直线的交点坐标(数学运算).
2.会根据方程组的解的个数判定两条直线的位置关系(逻辑推理).
情境导入
在平面几何中,我们对直线作了定性研究.引入平面直角坐标系后,我们用二元一次方程表示直线,直线的方程就是相应直线上每一点的坐标所满足的一个关系式.这样,我们可以通过方程把握直线上的点,进而用代数方法对直线进行定量研究,例如求两条直线的交点坐标,平面内与点、直线相关的距离问题等.
知识点一|两条直线的交点坐标
问题1 已知两条直线l1:x+y-5=0,l2:x-y-3=0,画出两条直线的图象,分析交点坐标M与直线l1,l2的方程有什么关系?
提示:直线l1,l2的图象如图所示.点M既在直线l1上,也在直线l2上.满足直线l1的方程x+y-5=0,也满足直线l2的方程x-y-3=0.即交点坐标是方程组的解.
【知识梳理】
已知两条直线的方程l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,设这两条直线的交点为P,则点P既在直线 l1 上,也在直线 l2 上.所以点P的坐标既满足直线l1的方程A1x+B1y+C1=0,也满足直线l2的方程A2x+B2y+C2=0,即点P的坐标就是方程组的解.
【例1】(链接教材P70例1)两条直线l1:2x-y-1=0与l2:x+3y-11=0的交点坐标为( )
A.(3,2) B.(2,3)
C.(-2,-3) D.(-3,-2)
解析:B 联立解得∴两条直线的交点坐标为(2,3).
【规律方法】
1.求两直线的交点坐标可直接建立方程组,利用加减消元法或代入消元法求解即可.
2.当多条直线相交于同一点时,先选两直线求交点,再利用此点必在其他直线上解决问题.
训练1 (1)已知直线l1:ax+y+1=0与l2:2x-by-1=0相交于点M(1,1),则a+b=-1;
解析:∵直线l1:ax+y+1=0与l2:2x-by-1=0相交于点M(1,1),∴ ∴a+b=-2+1=-1.
(2)已知三条直线mx+2y+7=0,y=14-4x和2x-3y=14相交于一点,则m的值为-.
解析:解方程组得所以这两条直线的交点坐标为(4,-2).由题意知点(4,-2)在直线mx+2y+7=0上,将(4,-2)代入,得4m+2×(-2)+7=0,解得m=-.
知识点二|两条直线位置关系的判断
问题2 如果两条直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,那么两条直线的位置关系与方程组的解有什么关系?
提示:l1与l2相交 方程组有唯一解;
l1与l2平行 方程组无解;
l1与l2重合 方程组有无数个解.
【知识梳理】
方程解的个数与两条直线的位置关系
直线位置关系 方程组的解 方程系数关系
l1与l2 相交 有唯一解 A1B2≠A2B1
l1与l2 平行 无解 A1B2=A2B1,且A1C2≠A2C1
l1与l2 重合 无数个解 A1B2=A2B1,且A1C2=A2C1
【例2】(链接教材P71例2)判断下列各对直线的位置关系.如果直线相交,求出交点的坐标:
(1)l1:2x-y=7和l2:3x-4y=18;
解:解方程组得
所以直线l1和l2相交,交点坐标为(2,-3).
(2)l1:2x-3y+6=0和l2:4x-6y+1=0;
解:解方程组无解,所以直线l1和l2没有公共点,即l1∥l2.
(3)l1:2x+3y-3=0和l2:y=1-x.
解:l1:2x+3y-3=0即l1:y=-x+1,
与l2:y=1-x为同一个方程,即l1与l2表示同一条直线,所以l1与l2重合.
【规律方法】
判断两条直线位置关系的方法
(1)判断两条直线的位置关系,关键是看两条直线的方程组成的方程组的解的情况;
(2)利用方程系数的关系进行判断;
(3)利用直线的斜率进行判断:①当k1≠k2时,l1与l2相交.当两直线斜率都不存在时,两直线平行或重合.当一条直线斜率存在而另一条直线斜率不存在时,两直线相交;②当k1=k2时,不能判断两直线平行,还可能重合.
训练2 (1)(2025·镇江月考)下列直线中,与直线x+y-1=0相交的是( D )
A.2x+2y=6 B.x+y=0
C.y=-x-3 D.y=x-1
解析:直线x+y-1=0的斜率为-1,选项A,B,C中的直线斜率均为-1,只有D选项中的直线的斜率为1,所以两直线相交,故选D.
