在平面直角坐标系中,对于任何一条直线,都有一条表示这条直线的形如Ax+Bx+C=0(其中A、B不同时为0)的二元一次方程。
启发:任何一条直线都有这种形式的方程。你是否觉得还有什么与之相关的问题呢?
问题2:任何形如Ax+Bx+C=0(其中A、B不同时为0)的二元一次方程都表示一条直线吗?
不难看出上边的结论只是直线与方程相互关系的一个方面,这个问题是它的另一方面。这是显然的吗?不是,因此也需要像刚才一样认真地研究,得到明确的结论。那么如何研究呢?
师生共同讨论,评价不同思路,达成共识:
回顾上边解决问题的思路,发现原路返回就是非常好的思路,即方程Ax+Bx+C=0(其中A、B不同时为0)系数B是否为0恰好对应斜率k是否存在,即
(1)当B≠0时,方程可化为y=-ABx-CB
这是表示斜率为-AB、在y轴上的截距为-CB的直线。
(2)当B=0时,由于A、B不同时为0,必有A≠0,方程可化为
x=-CA
这表示一条与x轴垂直的直线。
因此,得到结论:
在平面直角坐标系中,任何形如Ax+By+C=0(其中A、B不同时为0)的二元一次方程都表示一条直线。
为方便,我们把Ax+By+C=0(其中A、B不同时为0)称作直线方程的一般式是合理的。
动画演示
演示“直线各参数”文件,体会任何二元一次方程都表示一条直线。
至此,我们的第二个问题也圆满解决,而且我们还发现上述两个问题其实是一个大问题的两个方面,这个大问题揭示了直线与二元一次方程的对应关系,同时,直线方程的一般形式是对直线特殊形式的抽象和概括,而且抽象的层次越高越简洁,我们还体会到了特殊与一般的转化关系。
(三)练习巩固、总结提高、板书和作业等环节的设计在此从略
【习题精选】
1.(选择题)直线l的方程为y=xtgα+3,则()
(A)α一定是倾斜角(B)α一定不是倾斜角
(C)π-α一定是倾斜角(D)α不一定是倾斜角
2.如果直线y=ax+2与直线y=3x+b关于直线对称,则()。
(A)a=13,b=6(B)a=13,b=-6
(C)a=3,b=-2(D)a=3,b=6
3.直线ax+by-1=0的倾斜角是直线x-3y+4=0的倾斜角的2倍,且它在y轴上的截距是1,则a=,b=。
4.若3x1-4y1=2,3x2-4y2=2,则经过A(x1,y1)和B(x2,y2)的直线l的方程为。
5.直线l过点P(8,6),且与两坐标轴围成等腰直角三角形,求直线l的方程。
6.已知y1=f(x)代表过点(0,-2)的一条直线,y2=g(x)代表过点(0,0)的一条直线,又f[(x)]=g[(x)]=3x-2。求这两条直线的一般方程。
7.求过点P(1,2)且在两坐标轴上截距和为0的直线的方程。
8.直线l的斜率为14,且与两坐标轴围成的三角形面积是8,求直线l的方程。
9.设x+2y=1,求x2+y2的最小值;若x≥0y≥0,求x2+y2的最大值。
答案:
1.D;2.A;3.a=-34,b=1;4.3x-4y-2=0;5.x-y-2=0或x+y-14=0;6.3x-y-2=0,x-y=0;7.y=2x或x-y+1=0;8.x-4y+8=0或x-4y-8=0;9.15,1。
【典型例题】
例1直线l过点P(-1,3),倾斜角的正弦是45,求直线l的方程。
分析:根据倾斜角的正弦求出倾斜角的正切,注意有两解。
解:因为倾斜角α的范围是:0≤α<π
又由题意:sinα=45,
所以:tgα=±43,
直线过点P(-1,3),由直线的点斜式方程得到:y-3=±43(x+1)
即:4x-3y+13=0或4x+3y-5=0。
说明:此题是直接考查直线的点斜式方程,在计算中,要注意当不能判断倾斜角α的正切时,要保留斜率的两个值,从而满足条件的解有两个。
例2求经过两点A(2,m)和B(n,3)的直线方程。
分析:本题有两种解法,一是利用直线的两点式;二是利用直线的点斜式。在解答中如果选用点斜式,只涉及到n与2的分类;如果选用两点式,还要涉及m与3的分类。
解:法一:利用直线的两点式方程
∵直线过两点A(2,m)和B(n,3)
