登陆注册
6417600000014

第14章 平面解析几何(2)

(2)两点式是借助于斜率公式,由点斜式导出的。

(3)两点式方程y—y1y2—y1=x—x1x2—x1不能用于垂直坐标轴的直线,而另外两种形式(等积的或行列式)不受此限制。

【直线方程的截距式】

横、纵截距分别为a、b(a≠0,b≠0)的直线的方程xa+yb=1叫做直线方程的截距式或直线的截距方程。

说明:(1)直线方程的截距式可以看作是两点式的特殊情形而从两点式导出。

(2)截距式不适用于垂直坐标轴或通过原点的直线。

【直线方程的一般式】

关于x,y的二元一次方程Ax+By+C=0((其中A、B不全为零)叫做直线方程的一般式或直线的一般式方程。方程为Ax+By+C=0的直线也叫做直线Ax+By+C=0。

将Ax+By+C=0作为直线方程的一般式基于下述两个定理:

定理1:直角坐标平面内任何一条直线的方程都是关于x,y的一次方程。

定理2:任何一个关于x,y的一次方程都表示一条直线。

说明:(1)直线与关于x,y的一次方程的关系,为用代数的方法研究直线奠定了基础,利用方程和方程组的理论可进一步讨论直线和直线的相互关系,直线和曲线的相互关系;不仅如此,认识并掌握直线与关于x,y的一次方程关系的理论和方法,对于正确理解并掌握解析几何这一学科的基本方法,解题的基本思路都将发挥重要的作用。

(2)要熟练掌握直线方程的一般式与其他几种特殊形式(点斜式,斜截式、两点式、截距式)的相互转换,从中明确一般式方程Ay+Bx+C=0中各系数比的几何意义:B≠0时,—AB是直线的斜率,—CB是直线的纵截距;A≠0时,—CA是直线的横截距。

(3)“一般”二字的含义,不仅在于Ax+By+C=0是关于x,y的一次方程的一般形式,而且在于它可以作为坐标平面上任何一条直线的方程。与此相反,直线方程的点斜式、斜截式、两点式、截距式都有各自的局限性,总有一些特殊的直线不能用这几种形式来表示。

【确定直线的条件】

在直线方程的一般式Ax+By+C=0中,A、B不同时为零,B≠0时,方程可改写为ABx+y+CB=0,只需确定两个独立的系数AB与CB便可确定直线方程,B=0时(即一个数为已知),A≠0,方程可改写为x+CA=0,只需确定第二个系数CA便可确定直线方程,确定两个独立的系数,需要两个独立的条件,由此可知:两个独立条件确定一条直线。

确定直线的两个独立条件常见的有:两定点坐标;一定点坐标与一定方向(倾角或斜率);也可以是其他的间接的条件。

【两条直线的平行】

两条不垂直于x轴的直线11与12平行的充要条件是斜率相等。

11∥12k1=k2。

若两条直线的一般式方程是L1:A1x+B1y+C1=0,12:A2x+B2y+C2=0,则11与12平行的充要条件是A1B2-A2B1=0。

11∥12A1B2—A2B1=0。

【两条直线的垂直】

两条都不垂直于坐标轴的直线互相垂直的充要条件是斜率互为负倒数:

11⊥12k1=—1k2,

若两条直线的一般式方程是11:A1x+B1y+C=0,12:A2x+B2y+C2=0,则11与12垂直的充要条件是A1A2+B1B2=0。

【两条直线所成的角】

直线11按逆时针方向旋转到与12重合时所转的最小角叫做11到12的角或11和12的夹角。

若直线11到12的角是θ1,12到11的角是θ2,则θ1+θ2=π,当11⊥12时,θ=π2,11∥12时,规定θ=0,因此,直线11到l2的角的取值范围是(0,π)。

