直线的一般式方程及综合
【学习目标】
1.掌握直线的一般式方程;
2.能将直线的点斜式、两点式等方程化为直线的一般式方程,并理解这些直线的不同形式的方程在表示直线时的异同之处;
3.能利用直线的一般式方程解决有关问题.
【要点梳理】
要点一:直线方程的一般式
关于x和y的一次方程都表示一条直线.我们把方程写为Ax+By+C=0,这个方程(其中A、B不全为零)叫做直线方程的一般式.
要点诠释:
1.A、B不全为零才能表示一条直线,若A、B全为零则不能表示一条直线.
当B≠0时,方程可变形为,它表示过点,斜率为的直线.
当B=0,A≠0时,方程可变形为Ax+C=0,即,它表示一条与x轴垂直的直线.
由上可知,关于x、y的二元一次方程,它都表示一条直线.
2.在平面直角坐标系中,一个关于x、y的二元一次方程对应着唯一的一条直线,反过来,一条直线可以对应着无数个关于x、y的一次方程(如斜率为2,在y轴上的截距为1的直线,其方程可以是2x―y+1=0,也可以是,还可以是4x―2y+2=0等.)
要点二:直线方程的不同形式间的关系
直线方程的五种形式的比较如下表:
名称
方程的形式
常数的几何意义
适用范围
点斜式
y―y1=k(x―x1)
(x1,y1)是直线上一定点,k是斜率
不垂直于x轴
斜截式
y=kx+b
k是斜率,b是直线在y轴上的截距
不垂直于x轴
两点式
(x1,y1),(x2,y2)是直线上两定点
不垂直于x轴和y轴
截距式
a是直线在x轴上的非零截距,b是直线在y轴上的非零截距
不垂直于x轴和y轴,且不过原点
一般式
Ax+By+C=0(A2+B2≠0)
A、B、C为系数
任何位置的直线
要点诠释:
在直线方程的各种形式中,点斜式与斜截式是两种常用的直线方程形式,要注意在这两种形式中都要求直线存在斜率,两点式是点斜式的特例,其限制条件更多(x1≠x2,y1≠y2),应用时若采用(y2―y1)(x―x1)―(x2―x1)(y―y1)=0的形式,即可消除局限性.截距式是两点式的特例,在使用截距式时,首先要判断是否满足“直线在两坐标轴上的截距存在且不为零”这一条件.直线方程的一般式包含了平面上的所有直线形式.一般式常化为斜截式与截距式.若一般式化为点斜式,两点式,由于取点不同,得到的方程也不同.
要点三:直线方程的综合应用
1.已知所求曲线是直线时,用待定系数法求.
2.根据题目所给条件,选择适当的直线方程的形式,求出直线方程.
对于两直线的平行与垂直,直线方程的形式不同,考虑的方向也不同.
(1)从斜截式考虑
已知直线,,
;
于是与直线平行的直线可以设为;垂直的直线可以设为.
(2)从一般式考虑:
且或,记忆式()
与重合,,,
于是与直线平行的直线可以设为;垂直的直线可以设为.
【典型例题】
类型一:直线的一般式方程
例1.根据下列条件分别写出直线方程,并化成一般式:
(1)斜率为,且经过点A(5,3);
(2)过点B(―3,0),且垂直于x轴;
(3)斜率为4,在y轴上的截距为―2;
(4)在y轴上的截距为3,且平行于x轴;
(5)经过C(―1,5),D(2,―1)两点;
(6)在x,y轴上的截距分别是―3,―1.
【答案】(1)(2)x+3=0(3)4x―y―2=0(4)y―3=0
(5)2x+y―3=0(6)x+3y+3=0
【解析】 (1)由点斜式方程得,整理得.
(2)x=―3,即x+3=0.
(3)y=4x―2,即4x―y―2=0.
(4)y=3,即y―3=0.
(5)由两点式方程得,整理得2x+y―3=0.
(6)由截距式方程得,整理得x+3y+3=0.
