【学霸笔记:同步精讲】第2章 2.2 2.2.3 直线的一般式方程 2.2.4 直线的方向向量与法向量 讲义--2026版高中数学湘教版选必修1

资源下载
  1. 二一教育资源

【学霸笔记:同步精讲】第2章 2.2 2.2.3 直线的一般式方程 2.2.4 直线的方向向量与法向量 讲义--2026版高中数学湘教版选必修1

资源简介

2.2.3 直线的一般式方程
2.2.4 直线的方向向量与法向量
学习任务 核心素养
1.掌握直线的一般式方程.(重点) 2.理解关于x,y的二元一次方程Ax+By+C=0(A,B不同时为0)都表示直线.(重点、难点) 3.会进行直线方程的五种形式之间的转化.(难点、易混点) 通过学习直线方程五种形式之间的相互转化,提升逻辑推理、直观想象和数学运算的核心素养.
所有直线的方程都能表示成点斜式吗?都能表示成斜截式吗?都能表示成两点式吗?如果能,说明理由;如果不能,举出反例,并思考直线的方程都能写成什么样的形式.
知识点1 直线的一般式方程
(1)定义
关于x,y的二元一次方程都表示一条直线,我们把方程Ax+By+C=0(其中A,B不同时为0)称为直线的一般式方程,简称一般式.
(2)适用范围
平面直角坐标系中,任何一条直线都可用一般式表示.
(3)系数的几何意义
①当B≠0时,则-=k(斜率),-=b(y轴上的截距);
②当B=0,A≠0时,则-=a(x轴上的截距),此时不存在斜率.
在方程Ax+By+C=0(A,B不同时为零)中,A,B,C为何值时,方程表示的直线(1)平行于x轴?(2)与x轴重合?(3)平行于y轴?(4)与y轴重合?
[提示] 当A=0时,方程变为y=-,当C≠0时,表示的直线平行于x轴,当C=0时,表示的直线与x轴重合;当B=0时,方程变为x=-,当C≠0时,表示的直线平行于y轴,当C=0时,表示的直线与y轴重合.
1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)直线的一般式方程可以表示平面内任意一条直线. (  )
(2)直线的其他形式的方程都可化为一般式. (  )
(3)关于x,y的二元一次方程Ax+By+C=0(A,B不同时为0)一定表示直线. (  )
[答案] (1)√ (2)√ (3)√
知识点2 直线的方向向量和法向量
(1)直线的方向向量:与直线l平行的非零向量v都称为l的方向向量.用它来表示直线的方向.
(2)直线方向向量的性质:
①直线的方向向量相互平行,互为实数倍.
②斜率为k的直线的方向向量为(1,k)的非零实数倍.
(3)直线的法向量:与直线l垂直的非零向量n=(A,B)称为直线l的法向量.
2.若直线l的倾斜角为135°,则直线l的一个方向向量的坐标为________.
(1,-1)(答案不唯一) [直线l的斜率k=tan 135°=-1,则直线l的一个方向向量的坐标为(1,-1).]
类型1 直线的一般式方程化为其他形式的方程
【例1】 已知直线l的一般式方程为2x-3y+6=0,请把一般式方程写成为斜截式和截距式方程,并指出斜率和它在坐标轴上的截距.
[解] 由l的一般式方程2x-3y+6=0得斜截式方程为:y=x+2.
截距式方程为:=1.
由此可知,直线的斜率为,在x轴、y轴上的截距分别为-3,2.
 直线的一般式方程化为其他形式的方程的方法
(1)化为斜截式:通过移项、方程两边同时除以一个数等恒等变形,化为y=kx+b的形式.
(2)化为截距式:通过移项、方程两边同时除以一个数等恒等变形,化为=1的形式.
[跟进训练]
1.(1)若直线x+2y+1=0的斜率为k,在y轴上的截距为b,则(  )
A.k=-2,b=-     B.k=-,b=-1
C.k=-,b=- D.k=-2,b=-1
(2)直线2x-y+1=0的截距式方程为________.
