高一平面解析几何初步复习讲义解析.doc

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第四章平面解析几何初步

考纲导读

1．掌握两条直线平行和垂直的条件，掌握两条直线所成的角和点到直线的距离公式，能够根据直线的方程判断两条直线的位置关系．

2．会用二元一次不等式表示平面区域．

3．了解简单的线性规划问题，了解线性规划的意义，并会简单的应用．

4．了解解析几何的基本思想，了解用坐标法研究几何问题的方法．

5．掌握圆的标准方程和一般方程，了解参数方程的概念，理解圆的参数方程的概念．

简单的线性规划

直线的倾斜角和斜率

直线方程的四种形式

两条直线的位置关系

直线

圆的方程

圆的一般方程

圆的参数方程

直线和圆

圆的标准方程

曲线和方程

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在近几年的高考试题中，两点间的距离公式、中点坐标公式、直线方程的点斜式、斜截式、一般式、斜率公式及两条直线的位置关系，圆的方程及直线与圆、圆与圆的位置关系是考查的热点.但由于知识的相互渗透，综合考查直线与圆锥曲线的关系一直是高考命题的大热门，应当引起特别注意，本章的线性规划内容是新教材中增加的新内容，近年来，在高考中经常考查，但基本上以中易题出现．考查的数学思想方法，主要是数形结合、分类讨论、方程的思想和待定系数法等．

第1课时直线的方程

基础过关

1．倾斜角:

对于一条与x轴相交的直线,把x轴绕着交点按逆时针方向旋转到和直线重合时所转的最小正角α叫做直线的倾斜角．当直线和x轴平行或重合时，规定直线的倾斜角为0°．倾斜角的范围为________．

斜率:

当直线的倾斜角α≠90°时，该直线的斜率即k＝tanα；当直线的倾斜角等于90°时，直线的斜率不存在．

2．过两点P1（x1，y1），P2（x2，y2）（x1≠x2）的直线的斜率公式．若x1＝x2，则直线的斜率不存在，此时直线的倾斜角为90°．

3．直线方程的五种形式

名称

方程

适用范围

斜截式

点斜式

两点式

截距式

一般式

典型例题

例1.已知直线（2m2＋m－3）x＋（m2－m）y＝4m－1．①当m＝时，直线的倾斜角为45°．②当m＝时，直线在x轴上的截距为1．③当m＝时，直线在y轴上的截距为－．④当m＝时，直线与x轴平行．⑤当m＝时，直线过原点．

解：

（1）－1⑵2或－⑶或－2⑷－⑸

变式训练1.

（1）直线3y＋x＋2=0的倾斜角是（）

A．30°B．60°C．120°D．150°

（2）设直线的斜率k=2，P1（3，5），P2（x2，7），P（－1，y3）是直线上的三点，则x2，y3依次是（）

A．－3，4B．2，－3C．4，－3D．4，3

（3）直线l1与l2关于x轴对称，l1的斜率是－，则l2的斜率是（）

A．B．－C．D．－

（4）直线l经过两点（1，－2），（－3，4），则该直线的方程是．

解：

（1）D．提示：

直线的斜率即倾斜角的正切值是－．

（2）C．提示：

用斜率计算公式．

（3）A．提示：

两直线的斜率互为相反数．

（4）2y＋3x＋1=0．提示：

用直线方程的两点式或点斜式

例2.已知三点A（1，-1），B（3，3），C（4，5）.

求证：

A、B、C三点在同一条直线上.

证明方法一∵A（1，-1），B（3，3），C（4，5），

∴kAB==2,kBC==2，∴kAB=kBC，

∴A、B、C三点共线.

方法二∵A（1，-1），B（3，3），C（4，5），

∴|AB|=2，|BC|=，|AC|=3，

∴|AB|+|BC|=|AC|，即A、B、C三点共线.

方法三∵A（1，-1），B（3，3），C（4，5），

∴=（2，4），=（1，2），∴=2.

又∵与有公共点B，∴A、B、C三点共线.

