例 1 求倾斜角是 且在 轴上的截距是 -3 的直线 的点斜式方程.
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解 因为 在 轴上的截距是 -3,所以 经过点 . 因为 的斜率 ,所以 的点斜式方程是 .
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第1章平面直角坐标系中的直线 · 保留教材主线与原题
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本章 1.1 节的例 3 中我们证明了与点 共线的点 的坐标一定满足关系式 . 反过来, 也容易验证: 如果点 的坐标满足关系式 , 那么点 一定与点 共线. 这就是说, 经过点 的直线 上的点正好是以方程 的解作为坐标的点. 在这种情况下,我们说 “直线 的方程是 ”,或者说 “方程 表示了直线 ”. 可见,直线 的方程是一个关于 与 的二元一次方程. 本节中我们将看到,任何直线的方程都是关于 与 的二元一次方程,反过来,任何关于 与 的二元一次方程都表示一条直线. 而且, 这个方程实质上是唯一的, 即同一直线的不同方程通过简单变形可以互化. 然而, 不同形式的直线方程关注直线的不同几何要素, 在解决具体问题时也会有各自不同的作用.
现在我们讨论, 在平面直角坐标系中, 当直线的斜率存在时,如何通过直线上的一个点 和直线的斜率 来求直线的方程.

图 1-2-1
如图 1-2-1,在平面直角坐标系中,设 是过点 、斜率为 的直线 上的任意一点. 当点 与点 不重合时,由 ,可得
①
当点 与点 重合时,点 的坐标就是 ,同样满足方程①. 这样,直线 上任意一点的坐标 都满足方程①.
反之,可以证明以方程①的解为坐标的点一定在这条直线 上: 若点 的坐标 满足方程①,即 成立. 当 时,直线 经过点 且斜率 , 于是直线 与 重合,从而点 在 上; 当 时,有 ,点 与点 重合,点 也在 上.
本章 1.1 节中例 3 得到的方程就是一个点斜式方程.
在点斜式方程①中,如果把定点选成直线与 轴的交点 ,那么方程改写为
②

图 1-2-2
我们也可以定义直线在 轴上的截距,它就是直线与 轴交点 的横坐标 (图 1-2-2).
如果直线与 轴平行或重合,它的斜率与在 轴上的截距都不存在,但此时直线与 轴垂直,设垂足为 ,那么该直线在 轴上的截距为 ,且直线上所有点的横坐标都是 ,从而直线的方程是 .
例 1 求倾斜角是 且在 轴上的截距是 -3 的直线 的点斜式方程.
解 因为 在 轴上的截距是 -3,所以 经过点 . 因为 的斜率 ,所以 的点斜式方程是 .
例 2 已知直线 在 轴、 轴上的截距分别为 -2、 4, 求直线 的方程,并判断点 是否在直线 上.
两点确定一条直线, 因此, 只要给定平面内两个点的坐标, 就可以写出过这两点的直线的方程. 如果两点的横坐标或纵坐标相同, 那么这条直线与某条坐标轴平行或重合, 这种情况前面已经讨论过了.
现在考虑经过两点 ,并且不与任一坐标轴平行或重合的直线 ,可知 ,且 ,直线 的斜率是 ,于是该直线的点斜式方程为 , 整理成关于两个坐标对称的形式, 得
这就是本章 1.1 节中例 3 的解题过程。
③
直线的两点式方程也可以写成
它对直线平行或重合于坐标轴的情形也适用.
例 3 已知直线 经过点 ,求 的方程.

