数学百大经典例题——两直线的位置关系
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数学百大经典例题——两直线的位置关系
典型例题一
例1 已知 , , ,求 点的坐标,使四边形 为等腰梯形.
分析:利用等腰梯形所具备的性质“两底互相平行且两腰长相等”进行解题.
解:如图,
设 ,若 ,则 , ,
即
由①、②解得 .
若 ,则
即
由③、④式解得 .
故 点的坐标为 或 .
说明:(1)把哪两条边作为梯形的底是讨论的标准,解此题时注意不要漏解.(2)在遇到两直线平行问题时,一定要注意直线斜率不存在的情况.此题中 、 的斜率都存在,故不可能出现斜率不存在的情况.
典型例题二
例2当 为何值时,直线 与直线 互相垂直?
分析:分类讨论,利用两直线垂直的充要条件进行求解.或利用结论“设直线 和 的方程分别是 , ,则 的充要条件是 ”(其证明可借助向量知识完成)解题.
解法一:由题意,直线 .
(1)若 ,即 ,此时直线 , 显然垂直;
(2)若 ,即 时,直线 与直线 不垂直;
(3)若 ,且 ,则直线 、 斜率 、 存在,
, .
当 时, ,即 ,
∴ .
综上可知,当 或 时,直线 .
解法二:由于直线 ,所以 ,解得 .
故当 或 时,直线 .
说明:对于本题,容易出现忽视斜率存在性而引发的解题错误,如先认可两直线 、 的斜率分别为 、 ,则 , .
由 ,得 ,即 .
解上述方程为 .从而得到当 时,直线 与 互相垂直.
上述解题的失误在于机械地套用两直线垂直(斜率形式)的充要条件,忽视了斜率存在的大前提,因而失去对另一种斜率不存在时两直线垂直的考虑,出现了以偏概全的错误.
典型例题三
例3 已知直线 经过点 ,且被两平行直线 和 截得的线段之长为5,求直线 的方程.
分析:(1)如图,利用点斜式方程,分别与 、 联立,求得两交点 、 的坐标(用 表示),再利用 可求出 的值,从而求得 的方程.(2)利用 、 之间的距离及 与 夹角的关系求解.(3)设直线 与 、 分别相交于 、 ,则可通过求出 、 的值,确定直线 的斜率(或倾斜角),从而求得直线 的方程.
解法一:若直线 的斜率不存在,则直线 的方程为 ,此时与 、 的交点分别为 和 ,截得的线段 的长 ,符合题意,
若直线 的斜率存在,则设直线 的方程为 .
解方程组 得 ,
解方程组 得 .
由 ,得 .
解之,得 ,即欲求的直线方程为 .
综上可知,所求 的方程为 或 .
解法二:由题意,直线 、 之间的距离为 ,且直线 被平等直线 、 所截得的线段 的长为5(如上图),设直线 与直线 的夹角为 ,则 ,故∴ .
由直线 的倾斜角为135°,知直线 的倾斜角为0°或90°,又由直线 过点 ,故直线 的方程为 或 .
解法三:设直线 与 、 分别相交 、 ,则:
, .
两式相减,得 . ①
又 ②
联立①、②,可得 或
由上可知,直线 的倾斜角分别为0°或90°.
故所求直线方程为 或 .
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