变式训练2.设a，b，c是互不相等的三个实数，如果A（a，a3）、B（b，b3）、C（c，c3）在同一直线上，求证：

a+b+c=0.

证明∵A、B、C三点共线，∴kAB=kAC，

∴，化简得a2+ab+b2=a2+ac+c2，

∴b2-c2+ab-ac=0，（b-c）（a+b+c）=0，

∵a、b、c互不相等，∴b-c≠0，∴a+b+c=0.

例3.已知实数x,y满足y=x2-2x+2（-1≤x≤1）.

试求：

的最大值与最小值.

解：

由的几何意义可知，它表示经过定点P（-2，-3）与曲线段AB上任一点（x,y）的直线的斜率k,如图可知：

kPA≤k≤kPB,

由已知可得：

A（1，1），B（-1，5），

∴≤k≤8，

故的最大值为8，最小值为.

变式训练3.若实数x,y满足等式（x-2）2+y2=3，那么的最大值为 （）

A. B. C. D.

答案D

例4.已知定点P（6,4）与直线l1:

y＝4x，过点P的直线l与l1交于第一象限的Q点，与x轴正半轴交于点M．求使△OQM面积最小的直线l的方程．

解：

Q点在l1:

y＝4x上，可设Q（x0，4x0），则PQ的方程为：

令y＝0，得：

x＝（x0>1），∴M（，0）

∴S△OQM＝··4x0＝10·

＝10·[（x0－1）＋＋2]≥40

当且仅当x0－1＝即x0＝2取等号，∴Q（2，8）

PQ的方程为：

，∴x＋y－10＝0

变式训练4.直线l过点M（2，1），且分别交x轴y轴的正半轴于点A、B，O为坐标原点．

（1）当△AOB的面积最小时，求直线l的方程；

（2）当取最小值时，求直线l的方程．

解：

设l：

y－1＝k（x－2）（k＜0）

则A（2－，0），B（0，1－2k）

①由S＝（1－2k）（2－）＝（4－4k－）

≥＝4

当且仅当－4k＝－，即k＝－时等号成立

∴△AOB的面积最小值为4

此时l的方程是x＋2y－4＝0

②∵|MA|·|MB|＝

＝＝2≥4

当且仅当－k＝－即k＝－1时等号成立

此时l的方程为x＋y－3＝0

（本题也可以先设截距式方程求解）

小结归纳

1．直线方程是表述直线上任意一点M的坐标x与y之间的关系式，由斜率公式可导出直线方程的五种形式．这五种形式各有特点又相互联系，解题时具体选取哪一种形式，要根据直线的特点而定．

2．待定系数法是解析几何中常用的思想方法之一，用此方法求直线方程，要注意所设方程的适用范围．如：

点斜式、斜截式中首先要存在斜率，截距式中横纵截距存在且不为0，两点式的横纵坐标不能相同等（变形后除处）．

3．在解析几何中,设点而不求,往往是简化计算量的一个重要方法.

4．在运用待定数法设出直线的斜率时，就是一种默认斜率存在，若有不存在的情况时，就会出现解题漏洞，此时就要补救：

较好的方法是看图，数形结合来找差距.

第2课时直线与直线的位置关系

基础过关

（一）平面内两条直线的位置关系有三种________．

1．当直线不平行坐标轴时，直线与直线的位置关系可根据下表判定

直线

条件

关系

l1：

y＝k1x＋b1

l2：

y＝k2x＋b2

l1：

A1x＋B1y＋C1＝0

l2：

A2x＋B2y＋C2＝0

平行

重合

相交

（垂直）

2．当直线平行于坐标轴时，可结合图形判定其位置关系．

（二）点到直线的距离、直线与直线的距离

1．P（x0，y0）到直线Ax＋By＋C＝0的距离为______________．

2．直线l1∥l2，且其方程分别为：

l1：

Ax＋By＋C1＝0l2：

Ax＋By＋C2＝0，则l1与l2的距离为．

（三）两条直线的交角公式

若直线l1的斜率为k1，l2的斜率为k2，则

1．直线l1到l2的角θ满足．

2．直线l1与l2所成的角（简称夹角）θ满足．

（四）两条直线的交点：

两条直线的交点的个数取决于这两条直线的方程组成的方程组的解的个数．

（五）五种常用的直线系方程.