(2)若关于x,y的方程组(m,n∈R)有无穷多组解,则mn=4.
解析:若方程组有无穷多组解,即两条直线重合,即==,所以m=-2,n=-2,则mn=(-2)×(-2)=4.
提能点|过定点的直线问题
角度1 定点的求解
【例3】求证:不论m为何值,直线(m+3)x+(2m+1)y=9m-3恒过一个定点.
证明:法一 取m=0,得直线3x+y+3=0;
取m=1,得直线4x+3y-6=0,
解方程组得
故两条直线的交点为(-3,6).
下面验证直线(m+3)x+(2m+1)y=9m-3恒过点(-3,6).
将x=-3,y=6代入方程,左边=9m-3=右边,
故直线恒过点(-3,6).
法二 直线方程可变形为(3x+y+3)+m(x+2y-9)=0.
∵对任意m该方程恒成立,
∴解得
故直线恒过点(-3,6).
【规律方法】
解直线恒过定点问题的策略
(1)将方程化为点斜式y-y0=k(x-x0),其中k为参数,求得直线恒过定点(x0,y0);
(2)赋值法:因为参数可取任意实数,所以给参数任取两次值,得到关于x,y的二元一次方程组,解方程组可得x,y的值,即为直线过的定点;
(3)分离参数法:将方程变形,把x,y作为参数的系数,即有参数的放在一起,没参数的放在一起,因为此式子对任意参数的值都成立,所以需系数为零,解方程组可得x,y的值,即为直线过的定点.
角度2 过定点的直线系问题
【例4】 (2025·河源月考)求过两直线2x-3y-3=0和x+y+2=0的交点且与直线3x+y-1=0平行的直线方程.
解:法一 解方程组
得
所以两直线的交点坐标为.又所求直线与直线3x+y-1=0平行,所以所求直线的斜率为-3.
故所求直线方程为y+=-3(x+),即15x+5y+16=0.
法二 设所求直线方程为(2x-3y-3)+λ(x+y+2)=0,即(2+λ)x+(λ-3)y+(2λ-3)=0.(*)
由于所求直线与直线3x+y-1=0平行,所以有
得λ=,代入(*)式得x+y+(2×-3)=0,即15x+5y+16=0.
变式 本例中若将“平行”改为“垂直”,其他条件不变,如何求解?
解:设所求直线方程为(2x-3y-3)+λ(x+y+2)=0,即(2+λ)x+(λ-3)y+(2λ-3)=0,
由于所求直线与直线3x+y-1=0垂直,则3(2+λ)+(λ-3)×1=0,得λ=-,
所以所求直线方程为5x-15y-18=0.
【规律方法】
过两条直线交点的直线方程的求法
(1)常规解法(方程组法):一般是先解方程组求出交点坐标,再结合其他条件写出直线方程;
(2)特殊解法(直线系法):先设出过两条直线交点的直线系方程,再结合其他条件用待定系数法求出参数,最后确定直线方程.
提醒:过两条已知直线A1x+B1y+C1=0,A2x+B2y+C2=0交点的直线系方程为A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2)=0(不包括直线A2x+B2y+C2=0).
训练3 (1)直线l经过点(1,2),且经过直线2x+3y+8=0与x-y-1=0的交点,则直线l的方程为( )
A.2x+y=0 B.2x-y=0
C.x+2y=0 D.x-2y=0
解析:B 设所求直线方程为2x+3y+8+λ(x-y-1)=0,即(2+λ)x+(3-λ)y+8-λ=0.因为l过点(1,2),所以(2+λ)+2(3-λ)+8-λ=0,解得λ=8.则直线l的方程为2x-y=0.故选B.
(2)若a+b+c=0,且a,b不同时为0,求证:直线ax+by+c=0必过一个定点.
证明:因为a+b+c=0,且a,b不同时为0,
不妨设b≠0,则a=-(b+c).
代入直线方程ax+by+c=0,得-(b+c)x+by+c=0,
即(x-y)+(x-1)=0,
此方程可视为过直线x-y=0与x-1=0的交点的直线系方程(不包括直线x-1=0).
解方程组得
即两条直线的交点的坐标为(1,1).
故直线ax+by+c=0必过定点(1,1).
1.直线l1:x-y=5与l2:3x-2y=12的交点在( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
解析:D 解方程组得所以两条直线的交点为(2,-3),在第四象限.