若直线11的斜率为k1,直线12的斜率是k2,则tgθ=k2—k11+k1k2。

当1+k1k2=0时,11⊥12。

若直线11与12的方程分别是A1x+B1y+C1=0与A2x+B2y+C2=0;当A1A2+B1B2=0时,11⊥12;当A1B2-A2B1=0时,11∥12。

若在直线11和12相交所形成的两对对顶角中只考虑不大于直角的角θ(简称直线11和12的夹角),则tgθ=k2—k1+k1k2或tgθ=

A1B2—A2B1A1B2+A2B1。

说明:直线11和12的角与直线12和11的角不同,考虑两条直线所成的角一定要考虑顺序,分清哪条直线是11,哪条直线是12。

而在只考虑不大于直角的夹角时,则不必考虑两条直线的先后顺序。

【两条直线的交点】

直线11:A1x+B1y+C1=0和直线12:A2x+B2y+C2=0。

反之,这一方程组的实数解就是直线l1和l2的公共点(交点)的坐标。

当A1B2—A2B1≠0时,直线11和12有唯一的交点,其坐标是(B1C2—B2C1A1B2—A2B1,C1A2—C2A1A1B2—A2B1)。

当A1B2-A2B1=0,且B1C2-B2C1=C1A2-C2A1=0时,直线11和12重合,有无数多个公共点;当A1B2-A2B1=0,且B1C2-B2C≠0或C1A2-C2A1≠0时,直线L1和L2平行,没有公共点。

若直线11和12的斜截式方程分别是y=k1x+b1和y=k2x+b2。

当k1≠k2,时,直11和12有唯一交点,坐标是(b1—b2k2—k1,b1k2—b2k1k2—k1);

当k1=k2,且b1=b2时,直线11和12重合,有无数多个公共点;当k1=k2,且b1≠b2时,直线11和12平行,没有公共点。

【点到直线的距离公式】

点P1(x1,y1)到直线l:Ax+By+C=0的距离d=Ax1+By1+CA2+B2;

若直线l的法线式方程是xcosθ+ysinθ-p=0,则点P1(x1,y1)到直线l的距离d=x1cosθ+y1sinθ-p。

以上公式也可写作:

d=±Ax1+By1+CA2+B2。

或d=±(x1cosθ+y1sinθ-p)。

当P1点与原点在直线1异侧时,取正号,当P1点与原点在1同侧时,取负号。

【两条平行直线间的距离公式】

两条平行直线Ax+By+C1=0和Ax+By+C2=0间的距离d=C1—C2A2+B2。

若两条平行直线的法线式方程分别是xcosθ+ysinθ-p1=0和xcosθ+ysinθ-p2=0,则d=p1-p2(两直线在原点的同侧)。

若两条平行直线的法线式方程分别是xcosθ+ysinθ-p1=0和xcos(θ+π)+ysin(θ+π)-p2=0,则d=p1+p2(两直线在原点的异侧)。

【三线共点的条件】

互不平行的三条直线Aix+Biy+Ci=0(i=1,2,3)共点(交于一点)的条件是A1B1C1A2B2C2A3B3C3=0。

证明:三条直线共点的条件是:其中两条直线的交点必在第三条直线上。

设直线A1x+B1y+C1=0和A2x+B2y+C2=0相交,交点坐标是x=B1C2—B2C1A1B2—A2B1。

y=C1A2—C2A1A1B2—A2B1,

此交点在第三条直线A3x+B3y+C3=0上,A3(B1C2—B2C1A1B2—A2B1)+B3(C1A2—C2A1A1B2—A2B1),

整理,得A1B2C3+A2B3C1+A3B1C2-A1B3C2-A2B1C3-A3B2C1=0,

即A1B1C1A2B2C2A3B3C3=0。

注意:三条直线“互不平行”这一前提条件必不可少。否则,只要其中有两条直线平行,便可导致行列式的值等于0,但这样的三条直线是不可能交于一点的。

【三点共线的条件】

P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)三点共线的条件是。

x1y11x2y21x3y31=0。

说明:这一结论可以由直线方程的两点式直接导出。它和判断三线共点的条件形式相近,都用行列式表示,但内容不同。

【圆的标准方程】

圆心在(a,b),半径为r的圆的方程(x-a)2+(y-b)2=r2叫做圆的标准方程。

特殊地,圆心在原点O是,圆的标准方程是x2+y2=r2。

说明:已知圆心坐标和半径便可直接写出圆的标准方程;反之,只需给出圆的标准方程便可直接确定圆心坐标和半径。

【圆的一般方程】

方程x2+y2+Dx+Ey+F=0叫做圆的一般方程。

当D2+E2—4F>0时,方程表示圆心在(-D2,-E2),半径为D2+E2-4F的圆;当D2+E2-4F=0时,方程表示一个点(-D2,-E2),叫做点圆;当D2+E2-4F<0时,方程没有对应曲线,叫做虚圆。

说明(1)将圆的标准方程(x-a)2+(y-b)2=r2展开并整理,可得圆的一般方程;反之,将圆的一般方程配方,可得圆的标准方程。

(2)将方程x2+y2+Dx+Ey+F=0与一般的关于x、y的二次方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0相比较,可知圆的一般方程有如下特征:

(1)B=0,即没有xy项;