(1)C (2)=1 [(1)直线的斜截式方程为y=-x-,则k=-,b=-,
故选C.
(2)由2x-y+1=0得2x-y=-1.
所以=1.]
类型2 直线的一般式方程的应用
【例2】 设直线l的方程为(m2-2m-3)x-(2m2+m-1)y+6-2m=0.
(1)已知直线l在x轴上的截距为-3,求m的值;
(2)已知直线l的斜率为1,求m的值.
[解] (1)由题意知m2-2m-3≠0,即m≠3且m≠-1,令y=0,则x=,
∴=-3,得m=-或m=3(舍去).
∴m=-.
(2)由题意知,2m2+m-1≠0,即m≠,且m≠-1.
由直线l的一般式方程化为斜截式方程
得y=x+,
则=1,
得m=-2或m=-1(舍去).
∴m=-2.
[母题探究]
对于本例中的直线l的方程,若直线l与y轴平行,求m的值.
[解] ∵直线l与y轴平行,
∴∴m=.
 含参直线方程的研究策略
(1)若方程Ax+By+C=0表示直线,则需满足A,B不同时为0.
(2)令x=0可得在y轴上的截距,且x的系数不为0.令y=0可得在x轴上的截距,且y的系数不为0.若确定直线斜率存在,则可将一般式化为斜截式.
(3)解分式方程要注意验根.
[跟进训练]
2.若方程(m2-3m+2)x+(m-2)y-2m+1=0表示直线,求m的取值范围.
[解] 由解得m=2,
因为方程(m2-3m+2)x+(m-2)y-2m+1=0表示直线,
所以(m2-3m+2)与(m-2)不同时为0,
所以m≠2.
即m的取值范围是(-∞,2)∪(2,+∞).
类型3 根据直线的方向向量或法向量求直线的一般式方程
【例3】 (1)已知过点(0,2)的直线l的方向向量为(1,6),点A(a,b)在直线l上,则满足条件的一组a,b的值依次为________.
(2)已知直线m的方向向量v=.
①求过点A且倾斜角是直线m倾斜角2倍的直线l1的斜截式方程;
②求过点B且以直线m的方向向量v=为法向量的直线l2的一般式方程.
(1)1,8(答案不唯一) [直线l的方向向量为(1,6),可设直线l的方程为6x-y+C=0.
因为点(0,2)在直线l上,所以C=2,即直线l为6x-y+2=0,
所以6a-b+2=0,即b=6a+2,可取a=1,则b=8.(答案不唯一)]
(2)[解] ①设直线m的倾斜角为α,则由题意可得tan α=2,
设直线l1的斜率为k,则k=tan 2α===-,
因为直线l1过点A,所以直线l1的斜截式方程为y=-x-3.
②法一:因为直线l2的法向量为v=,所以直线l2的斜率为-,
因为直线l2过点B,所以直线l2为y-3=-(x-2),即x+2y-8=0,
所以直线l2的一般式方程为x+2y-8=0.
法二:设点(x,y)为直线l2上不同于点B的任意一点,直线l2的方向向量(x-2,y-3)垂直于向
量v=,则有(1,2)·(x-2,y-3)=x-2+2y-6=0,所以直线l2的一般式方程为x+2y-8=0.
法三:因为直线l2的法向量为v=,故可设其一般式方程为x+2y+C=0,
将点B的坐标代入上述方程,得2+2×3+C=0,解得C=-8,
因此直线l2的一般式方程为x+2y-8=0.
 根据直线的方向向量或法向量求直线的一般式方程的方法
(1)根据直线的方向向量或法向量求出直线的斜率,首先求出直线的点斜式方程,然后化为一般式方程.
(2)已知直线的方向向量时,利用直线的方向向量都平行的性质求解;已知直线的法向量时,利用直线的法向量与方向向量垂直求解.
(3)由直线的方向向量或法向量直接设出其一般式方程,然后利用待定系数法求解.
[跟进训练]
3.经过点,且方向向量为的直线方程是(  )
A.2x-y-1=0      B.2x+y-3=0
C.x-2y+1=0 D.x+2y-3=0