(1)当m=3时,点A的坐标是A(2,3),与点B(n,3)的纵坐标相等,则直线AB的方程是y=3;
(2)当n=2时,点B的坐标是B(2,3),与点A(2,m)的横坐标相等,则直线AB的方程是x=2;
(3)当m≠3,n≠2时,由直线的两点式方程y-y1y2-y1=x-x1x2-x1得:
y-m3-m=x-2n-2
法二:利用直线的点斜式方程
(1)当n=2时,点A,B的横坐标相同,直线AB垂直与x轴,则直线AB的x=2;
(2)当n≠2时,过点A,B的直线的斜率是k=3-mn-2,
又∵过点A(2,m)
∴由直线的点斜式方程y-y1=k(x-x1)得过点A,B的直线的方程是:
y-m=3-mn-2(x-2)
说明:本题的目的在于使学生理解点斜式和两点式的限制条件,并体会分类讨论的思想方法。
例3把直线方程Ax+By+c=0(ABC≠0)化成斜截式,化成截距式。
分析:因为ABC≠0,即A≠0,B≠0,C≠0,按斜截式、截距式的形式要求变形即可。
解:斜截式为y=-ABx-CB,截距式为x-CA+Y-CB=1
说明:此题考查的是直线方程的两种特殊形式:斜截式和截距式。
例4过点P(3,0)作直线l,使它被两相交直线2x-y-2=0和x+y+3=0所截得的线段AB恰好被P点平分,求直线l的方程。
解:设A点坐标(x1,y1)
线段AB的中点为P(3,0)
∴由中点公式,可设B点坐标为(6-x1,-y1)
∵A,B两点分别在直线2x-y-2=0和x+y+3=0上
∴2x1-y1-2=0(6-x1)+(-y1)+3=0
解得x1=113,y1=163
由两点式可得直线l的方程为:8x-y-24=0
例5一根铁棒在20°时,长10.4025米,在40°时,长10.4050米,已知长度l和温度t的关系可以用直线方程来表示,试求出这个方程,并且根据这个方程,求这跟铁棒在25°时的长度。
解:这条直线经过两点(20,10.4025)和(20,10.4050),根据直线的两点式方程,得:l-10.402510.4050-10.4025=t-2040-20
即l=0.0025×t20+10.4000
当t=25°时l=0.0025×2520+10.4000=0.0031+10.4000=10.4031
即当t=25°时,铁棒长为10.4031米。
说明:直线方程在实际中应用非常广泛。
例6已知3a+2b=5,其中a、b是实常数,求证:直线ax+by-10=0必过一定点。
分析:观察条件与直线方程的相似之处,可把条件变形为6a+4b-10=0,可知x=6,y=4即为方程ax+by-10=0的一组解,所以直线ax+by-10=0过定点(6,4)。此问题属于直线系过定点问题,此类问题的彻底解决宜待学完两直线位置之后较好,当然现在也可以研究,并且也有一般方法。
例7直线l过点M(2,1),且分别交x轴、y轴的正半轴于点A、B。点O是坐标原点,(1)求当△ABO面积最小时直线l的方程;(2)当|MA||MB|最小时,求直线l的方程。
解:(1)设|OA|=a,|OB|=b,△ABO的面积为s,则
s=12ab
并且直线l的截距式方程是
xa+yb=1
由直线通过点(2,1),得
2a+1b=1
所以:a2=11-1b=bb-1
因为A点和B点在x轴、y轴的正半轴上,所以上式右端的分母b-1>0。由此得:
s=a2×b=b1-b×b
=b2-1+1b-1=b+1+1b-1
=b-1+1b-1+2
≥2+2=4
当且仅当b-1=1b-1,即b=2时,面积s取最小值4,
这时a=4,直线的方程是:x4+y2=1
即:x+2y-4=0
(2)设∠BAO=θ,则|MA|=1sinθ,|MB|=2cosθ,如图2,
所以|MA||MB|=1sinθ2cosθ=4sin2θ
当θ=45°时|MA||MB|有最小值4,此时k=1,直线l的方程为x+y-3=0。
说明:此题与不等式、三角联系紧密,解法很多,有利于培养学生发散思维,综合能力和灵活处理问题能力。动画素材中有关于此题的几何画板演示。