①过两直线l1和l2交点的直线系方程为A1x＋B1y＋C1＋（A2x＋B2y＋C2）＝0（不含l2）.

②与直线y＝kx＋b平行的直线系方程为y＝kx＋m（m≠b）.

③过定点（x0,y0）的直线系方程为y－y0＝k（x－x0）及x＝x0.

④与Ax＋By＋C＝0平行的直线系方程设为Ax＋By＋m＝0（m≠C）.

⑤与Ax＋By＋C＝0垂直的直线系方程设为Bx－Ay＋C1＝0（AB≠0）.

典型例题

例1.已知直线l1:

ax+2y+6=0和直线l2:

x+（a-1）y+a2-1=0,

（1）试判断l1与l2是否平行；

（2）l1⊥l2时，求a的值.

解

（1）方法一当a=1时，l1:

x+2y+6=0,

l2:

x=0,l1不平行于l2;

当a=0时，l1:

y=-3,

l2:

x-y-1=0,l1不平行于l2;

当a≠1且a≠0时，两直线可化为

l1:

y=--3,l2:

y=-（a+1）,

l1∥l2，解得a=-1,

综上可知，a=-1时，l1∥l2，否则l1与l2不平行.

方法二由A1B2-A2B1=0，得a（a-1）-1×2=0，

由A1C2-A2C1≠0，得a（a2-1）-1×6≠0,

∴l1∥l2

a=-1,

故当a=-1时，l1∥l2，否则l1与l2不平行.

（2）方法一当a=1时，l1:

x+2y+6=0,l2:

x=0,

l1与l2不垂直，故a=1不成立. 当a≠1时，l1:

y=-x-3,

l2:

y=-（a+1）, 由·=-1a=.

方法二由A1A2+B1B2=0，得a+2（a-1）=0a=.

变式训练1.若直线l1：

ax+4y-20=0，l2：

x+ay-b=0，当a、b满足什么条件时，直线l1与l2分别相交？

平行？

垂直？

重合？

解：

当a=0时，直线l1斜率为0，l2斜率不存在，两直线显然垂直。

当a≠0时，分别将两直线均化为斜截式方程为：

l1：

y=－x+5，l2：

y=－x+。

（1）当－≠－，即a≠±2时，两直线相交。

（2）当－=－且5≠时，即a=2且b≠10或a=－2且b≠－10时，两直线平行。

（3）由于方程（－）（－）=－1无解，故仅当a=0时，两直线垂直。

（4）当－=－且5=时，即a=2且b=10或a=－2且b=－10时，两直线重合

例2.已知直线l经过两条直线l1：

x＋2y＝0与l2：

3x－4y－10＝0的交点，且与直线l3：

5x－2y＋3＝0的夹角为，求直线l的方程．

解：

由解得l1和l2的交点坐标为（2，－1），因为直线l3的斜率为k3＝，l与l3的夹角为，所以直线l的斜率存在.设所求直线l的方程为y＋1＝k（x－2）．

则tan＝＝＝1

k＝或k＝－，故所求直线l的方程为y＋1＝－（x－2）或y＋1＝（x－2）即7x＋3y＋11＝0或3x－7y－13＝0

变式训练2.某人在一山坡P处观看对面山顶上的一座铁塔，如图所示，塔高BC=80（米），塔所在的山高OB=220（米），OA=200（米），图中所示的山坡可视为直线l，且点P在直线l上，l与水平地面的夹角为,tan=.试问，此人距水平地面多高时，观看塔的视角∠BPC最大（不计此人的身高）？



解如图所示，建立平面直角坐标系，

则A（200，0），B（0，220），C（0，300）.