A [∵直线的方向向量为,
∴直线的斜率k=2,
∴直线的方程为y-1=2,即2x-y-1=0.]
4.经过点且与直线x+3y+4=0垂直的直线的一般式方程为________.
3x-y+2=0 [由于直线x+3y+4=0的一个法向量为,故它的一个方向向量为,
则经过点且与直线x+3y+4=0垂直的直线的一个法向量为,
故3-1×=0,即3x-y+2=0.]
1.直线=1化成一般式方程为(  )
A.y=-x+4 B.y=-(x-3)
C.4x+3y-12=0 D.4x+3y=12
C [由=1得4x+3y-12=0,故选C.]
2.在直角坐标系中,直线x+y-3=0的倾斜角是(  )
A.30° B.60° C.150° D.120°
C [直线斜率k=-,所以倾斜角为150°,故选C.]
3.若直线l的一个方向向量是,则其斜率等于(  )
A. B.- C.2 D.-2
D [由于直线l的一个方向向量是,则直线l的斜率为=-2.]
4.如果直线l的一个法向量是,则其倾斜角等于(  )
A.30° B.60° C.120° D.150°
C [由于直线l的一个法向量为,
所以直线l的一个方向向量为,
因此其斜率k==-,因为倾斜角范围是,所以倾斜角等于120°.]
5.若直线(2m2-5m+2)x-(m2-4)y+5m=0的倾斜角是45°,则实数m的值是________.
3 [由已知得∴m=3.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
(1)试写出直线的一般式方程.
[提示] Ax+By+C=0(A,B不同时为0).
(2)如何根据直线的一般式方程求直线的斜率和直线在x轴、y轴上的截距?
[提示] 法一:将直线方程化为斜截式和截距式,
可求直线的斜率和在x轴、y轴上的截距.
法二:斜率k=-(B≠0),令x=0,可得直线在y轴上的截距,令y=0,可得直线在x轴上的截距.
(3)如何根据直线的方向向量或法向量求直线的一般式方程?
[提示] 利用直线的方向向量或法向量求出其斜率,先求出其点斜式方程,然后化为一般式;或由待定系数法设出直线的一般式方程求解.
课时分层作业(十五) 直线的一般式方程 直线的方向向量与法向量
一、选择题
1.直线方程2x-y+m=0的一个方向向量d可以是(  )
A.(2,-1)        B.(2,1)
C.(-1,2) D.(1,2)
D [依题意,为直线的一个法向量,∴方向向量为,故选D.]
2.若点A,B在直线l上,则直线l的一个方向向量为(  )
A. B.
C. D.
A [因为A,B,所以=.
因为=,所以是直线l的一个方向向量.]
3.过点且方向向量为的直线的方程为(  )
A.2x-y+3=0 B.2x+y-5=0
C.2x+y-3=0 D.2x+y+3=0
C [因为所求直线的方向向量为,所以该直线的斜率为k=-2,
又该直线过点,因此所求直线方程为y-=-2,即2x+y-3=0.]
4.已知直线Ax+By+C=0的斜率为5,且A-2B+3C=0,则该直线方程为(  )
A.15x-3y-7=0 B.15x+3y-7=0
C.3x-15y-7=0 D.3x+15y-7=0
A [法一:由题意得
所以所以直线方程为-5x+y+=0,即15x-3y-7=0.
法二:由A-2B+3C=0得A-B+C=0,
则直线Ax+By+C=0过点,
其方程为y+=5,即15x-3y-7=0.
故选A.]
5.直线Ax+By+C=0(A2+B2≠0)经过第二、三、四象限,则A,B,C需满足条件(  )
A.C=0,AB<0 B.AC<0,BC<0
C.A,B,C同号 D.A=0,BC<0
C [由题可知B≠0,由Ax+By+C=0,
得y=-x-.
∵直线Ax+By+C=0经过第二、三、四象限,