【总结升华】本题主要是让学生体会直线方程的各种形式,以及各种形式向一般式的转化,对于直线方程的一般式,一般作如下约定:x的系数为正,x,y的系数及常数项一般不出现分数,一般按含x项、y项、常数项顺序排列.求直线方程的题目,无特别要求时,结果写成直线方程的一般式.
举一反三:
【变式1】已知直线经过点A(―5,6)和点B(―4,8),求直线的一般式方程和截距式方程,并画图.
【答案】2x-y+16=0
【解析】 所求直线的一般式方程为2x-y+16=0,截距式方程为.图形如右图所示.
例2.的一个顶点为,、 的平分线在直线和上,求直线BC的方程.
【答案】
【解析】由角平分线的性质知,角平分线上的任意一点到角两边的距离相等
,所以可得A点关于的平分线的对称点在BC上,B点关于的平分线
的对称点也在BC上.写出直线的方程,即为直线BC的方程.
例3.已知直线,,求满足下列条件的的值.(1);(2).
【思路点拨】利用直线平行和垂直的条件去求解。
【答案】(1)a=3(2)
【解析】
(1)当时,
,
即,解得a=3.
所以,当a=3时,.
(2)当时,A1A2+B1B2=a×1+3×(a―2)=0,即4a―6=0,解得.
所以,当时,.
【总结升华】当所给直线方程是一般式,且直线斜率可能不存在时,利用A1A2+B1B2=0和A1B2-A2B1=0且A1C2-A2C1≠0来判定两条直线是否垂直和平行,比用斜率来判定更简便,它不需要讨论斜率不存在的情况.
举一反三:
【变式1】已知直线:3mx+8y+3m-10=0 和 :x+6my-4=0 .问 m为何值时:
(1)与平行(2)与垂直.
【答案】(1)(2)
【解析】当时,:8y-10=0;:x-4=0,
当时,:;:
由,得,由得
而无解
综上所述(1),与平行.(2),与垂直.
【变式2】求经过直线4x+3y―1=0和x+2y+1=0的交点并且与直线x―2y―1=0垂直的直线方程.
【思路点拨】联立已知的两直线方程得到方程组,求出两直线的交点坐标,所求的直线过交点坐标,然后由两直线垂直时斜率的乘积等于―1,根据直线x―2y―1=0的斜率即可得到所求直线的斜率,利用点斜式求直线的方程即可.
【答案】2x+y―1=0
【解析】联立直线方程,
①+②×(―4)得:y=―1,把y=―1代入②,解得x=1,
所以两直线的交点坐标为(1,―1),
又因为直线x―2y―1=0的斜率为,所以所求直线的斜率为―2,
则所求直线的方程为:y+1=―2(x―1),即2x+y―1=0.
故答案为:2x+y―1=0.
【总结升华】此题考查学生会求两直线的交点坐标,掌握两直线垂直时斜率满足的关系,会根据一点坐标和斜率写出直线的方程.
类型二:直线与坐标轴形成三角形问题
例4.(2018春 湖北孝感期末)设直线l的方程为(a+1)x+y+2-a=0(a∈R).
(1)若直线l不经过第二象限,求实数a的取值范围;
(2)若直线l与两坐标轴围成的三角形面积等于2,求实数a的值.
【思路点拨】(1)直线l不经过第二象限,得到,解得即可;
(2)当x=0时,y=a-2,y=0时,,根据三角形的面积公式得到,解得即可.
【答案】(1)a≤―1;(2)a=0或a=8
【解析】(1)直线l的方程(a+1)x+y+2―a=0化为y=―(a+1)x+a―2.
∵直线l不经过第二象限,
∴,解得a≤-1.
∴实数a的取值范围是a≤―1,
(2)当x=0时,y=a―2,y=0时,,
∴,
解得a=0或a=8.
举一反三:
【变式1】 求通过点(1,-2),且与两坐标轴围成的图形是等腰直角三角形的直线;
【答案】x+y+1=0或x-y-3=0
【解析】
由题设,设所求直线方程为,由已知条件得:
解之得:,
故所求直线方程为:x+y+1=0或x-y-3=0.