直线l的方程为y=（x-200）tan,则y=.

设点P的坐标为（x,y），则P（x,）（x＞200）.

由经过两点的直线的斜率公式

kPC=,

kPB=.

由直线PC到直线PB的角的公式得

tan∠BPC=

=（x＞200）.

要使tan∠BPC达到最大，只需x+-288达到最小，由均值不等式

x+-288≥2-288,

当且仅当x=时上式取得等号.

故当x=320时，tan∠BPC最大.

这时，点P的纵坐标y为y==60.

由此实际问题知0＜∠BPC＜,所以tan∠BPC最大时，∠BPC最大.故当此人距水平地面60米高时，观看铁塔的视角∠BPC最大.

例3.直线y＝2x是△ABC中∠C的平分线所在的直线，若A、B坐标分别为A（－4，2）、B（3，1），求点C的坐标并判断△ABC的形状．

解：

因为直线y＝2x是△ABC中∠C的平分线，所以CA、CB所在直线关于y＝2x对称，而A（－4,2）关于直线y＝2x对称点A1必在CB边所在直线上

设A1（x1，y1）则

得

即A1（4,－2）

由A1（4,－2），B（3,1）求得CB边所在直线的方程为：

3x＋y－10＝0

又由解得C（2,4）

又可求得：

kBC＝－3，kAC＝

∴kBC·kAC＝－1，即△ABC是直角三角形

变式训练3.三条直线l1：

x+y+a=0，l2：

x+ay+1=0，l3：

ax+y+1=0能构成三角形，求实数a的取值范围。

解：

a∈R且a≠±1，a≠-2（提示：

因三条直线能构成三角形，故三条直线两两相交且不共点，即任意两条直线都不平行且三线不共点。

（1）若l1、l2、l3相交于同一点，则l1与l2的交点（-a-1，1）在直线l3上，于是a（-a-1）+1+1=0，此时a=1或a=-2。

（2）若l1∥l2，则-1=-，a=1。

（3）若l1∥l3，则-1=-a，a=1。

（4）若l2∥l3，则-=-a，a=±1。

）

例4.设点A（－3，5）和B（2，15），在直线l：

3x－4y＋4＝0上找一点p，使为最小，并求出这个最小值．

解：

设点A关于直线l的对称点A'的坐标为（a，b），则由AA´⊥l和AA´被l平分，

则解之得a＝3，b＝－3，∴A´＝（3，－3）．∴（|PA|＋|PB|）min＝|A´B|＝5

∵kA´B＝＝－18

∴A´B的方程为y＋3＝－18（x－3）

解方程组得P（，3）

变式训练4：

已知过点A（1，1）且斜率为－m（m>0）的直线l与x、y轴分别交于P、Q两点，过P、Q作直线2x＋y＝0的垂线，垂足分别为R、S，求四边形PRSQ的面积的最小值．