∴A,B,C同号.故选C.]
二、填空题
6.已知直线l与过点A(7,4),B(-5,6)的直线垂直,且过M,则直线l的一般式方程为________.
6x-y-1=0 [因为直线l与过点A(7,4),B(-5,6)的直线垂直,所以直线的法向量为n==,设直线l的一般式方程为-12x+2y+C=0,
因为过点M,所以0-2+C=0,解得C=2,
所以直线l的一般式方程为6x-y-1=0.]
7.已知直线l的斜率是直线2x-3y+12=0的斜率的,l在y轴上的截距是直线2x-3y+12=0在y轴上的截距的2倍,则直线l的一般式方程为_________________.
x-3y+24=0 [由2x-3y+12=0知,斜率为,在y轴上截距为4.根据题意,直线l的斜率为,在y轴上截距为8,所以直线l的方程为x-3y+24=0.]
8.若直线y=2x与直线(a2-a)x-y+a+1=0平行,则a=________.
2 [方程(a2-a)x-y+a+1=0可化为y=(a2-a)x+a+1,
由题意知
解得a=2.]
三、解答题
9.(源自北师大版教材)已知△ABC的三个顶点分别为A(1,2),B(-2,1),C(0,-1),求BC边上的高所在直线的方程.
[解] 由已知,可得=(-2,2).
因为=(-2,2)就是BC边上的高所在直线的法向量,又所求直线经过点A(1,2),
所以所求直线的方程为
-2(x-1)+2(y-2)=0,即x-y+1=0.
10.如图,某地长途汽车客运公司规定旅客可随身携带一定质量的行李,如果超过规定,则需要购买行李票,行李票费用y(元)与行李质量x(千克)的关系用直线AB的方程表示.
(1)求直线AB的方程;
(2)问旅客最多可免费携带多少千克的行李?
[解] (1)由题图可知A(60,6),B(80,10),
则直线AB的两点式方程为=,
即x-5y-30=0.
(2)依题意,令y=0,得x=30,即旅客最多可免费携带30千克的行李.
11.直线(a2+1)x+y+4=0的倾斜角的取值范围是(  )
A. B.
C. D.
D [直线的斜截式方程为y=-(a2+1)x-4,所以斜率k=-(a2+1),即tan α=-(a2+1),所以tan α-1,解得<α,即倾斜角的取值范围是.]
12.已知直线a1x+b1y+1=0和直线a2x+b2y+1=0都过点A(2,1),则过点P1(a1,b1)和点P2(a2,b2)的直线方程是(  )
A.2x+y+1=0 B.2x-y+1=0
C.2x+y-1=0 D.x+2y+1=0
A [因为点A(2,1)在直线a1x+b1y+1=0上,所以2a1+b1+1=0,由此可知点P1(a1,b1)在直线2x+y+1=0上.因为点A(2,1)在直线a2x+b2y+1=0上,所以2a2+b2+1=0,由此可知点 P2(a2,b2)在直线2x+y+1=0上,所以过点P1(a1,b1)和点P2(a2,b2)的直线方程是2x+y+1=0.]
13.已知直线l的倾斜角为α,sin α=,且这条直线l经过点P(3,5),则直线l的一般式方程为________.
3x-4y+11=0或3x+4y-29=0 [因为sin α=,所以cos α=±=±,所以直线l的斜率为k=tan α=±,又因为直线l经过点P(3,5),所以直线l的方程为y-5=(x-3)或y-5=-(x-3),所以直线l的一般式方程为3x-4y+11=0或3x+4y-29=0.]
14.设A,B是x轴上的两点,点P的横坐标为2且|PA|=|PB|.若直线PA的斜率为,那么直线PB的斜率为________;若直线PA的方程为x-y+1=0,则直线PB的方程为________.
- x+y-5=0 [由条件可知PA与PB两直线的倾斜角互补,
故kPB=-kPA=-;
因为直线PA的方程为x-y+1=0,
∴kPB=-1,由x=2时,y=3,
即直线PB过(2,3),
故直线PB的方程为y-3=-(x-2),
即x+y-5=0.]
15.已知在△ABC中,点A的坐标为(1,3),AB,AC边上的中线所在直线的方程分别为x-2y+1=0和y-1=0,求△ABC各边所在直线的方程.
[解] 设AB,AC边上的中线分别为CD,
BE,其中D,E分别为AB,AC的中点,
∵点B在中线y-1=0上,
∴设B点坐标为(x,1).
又∵A点坐标为(1,3),D为AB的中点,
∴由中点坐标公式得D点坐标为.
又∵点D在中线x-2y+1=0上,
∴-2×2+1=0,解得x=5,
∴B点坐标为(5,1).
同理可求出C点的坐标是(-3,-1).
故可求出△ABC三边AB,BC,AC所在直线的方程分别为x+2y-7=0,x-4y-1=0和x-y+2=0.
1 / 12.2.4 直线的方向向量与法向量
学习任务 核心素养
1.掌握直线的一般式方程.(重点) 2.理解关于x,y的二元一次方程Ax+By+C=0(A,B不同时为0)都表示直线.(重点、难点) 3.会进行直线方程的五种形式之间的转化.(难点、易混点) 通过学习直线方程五种形式之间的相互转化,提升逻辑推理、直观想象和数学运算的核心素养.
所有直线的方程都能表示成点斜式吗?都能表示成斜截式吗?都能表示成两点式吗?如果能,说明理由;如果不能,举出反例,并思考直线的方程都能写成什么样的形式.
知识点1 直线的一般式方程
(1)定义
关于x,y的二元一次方程都表示一条直线,我们把方程_____________(其中A,B不同时为0)称为直线的一般式方程,简称一般式.
(2)适用范围
平面直角坐标系中,任何一条直线都可用一般式表示.
(3)系数的几何意义
①当B≠0时,则-=k(斜率),-=b(y轴上的截距);
②当B=0,A≠0时,则-=a(x轴上的截距),此时不存在斜率.
在方程Ax+By+C=0(A,B不同时为零)中,A,B,C为何值时,方程表示的直线(1)平行于x轴?(2)与x轴重合?(3)平行于y轴?(4)与y轴重合?
                                   