2.直线2x+3y-k=0和直线x-ky+12=0的交点在x轴上,则k=( )
A.-24 B.24
C.6 D.±6
解析:A 因为直线2x+3y-k=0和直线x-ky+12=0的交点在x轴上,可设交点坐标为(a,0),所以解得故选A.
3.(2025·焦作月考)直线(a-1)x-y+2a+1=0恒过定点(-2,3).
解析:由题意得a(x+2)+(-x-y+1)=0,令解得∴该直线恒过定点(-2,3).
4.分别判断下列直线是否相交,若相交,求出它们的交点坐标:
(1)l1:4x+2y+4=0,l2:y=-2x+3;
(2)l1:5x+4y-2=0,l2:2x+y+2=0.
解:(1)方程组无解,
这表明直线l1和l2没有公共点,故l1∥l2.
(2)解方程组得
所以l1与l2相交,且交点坐标为(-,).
课堂小结
1.理清单 (1)两条直线的交点坐标; (2)两条直线位置关系的判断; (3)过定点的直线问题. 2.应体会 (1)求两直线交点坐标时常用到方程思想; (2)对于含有参数的直线恒过定点问题,通常利用特殊到一般思想对参数赋值,转化为具体直线的交点求定点坐标,再回代直线方程证明即可. 3.避易错 对两直线位置关系的判断所满足的条件认识模糊.
1.已知直线l1:3x+4y-5=0与l2:3x+5y-6=0相交,则它们的交点是( )
A. B.
C. D.
解析:B 由得故交点为.
2.下列直线中与直线2x-y-3=0相交的是( )
A.2ax-ay+6=0(a≠0) B.y=2x
C.2x-y+5=0 D.2x+y-3=0
解析:D 选项B、C中的直线与直线2x-y-3=0平行;当a≠0时,选项A中的直线的斜率为2,与直线2x-y-3=0也平行,只有与选项D中直线相交.
3.(2025·枣庄质检)已知方程kx-y-1=3k,当实数k变化时,方程表示的所有直线经过的定点坐标为( )
A.(0,0) B.(0,1)
C.(3,1) D.(3,-1)
解析:D 将直线方程化为y+1=k(x-3),可得直线过定点(3,-1).
4.直线x+a2y+6=0和(a-2)x+3ay+2a=0无公共点,则a的值为( )
A.-1或2 B.0或3
C.-1或0 D.-1或3
解析:C 两直线无公共点,即两直线平行.当a=0时,这两条直线分别为x+6=0和x=0,无公共点.当a≠0时,=≠,解得a=-1.综上,a=0或a=-1.
5.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( )
A.3x-19y=0 B.3x+19y=0
C.19x+3y=0 D.19x-3y=0
解析:B 设过两直线交点的直线系方程为x-3y+4+λ(2x+y+5)=0(λ为常数),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,故选B.
6.〔多选〕已知两条直线l1:2x+3y-m=0与l2:x-my+12=0的交点在y轴上,那么m的值为( )
A.-24 B.6
C.-6 D.0
解析:BC 因为两条直线2x+3y-m=0和x-my+12=0的交点在y轴上,设交点为(0,b),所以消去b,可得m=±6.故选B、C.
7.〔多选〕已知直线l1:3x+y-1=0与l2:x+2y-7=0,则下列说法正确的是( )
A.l1的倾斜角是锐角
B.l1与l2的交点坐标是(-1,4)
C.l1,l2与x轴围成的三角形的面积是
D.过l1与l2的交点与l1垂直的直线方程为x-3y+13=0
解析:BCD 直线l1的斜率k1=-3<0,所以l1的倾斜角是钝角,所以A错误;联立3x+y-1=0与x+2y-7=0解得交点坐标为(-1,4),所以B正确;结合图形(图略)得直线l1,l2与x轴围成的三角形的面积S=×(7-)×4=,所以C正确;因为所求直线与直线3x+y-1=0垂直,所以所求直线的斜率为,由点斜式得y-4=(x+1),即x-3y+13=0,所以D正确.故选B、C、D.
8.已知直线ax+2y-1=0与直线2x-5y+c=0垂直相交于点(1,m),则m=-2.
解析:由两直线垂直得2a-10=0,解得a=5.又点(1,m)在直线上,所以a+2m-1=0,所以m=-2.
9.已知直线l1:mx-y+m-1=0与射线l2:x-y-2=0(x≥0)恒有公共点,则m的取值范围是[-1,1).