解：

设l的方程为y－1＝－m（x－1），

则P（1＋，0），Q（0，1＋m）

从则直线PR：

x－2y－＝0；

直线QS：

x－2y＋2（m＋1）＝0又PR∥QS

∴|RS|＝＝

又|PR|＝，|QS|＝

而四边形PRSQ为直角梯形，

∴SPRSQ＝×（）×

＝（m＋＋）2－≥（2＋）2－

＝3.6

∴四边形PRSQ的面积的最小值为3.6．

小结归纳

1．处理两直线位置关系的有关问题时，要注意其满足的条件．如两直线垂直时，有两直线斜率都存在和斜率为O与斜率不存在的两种直线垂直．

2．注意数形结合，依据条件画出图形，充分利用平面图形的性质和图形的直观性，有助于问题的解决．

3．利用直线系方程可少走弯路，使一些问题得到简捷的解法．

4．解决对称问题中，若是成中心点对称的，关键是运用中点公式，而对于轴对称问题，一般是转化为求对称点，其关键抓住两点：

一是对称点的连线与对称轴垂直；二是两对称点的中点在对称轴上，如例4

第3课时圆的方程

基础过关

1．圆心为C（a、b），半径为r的圆的标准方程为_________________．

2．圆的一般方程x2＋y2＋Dx＋Ey＋F＝0（其中D2＋E2－4F>0），圆心为，半径r＝．

3．二元二次方程Ax2＋Bxy＋Cy2＋Dx＋Ey＋F＝0表示圆的方程的充要条件是．

4．圆C：

（x－a）2＋（y－b）2＝r2的参数方程为_________．x2＋y2＝r2的参数方程为________________．

5．过两圆的公共点的圆系方程：

设⊙C1：

x2＋y2＋D1x＋E1y＋F1＝0，⊙C2：

x2＋y2＋D2x＋E2y＋F2＝0，则经过两圆公共点的圆系方程为．

典型例题

例1.根据下列条件，求圆的方程．

（1）经过A（6，5），B（0，1）两点，并且圆心在直线3x＋10y＋9＝0上．

（2）经过P（－2，4），Q（3，－1）两点，并且在x轴上截得的弦长为6．

解：

（1）∵AB的中垂线方程为3x＋2y－15＝0

由解得

∴圆心为C（7，－3），半径r＝

故所求圆的方程为（x－7）2＋（y＋3）2＝65

（2）设圆的一般方程为x2＋y2＋Dx＋Ey＋F＝0

将P、Q两点坐标代入得

令y＝0得x2＋Dx＋F＝0

由弦长|x1－x2|＝6得D2－4F＝36③

解①②③可得D＝－2，E＝－4，F＝－8或D＝－6，E＝－8，F＝0

故所求圆的方程为x2＋y2－2x－4y－8＝0或x2＋y2－6x－8y＝0

变式训练1：

求过点A（2，－3），B（－2，－5），且圆心在直线x－2y－3=0上的圆的方程．

由A（2，－3），B（－2，－5），得直线AB的斜率为kAB==,

线段AB的中点为（0，－4），线段AB的中垂线方程为y＋4=－2x,即y＋2x＋4=0,

解方程组得

∴圆心为（－1，－2），根据两点间的距离公式，得半径r==

所求圆的方程为（x＋1）2＋（y＋2）2=10

例2.已知圆x2+y2+x-6y+m=0和直线x+2y-3=0交于P，Q两点，且OP⊥OQ（O为坐标原点），求该圆的圆心坐标及半径.

解方法一将x=3-2y,

代入方程x2+y2+x-6y+m=0,

得5y2-20y+12+m=0.

设P（x1,y1）,Q（x2,y2）,则y1、y2满足条件：



y1+y2=4,y1y2=

∵OP⊥OQ,∴x1x2+y1y2=0.

而x1=3-2y1,x2=3-2y2.

∴x1x2=9-6（y1+y2）+4y1y2.

∴m=3,此时Δ＞0,圆心坐标为,半径r=.

方法二如图所示，设弦PQ中点为M，

∵O1M⊥PQ，∴.

∴O1M的方程为:

y-3=2,

即：

y=2x+4.

由方程组

解得M的坐标为（-1，2）.

则以PQ为直径的圆可设为（x+1）2+（y-2）2=r2.

∵OP⊥OQ，∴点O在以PQ为直径的圆上.

∴（0+1）2+（0-2）2=r2，即r2=5,MQ2=r2.

在Rt△O1MQ中，O1Q2=O1M2+MQ2.

∴（3-2）2+5=

∴m=3.∴半径为,圆心为.

方法三设过P、Q的圆系方程为

x2+y2+x-6y+m+（x+2y-3）=0.

由OP⊥OQ知，点O（0，0）在圆上.

∴m-3=0，即m=3.

∴圆的方程可化为

x2+y2+x-6y+3+x+2y-3=0

即x2+（1+）x+y2+2（-3）y=0.

∴圆心M，又圆在PQ上.

∴-+2（3-）-3=0，

∴=1，∴m=3.

∴圆心为，半径为.