(2)A=C=1(A=C≠1时可变形为A=C=1),即x2和y2项系数相等。

因此,圆是二次曲线中的一种。

(3)确定圆的一般方程常采用待定系数法。

【确定圆的条件】

确定圆的标准方程(x-a)2+(y-b)2=r2,或者圆的一般方程x2+y2+Dx+Ey+F=0,各需确定三个独立的系数a,b,r或D,E,F。因此,各需三个独立的条件。

三个独立条件确定一个圆。

说明:(1)平面几何中,“不共线的三点确定一个圆”,“已知圆心和半径确定一个圆”等结论,都是和三个独立条件确定一个圆的结论相一致的。

(2)已知三个独立条件确定圆的方程使用待定系数法。

【经过圆上一点的切线和法线】

过圆x2+y2=r2上一点(x1,y1)的切线方程是x1x+y1y=r2,法线方程是y1x-x1y=0。

x=rcosθy=rsinθ上一点(rxosθ1,rsinθ1)的切线方程是xcosθ1+ysinθ1=r2,法线方程是xsinθ1—ycosθ1=0。

过圆(x-a)2+(y+b)2=r2上一点(x1,y1)的切线方程是(x1-a)(x-a)+(y1-b)(y-b)=r2,法线方程是(y1-b)(x-a)-(x1-a)(y-b)=0。

说明:(1)法线是过曲线上一点与曲线在该点的切线垂直的直线。

(2)过圆上一点(x1,y1)的切线方程,可按下列变形规则直接由圆的方程求得:

x2x1x,y2y1y,xx+x12,yy+y12。

这里,(x1,y1)必须是圆上一点,否则结论不成立。

(3)上述结论均可由判定直线和圆相切的方法导出。

【求经过圆外一点的切线】

已知P0(x0,y0)是圆x2+y2=r2外一点,求经过P0点的切线方程有两种方法。

方法一设切点为P1(x1,y1),则过P1点切线方程是x1x+y1y=r2,

此切线经过P0点,x1x0+y1y0=r2,(1)

又P1点在圆上,x21+y21=r2。(2)

解由(1)、(2)组成的方程组,求出切点P1的坐标,便可得出所求的切线方程。

方法二设切线方程为y-y0=k(x-x0),即kx—y—kx0+y0=0,再由kx0+y0k2+1=r,求出k值,便可写出所求切线方程。

说明:(1)这两种方法可推广到求经过圆(x-a)2+(y-b)2或x2+y2+Dx+Ey+F=0外一点P0(x0,y0)的圆的切线方程。

(2)使用方法二时,有可能漏掉斜率不存在的切线。当求出k值只有一个时,另一条切线就是x=x0。

【已知斜率的圆的切线】

与圆x2+y2=r2相切,并且斜率为k的直线方程是y=kx±1+k2。

【椭圆的定义】

定义1:平面内到两定点F1、F2的距离之和等于定长的点的轨迹叫做椭圆,两定点F1、F2叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做焦距。

椭圆也就是点集M{PPF1+PF2=定长}。

定义2:平面内到一个定点F的距离和到一条定直线l的距离之比为一个小于1的常数e的点的轨迹叫做椭圆,这个定点F叫做椭圆的焦点,这条定直线l叫做椭圆的准线,这一常数e叫做椭圆的离心率。椭圆也就是点集M={PPFd=e,0<e<1},其中F是焦点,d是p点到准1到距离,e是离心率。

定义3:用一个不过直圆锥顶点的平面截直圆锥的侧面。当平面与直圆锥轴线的夹角大于圆锥的半顶角而小于直角时,所截得的曲线叫做椭圆。

【椭圆的标准方程】

方程x2a2+y2b2=1(a>b>0),叫做椭圆的标准方程,它所表示的椭圆的焦点在x轴上,坐标分别为F1(-c,0),F2(c,0),这里c2=a2-b2。方程y2a2+x2b2=1(a>b>0也叫做椭圆的标准方程,它所示表的椭圆的焦点在y轴上,坐标分别为F1(0,-c),F2(0,c),这里c2=a2-b2。

说明:(1)方程中a表示半长轴,b表示半短轴,因此a>b>0。

(2)方程中a是椭圆上任意一点到两焦点间距离和之半,而c是焦距之半;a,b,c恰是一个直角三角形的三边,a是斜边。

(3)在椭圆的标准方程中,若x2项的分母比y2项的分母大,则焦点在x轴上,若y2项的分母比x2项的分母大,则焦点在y轴上,这是正确区分椭圆标准方程的两种不同类型的主要标志。但不论是哪种类型,c2=a2—b2的关系不变,离心率e=ca不变;结合图形中椭圆与坐标轴的不同位置关系是区分两种不同类型的椭圆标准方程的重要的辅助方法。