解析:由得x=,因为直线l1:mx-y+m-1=0与射线l2:x-y-2=0(x≥0)恒有公共点,所以x=≥0,解得-1≤m<1.
10.已知两直线l1:x+2y-6=0和l2:x-2y+2=0的交点为P.求:
(1)过点P与Q(1,4)的直线方程;
(2)过点P且与直线x-3y-1=0平行的直线方程.
解:(1)设过直线l1和l2交点的直线方程为x+2y-6+m(x-2y+2)=0,即(m+1)x+(2-2m)y+2m-6=0. ①
把点Q(1,4)代入方程①,化简得3-5m=0,
解得m=,所以过点P与Q的直线方程为x+y-=0,即2x+y-6=0.
(2)结合(1)中所设的方程①,由两直线平行,得-3(m+1)=2-2m,且2m-6≠-(m+1),得m=-5,所以所求直线的方程为-4x+12y-16=0,即x-3y+4=0.
11.已知直线kx-y+2k+1=0与直线x+2y-4=0的交点在第四象限,则实数k的取值范围为( )
A.(-6,2) B.(-,0)
C.(-,-) D.(,+∞)
解析:C 联立解得由直线kx-y+2k+1=0与x+2y-4=0的交点在第四象限可得解得-<k<-,即实数k的取值范围为(-,-).故选C.
12.(2025·广州月考)已知直线y-1=k(x-1)恒过定点A,且点A在直线mx+ny-2=0(m>0,n>0)上,则mn的最大值为1.
解析:已知直线y-1=k(x-1),令得∴直线y-1=k(x-1)恒过定点A(1,1).将点A(1,1)的坐标代入mx+ny-2=0,得m+n=2.又m>0,n>0,∴mn≤()2=1(当且仅当m=n=1时,等号成立).∴mn的最大值为1.
13.(2025·周口月考)已知两直线l1:x-2y+4=0,l2:4x+3y+5=0.若直线l3:ax+2y-6=0与l1,l2不能构成三角形,则满足条件的实数a=-1或或-2.
解析:由题意可得,①当l3∥l1时,不能构成三角形,此时a×(-2)=1×2,且a×4≠1×(-6),解得a=-1;②当l3∥l2时,不能构成三角形,此时a×3=4×2,且a×5≠4×(-6),解得a=;③当l3过l1与l2的交点时,不能构成三角形,此时联立l1与l2的方程,得解得所以l1与l2过点(-2,1),将(-2,1)代入ax+2y-6=0得a×(-2)+2×1-6=0,解得a=-2.综上,当a=-1,,-2时,不能构成三角形.
14.已知直线l:(m-2)x-(m+1)y+3m=0(m∈R),直线l1:4x+y+3=0和l2:3x-5y-5=0.
(1)求证:直线l恒过定点;
(2)设(1)中的定点为P,l与l1,l2的交点分别为A,B,若P恰为AB的中点,求m.
解:(1)证明:(m-2)x-(m+1)y+3m=0可化为m(x-y+3)-(2x+y)=0,
由于m∈R,则解得
即直线l恒过定点(-1,2).
所以直线l恒过定点.
(2)由(1)知P(-1,2),不妨设A(x0,y0),
因为P恰为AB的中点,所以B(-2-x0,4-y0).
因为A,B分别在直线l1和直线l2上,
所以
解得所以A(-2,5).
将A(-2,5)代入直线l的方程,解得m=-.
所以m的值为-.
15.已知△ABC的顶点B(3,4),AB边上的高所在的直线方程为x+y-3=0,E为BC的中点,且AE所在的直线方程为x+3y-7=0.
(1)求顶点A的坐标;
(2)求过点E且在x轴,y轴上的截距相等的直线l的方程.
解:(1)由已知得kAB=1,∴直线AB的方程为y-4=x-3,即x-y+1=0.
由解得
∴点A的坐标为(1,2).
(2)设E(x0,y0),则C(2x0-3,2y0-4),
则
解得∴E(4,1).
∵直线l在x轴,y轴上的截距相等,
∴当直线l经过原点时,设直线l的方程为y=kx,把点E(4,1)代入,得1=4k,解得k=,此时直线l的方程为x-4y=0.
当直线l不经过原点时,设直线l的方程为+=1,把点E(4,1)代入,得+=1,解得a=5,此时直线l的方程为x+y-5=0.
∴直线l的方程为x-4y=0或x+y-5=0.
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