类型三:直线方程的实际应用
例5.已知光线通过点A(1,2),经过y轴反射,其反射光线通过点B(2,―1)
(1)求入射光线所在的直线方程;
(2)求反射光线所在的直线方程.
【思路点拨】(1)根据题意,求出点A关于y轴的对称点A'坐标,算出直线A'B的斜率并利用点斜式方程列式,得到直线A'B的方程为x+y―1=0,从而令x=0算出入射点C的坐标,求出直线AC方程,即得入射光线所在直线方程;
(2)由(1)的求解过程,直线A'B的方程x+y―1=0即为所求反射光线所在直线方程.
【答案】(1)x-y+1=0;(2)x+y-1=0
【解析】(1)∵光线的反射线是y轴,
∴反射线所在直线经过点A关于y轴的对称点A'(―1,2)
而直线A'B的斜率,
可得直线A'B的方程为y―2=―(x+1),化简得x+y-1=0
在直线A'B中令x=0,得y=1,可得直线A'B交y轴于点C(0,1)
∴直线AC的斜率,可得直线AC方程为y=x+1
即入射光线所在的直线方程为:y=x+1,即x-y+1=0;
(2)由(1)的求解过程,可得直线A'B的方程x+y-1=0
即为反射光线所在的直线方程
∴反射光线所在的直线方程为x+y-1=0.
【总结升华】本题给出光线反射的问题,求入射光线与反射光线所在直线的方程,着重考查了直线的方程和直线的位置关系等知识.
举一反三:
【变式1】由点发出的光线射到直线上,反射后过点,则反射光线所在直线的一般方程为 .
【解析】设点P关于直线的对称点,则满足条件
,解得
所以由直线方程的两点式可求得反射光线所在直线方程为,即.
【巩固练习】
1.直线Ax+By+C=0,当A>0,B<0,C>0时,必经过的象限是( )
A.第一、二、三象限 B.第二、三、四象限
C.第一、三、四象限 D.第一、二、四象限
2.在x轴和y轴上的截距分别是―2,3的直线方程是( )
A.2x―3y―6=0 B.3x―2y―6=0 C.3x―2y+6=0 D.2x―3y+6=0
3.直线和直线的位置关系是( )
A.相交不垂直 B.垂直 C.平行 D.重合
4.(2018春 河南焦作期末)已知过点A(―2,m),B(m,4)的直线与直线2x+y―1=0平行,则m的值为( )
A.0 B.2 C.―8 D.10
5.不论m为何实数,直线(m―1)x―y+2m+1=0恒过定点( )
A. B.(―2,0) C.(―2,3) D.(2,3)
6.一条光线从点射出,遇轴后反射,反射光线过点,则反射光线所在的直线方程是( ).
A. B.
C. D.
7.直线方程(3a+2)x+y+8=0,若直线不过第二象限,则a的取值范围是( )
A.(-∞,-) B. C. (,+∞) D.[,+∞)
8. 直线与两坐标轴围成的三角形面积不小于1,那么的取值范围是( )
A. B. C. D.
9. 已知2a―3b=4,2c―3d=4,则过点A(a,b),B(c,d)的直线的方程是________.
10. 不论A、B取何值,只要A、B不同时为零,则直线Ax+By=0必恒过定点________;若A、B不同时为零,且A+B+C=0,则直线Ax+By+C=0恒过定点________.
11.若三条直线交于一点,则实数满足的关系是
.
12.(2017秋 新沂市月考)若三条直线4x+y+4=0,mx+y+1=0,x―y+1=0不能围成三角形,则实数m取值范围是________.
13.(2018春 河北唐山期末)已知平行四边形两边所在直线的方程为x+y+2=0和3x-y+3=0,对角线的交点是(3,4),求其他两边所在直线的方程.
14.(2017春 徐州期末)在平面直线坐标系xOy中,直线l:2x+y-4=0.