变式训练2：

已知圆C：

（x-1）2+（y-2）2=25及直线l:

（2m+1）x+（m+1）y=7m+4（m∈R）.

（1）证明：

不论m取什么实数，直线l与圆C恒相交；

（2）求直线l被圆C截得的弦长的最短长度及此时的直线方程.

（1）证明直线l可化为x+y-4+m（2x+y-7）=0,

即不论m取什么实数，它恒过两直线x+y-4=0与2x+y-7=0的交点.

两方程联立，解得交点为（3，1），

又有（3-1）2+（1-2）2=5＜25,

∴点（3，1）在圆内部，

∴不论m为何实数，直线l与圆恒相交.

（2）解从

（1）的结论和直线l过定点M（3，1）且与过此点的圆C的半径垂直时，l被圆所截的弦长|AB|最短，由垂径定理得

|AB|=2=

此时，kt=-,从而kt=-=2.

∴l的方程为y-1=2（x-3）,即2x-y=5.

例3.知点P（x，y）是圆（x+2）2+y2=1上任意一点.

（1）求P点到直线3x+4y+12=0的距离的最大值和最小值；

（2）求x-2y的最大值和最小值；

（3）求的最大值和最小值.

解

（1）圆心C（-2，0）到直线3x+4y+12=0的距离为

d=.

∴P点到直线3x+4y+12=0的距离的最大值为

d+r=+1=，最小值为d-r=-1=.

（2）设t=x-2y,

则直线x-2y-t=0与圆（x+2）2+y2=1有公共点.

∴≤1.∴--2≤t≤-2，

∴tmax=-2，tmin=-2-.

（3）设k=，

则直线kx-y-k+2=0与圆（x+2）2+y2=1有公共点，

∴≤1.∴≤k≤,

∴kmax=，kmin=.

变式训练3：

已知实数x、y满足方程x2+y2-4x+1=0.

（1）求y-x的最大值和最小值；

（2）求x2+y2的最大值和最小值.

解

（1）y-x可看作是直线y=x+b在y轴上的截距，当直线y=x+b与圆相切时，纵截距b取得最大值或最小值，此时，解得b=-2±.

所以y-x的最大值为-2+，最小值为-2-.

（2）x2+y2表示圆上的一点与原点距离的平方，由平面几何知识知，在原点与圆心连线与圆的两个交点处取得最大值和最小值.

又圆心到原点的距离为=2，

所以x2+y2的最大值是（2+）2=7+4，

x2+y2的最小值是（2-）2=7-4.

例4.设圆满足：

①截y轴所得的弦长为2；②被x轴分成两段圆弧，其弧长的比为3∶1．在满足条件①②的所有圆中，求圆心到直线l：

x－2y=0的距离最小的圆的方程。

解法一设圆的圆心为P（a,b）,半径为r，则点P到x轴y轴的距离分别为∣b∣、∣a∣。

由题设条件知圆P截x轴所得的劣弧所对的圆心角为90°，圆P截x轴所得的弦长为r，故r2=2b2．

又圆P截y轴所得的弦长为2，所以有r2=a2＋1,从而得2b2=a2＋1．

点P到直线x－2y=0的距离为d=,

∴5d2=（a－2b）2=a2＋4b2－4ab=2a2＋2b2－4ab＋1=2（a－b）2＋1≥1

当且仅当a=b时取等号，此时，5d2=1,d取得最小值．

由a=b及2b2=a2＋1得，进而得r2=2

所求圆的方程为（x－1）2＋（y－1）2=2或（x＋1）2＋（y＋1）2=2

解法二同解法一，得d=，所以a－2b=±d

a2=4b2±4bd＋5d2,将a2=2b2－1代入整理得2b2±4bd＋5d2＋1=0（※）

把（※）看成关于b的二次方程，由于方程有实数根，故△≥0即

8（5d2－1）≥0,5d2≥1可见5d2有最小值1，从而d有最小值，将其代入（※）式得2b2±4b＋2=0,b=±1,r2=2b2=2,a2=2b2－1=