图 1-2-3
例 4 如图 1-2-3, 三个顶点的坐标分别为 . 分别求边 所在直线的方程与边 上的中线 所在直线的方程.
解 因为点 与点 的横坐标相等,所以 所在直线与 轴垂直,从而边 所在直线的方程为 .
设点 的坐标为 ,则 所以, 点 的坐标为 .
又因为点 的坐标为 ,所以 所在直线的两点式方程是 ,化简,得 .
所以, 中边 上的中线 所在直线的方程为
例 5 已知直线 与 轴、 轴分别交于 两个不同的点且 ,其中 是坐标原点; 又点 在直线 上. 求直线 的方程.
解 设 两点的坐标分别为 . 因为 ,所以 且 .
当 时,直线 的方程为 ,即 .
因为点 在直线 上,所以 ,得 . 所以,直线 的方程为 .
同理,当 时,可得直线 的方程为 .
所以,直线 的方程为 或 .
例 6 在平面直角坐标系中, 根据所给直线方程, 作出相应图形,并求出该直线的斜率和在 轴上的截距:
(1) ;
(2) .

图 1-2-4
解 (1) 因为 ,所以该直线过点 且平行于 轴 (图 1-2-4). 所以, 的斜率为 0 且在 轴上的截距是 .
(2)在方程 中,令 ,得 ;令 , 得 . 这就得到直线 上两个不同的点 , 连接 两点的直线即为直线 (图 1-2-4).
因为方程 可化为 ,所以直线 的斜率是 ,在 轴上的截距是 .
例 7 已知直线 的方程为 ,求证: 无论 取何值时,直线 都经过一个定点,并写出该定点的坐标.
例 8 如图 1-2-5,直线 经过平面直角坐标系的第一、第二与第四象限. 求实数 的取值范围.
解 当 时,直线 的方程为 ,它只经过第二、 第三象限,不符题意,所以 . 于是,直线 的方程可化为
因为直线 经过第一、第二与第四象限,所以其斜率小于 0, 且在 轴上的截距大于 0,则
解得 或 .
所以,实数 的取值范围是 .
(1) ; (2) ;
(3) ; (4) .
例 9 已知点 与 是直线 ( 不同时为零) 上任意两点,且向量 . 求证: 向量 与 垂直.
证明 因为点 与 在直线 上,所以 且 . 两式相减,得 ,即 ,所以向量 与 垂直.
例 9 中的向量 与直线 上的任意一个向量都垂直. 一般地,与直线上任意一个向量都垂直的非零向量叫做该直线的法向量(normal vector). 于是,例 9 可以总结为如下结论:
以直线 的一般式方程 ( 不同时为零)的一次项系数为坐标的向量 是 的一个法向量.
⑤
例10 已知 的三个顶点的坐标分别是 、 与 ,求边 上的高 所在直线的方程.
例 11 已知直线 经过点 ,且 是它的一个法向量. 若 与坐标轴围成的三角形的面积是 2,求实数 的值.
解 根据条件写出直线 的点法式方程
化简为
如果 或 ,直线 与 轴或 轴平行,这样的直线无法与坐标轴围成三角形,所以 且 .
在上述方程中分别令 与 等于零,求得直线 在 轴与 轴上的截距分别是 与 . 所以, 与坐标轴围成的三角形的面积为
解得 或 .
如果 是直线 的一个法向量, 那么,只要 是非零实数, 也是 的法向量.
(1) ; (2) ;
(3) ;
(4) .
(1) 在 轴上的截距为 -1,且 的一个法向量是 ;
(2) 经过点 ,且 上的任何向量都与向量 平行.
(1) ;___
(2) .
(1)求 的倾斜角的大小;
(2)求 在 轴上的截距.
(1)直线 经过点 、 ;
(2)直线 与坐标轴的交点分别为 .
(1)求边 所在直线的方程;
(2)求边 上的中线所在直线的方程.
(1)
(2)
(1) 与 轴、 轴均相交;
(2) 经过第二、第三、第四象限.
(1) 经过点 ;
(2) 在两个坐标轴上的截距相等.
(1)当 时,求 的取值范围;
(2)当 时,求 的取值范围.

(第 6 题)

图 1- R2
(1)若直线的斜率 ,求实数 的取值范围;
(2)求证:对任意实数 ,直线 都经过一个定点.
(1)在 轴、 轴上的截距之和为 4 ;
(2)与 轴、 轴围成的三角形面积为 20.
如,(1) (2) 或 .