(1)若直线m过点A(2,1),且与直线l垂直,求直线m的方程;
(2)若直线n与直线l平行,且在x轴、y轴上的截距之和为9,求直线n的方程.
【答案与解析】
1.【答案】A
【解析】令x=0,得;令y=0,得,
如右图,知直线Ax+By+C=0经过第一、二、三象限.
2.【答案】C
【解析】由直线方程的截距式知,所求直线方程为,即3x―2y+6=0,故选C.
3.【答案】B
【解析】 ,,∴k1k2=―1,即两直线垂直.故选B.
4.【答案】C
【解析】∵过点A(―2,m),B(m,4)的直线与直线2x+y―1=0平行,
∴,
解得m=-8.
故选C.
5.【分析】将直线的方程(m-1)x―y+2m+1=0是过某两直线交点的直线系,故其一定通过某个定点,将其整理成直线系的标准形式,求两定直线的交点,此点即为直线恒过的定点.
【答案】C
【解析】直线(m―1)x―y+2m+1=0可为变为m(x+2)+(―x―y+1)=0
令,解得
故无论m为何实数,直线(m―1)x―y+2m+1=0恒通过一个定点(-2,3)
故选C.
【点评】本题考点是过两条直线交点的直线系,考查由直线系方程求其过定点的问题,解题的方法是将直线系方程变为,然后解方程组,求出直线系过的定点,直线系过定点的这一直线用途广泛,经常出现在直线与圆锥曲线,直线与圆等的综合题型中.
6. 【答案】D
【解析】反射光线过点,同时,还经过点关于轴的对称点,所以,反射光线的斜率为,直线方程为.
7.【答案】B
【解析】纵截距-8<0,斜率为-(3a+2)≥0a≤.
8.【答案】D
【解析】直线与两坐标轴交点为,所以,,由题意得为所求.
9.【答案】2x―3y―4=0
【解析】由题意可知A、B两点在直线2x―3y=4上,又两点确定一条直线,∴的方程为2x-3y-4=0.
10. 【答案】(0,0) (1,1)
11.【答案】
【解析】先求出前两直线的交点,然后把交点坐标代入的方程,即可求出.
12.【分析】三条直线:4x+y+4=0,:mx+y+1=0,:x―y+1=0不能围成三角形,可得∥或∥或经过直线与的交点,解出即可.
【答案】(4,1,-1)
【解析】由题意,联立,
解得,
∴直线与的交点为(-1,0);
∵三条直线:4x+y+4=0,:mx+y+1=0,:x―y+1=0不能围成三角形,
∴∥或∥或经过直线与的交点,
即―m=―4,或―m=1,或―m+0+1=0,
解得m=4,或m=±1.
故答案为:(4,1,-1).
【点评】本题考查了相互平行的直线斜率之间的关系、三角形的性质.
13.【答案】x+y―16=0;3x―y―13=0.
【解析】联立,得两直线交点为,
设关于(3,4)的对称点为Q(x,y),
由中点坐标公式得:,解得,
∴与x+y+2=0平行的一边所在直线方程为:,即x+y―16=0;
与3x―y+3=0平行的一边所在直线方程为:,即3x―y―13=0.
14.【分析】(1)根据两条直线垂直,斜率之积为―1,求出直线m的斜率,写出它的直线方程;
(2)根据两条直线平行,它们的斜率相等,求出直线n的斜率,写出直线方程,求出在坐标轴上的截距,即可得出直线方程.
【解析】(1)由题意知,直线l的斜率为―2,
所以直线m的斜率为,
所以直线m的方程为,
即x―2y=0;
(2)由题意知,直线n的斜率为―2,
设直线n的方程为y=―2x+b,
令x=0,得y=b;
令y=0,得;
所以,解得b=6;
所以直线n的方程为y=―2x+6,
即2x+y―6=0.
【点评】本题考查了两条直线的平行与垂直的应用问题,也考查了求直线在坐标轴上的截距问题.