                                   
                                   
                                   
1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)直线的一般式方程可以表示平面内任意一条直线. (  )
(2)直线的其他形式的方程都可化为一般式. (  )
(3)关于x,y的二元一次方程Ax+By+C=0(A,B不同时为0)一定表示直线. (  )
知识点2 直线的方向向量和法向量
(1)直线的方向向量:与直线l____的____向量v都称为l的方向向量.用它来表示直线的____.
(2)直线方向向量的性质:
①直线的方向向量相互____,互为______.
②斜率为k的直线的方向向量为_________的非零实数倍.
(3)直线的法向量:与直线l____的非零向量___________称为直线l的法向量.
2.若直线l的倾斜角为135°,则直线l的一个方向向量的坐标为________.
类型1 直线的一般式方程化为其他形式的方程
【例1】 已知直线l的一般式方程为2x-3y+6=0,请把一般式方程写成为斜截式和截距式方程,并指出斜率和它在坐标轴上的截距.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 直线的一般式方程化为其他形式的方程的方法
(1)化为斜截式:通过移项、方程两边同时除以一个数等恒等变形,化为y=kx+b的形式.
(2)化为截距式:通过移项、方程两边同时除以一个数等恒等变形,化为=1的形式.
[跟进训练]
1.(1)若直线x+2y+1=0的斜率为k,在y轴上的截距为b,则(  )
A.k=-2,b=-     B.k=-,b=-1
C.k=-,b=- D.k=-2,b=-1
(2)直线2x-y+1=0的截距式方程为________.
类型2 直线的一般式方程的应用
【例2】 设直线l的方程为(m2-2m-3)x-(2m2+m-1)y+6-2m=0.
(1)已知直线l在x轴上的截距为-3,求m的值;
(2)已知直线l的斜率为1,求m的值.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
[母题探究]
对于本例中的直线l的方程,若直线l与y轴平行,求m的值.
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 含参直线方程的研究策略
(1)若方程Ax+By+C=0表示直线,则需满足A,B不同时为0.
(2)令x=0可得在y轴上的截距,且x的系数不为0.令y=0可得在x轴上的截距,且y的系数不为0.若确定直线斜率存在,则可将一般式化为斜截式.
(3)解分式方程要注意验根.
[跟进训练]
2.若方程(m2-3m+2)x+(m-2)y-2m+1=0表示直线,求m的取值范围.
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
类型3 根据直线的方向向量或法向量求直线的一般式方程
【例3】 (1)已知过点(0,2)的直线l的方向向量为(1,6),点A(a,b)在直线l上,则满足条件的一组a,b的值依次为________.
(2)已知直线m的方向向量v=.
①求过点A且倾斜角是直线m倾斜角2倍的直线l1的斜截式方程;
②求过点B且以直线m的方向向量v=为法向量的直线l2的一般式方程.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 根据直线的方向向量或法向量求直线的一般式方程的方法
(1)根据直线的方向向量或法向量求出直线的斜率,首先求出直线的点斜式方程,然后化为一般式方程.
(2)已知直线的方向向量时,利用直线的方向向量都平行的性质求解;已知直线的法向量时,利用直线的法向量与方向向量垂直求解.
(3)由直线的方向向量或法向量直接设出其一般式方程,然后利用待定系数法求解.
[跟进训练]
3.经过点,且方向向量为的直线方程是(  )
A.2x-y-1=0      B.2x+y-3=0
C.x-2y+1=0 D.x+2y-3=0
4.经过点且与直线x+3y+4=0垂直的直线的一般式方程为________.
1.直线=1化成一般式方程为(  )
A.y=-x+4 B.y=-(x-3)
C.4x+3y-12=0 D.4x+3y=12
2.在直角坐标系中,直线x+y-3=0的倾斜角是(  )
A.30° B.60° C.150° D.120°
3.若直线l的一个方向向量是,则其斜率等于(  )
A. B.- C.2 D.-2
4.如果直线l的一个法向量是,则其倾斜角等于(  )
A.30° B.60° C.120° D.150°
5.若直线(2m2-5m+2)x-(m2-4)y+5m=0的倾斜角是45°,则实数m的值是________.
回顾本节知识,自我完成以下问题:
(1)试写出直线的一般式方程.
(2)如何根据直线的一般式方程求直线的斜率和直线在x轴、y轴上的截距?
(3)如何根据直线的方向向量或法向量求直线的一般式方程?
1 / 1

展开更多......

收起↑

资源列表