(4)椭圆的标准方程的“标准”二字的含义,从方程的特征来看:方程左端只含x2项和y2项并且分子系数为1,用加号连结,方程右端只有常数1;从曲线的特征来看;焦点在坐标轴上并且中心位于原点。

(5)椭圆的标准方程也可以改写成Ax2+Cy2=K的形式,这是只有x2项、y2项和常数项的二元二次方程,当K≠0且K与A、C异号时,AK,CK均为正值,方程可变形为x2K+y2K=1,就是椭圆的标准方程。当K≠0,且K与A、C异号时,方程无轨迹,叫做虚椭圆(方程形式上为椭圆,实际上没有轨迹);当K=0时,只有x=0,y=0,轨迹是一个点,叫做点椭圆。

【中心在点(x0,y0)对称轴平行于坐标轴的椭圆方程】

中心在点(x0,y0),焦点连线与y轴平行(或重合)的椭圆方程是(x—x0)2a2+(y—y0)2b2=1(a>b>0。

中心在点(x0,y0),焦点连线与y轴平行(或重合)的椭圆方程是(y—y0)2a2+(x—x0)2b2=1(a>b>0,图34b)。

说明:(1)这两个方程是借助于坐标轴的平移公式,由椭圆的标准方程导出的。

(2)这两个椭圆与椭圆x2a2+y2b2=1、y2a2+x2b2性质相类似。

(3)这两个椭圆方程展开后,可归结为Ax2+Cy2+Dx+Ey+F=0型的二元二次方程,其中A、C异号,当D24A+E24C—F与A、C异号时,它的曲线是椭圆;当D24A+E24C—F与A、C异号时,方程无轨迹,叫做虚椭圆;当D24A+E24C—FK=0时,方程表示一个点(x0,y0),叫做点椭圆。

【椭圆的性质】

椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的特征可由下述概念与结论表述:

中心(椭圆的对称中心):O(0,0);

顶点(椭圆与两对称轴的交点):A’(-a,0)、A(a,0)、B’(0,-b)、B(0,b);

焦点:F1(-c,0)、F2(c,0),c2=a2-b2;

长轴:连结两顶点的线段且通过焦点A’A=2a;

短轴:连结两顶点的线段且不通过焦点B’B=2b;

焦距:F1F2=2c;

离心率:e=ca=1—(ba)2;

通径(过焦点且垂直于长轴的弦):H’H=2b2a;

焦参数(通径长度之半):p=b2a。

表述椭圆x2a2+y2b2=1的特征的有关概念与结论,基本椭圆x2a2+y2b2=1的下述性质:

同类推荐
  • MPA公务员必修课程半月谈

    MPA公务员必修课程半月谈

    本书文字通俗易懂,尽量避免使用公式和图表,根据MPA教育方法,从公共政策、沟通技巧、领导艺术、谈判方法、行政道德伦理、公共经济等方面入手,系统地阐述了公共管理方法;同时在突出重点地基础上,收集了大量案例。相信读者掌握理论方法之后,能够结合案例,解决身边的实际问题,成为新世纪的优秀管理人才。
  • 思想政治理论核心冲刺精编500题

    思想政治理论核心冲刺精编500题

    考研思想政治复习,不做题、少做题都是万万不行的。如果平时眼高手低,考场上将后悔不迭。为此,我们推出考研思想政治训练完全解决方案丛书“习题训练三部曲”。《思想政治理论核心冲刺精编500题》作为三部曲之二,严格按照新大纲要求精准锁定核心考点,精编500道题目,根据考纲对考点的最高要求全面设置各类针对性题型,并对最常考的重要原理加强了分析题的练习。
  • 财经法规与会计职业道德(1CD)

    财经法规与会计职业道德(1CD)

    "本套丛书包含《会计基础》《财经法规与会计职业道德》《初级会计电算化》三本教材以及《会计基础历年真题及命题预测试卷》《财经法规与会计职业道德历年真题及命题预测试卷》《初级会计电算化历年真题及命题预测试卷》三本试卷。为方便广大考生学习理解和掌握会计从业资格考试最新大纲的内容,本丛书编写组从“紧扣大纲变化,精准诠释本省考试风向”的历年出发,在深入研究考试大纲和历年真题的基础上,编写了本书,以供各有关部门和各地会计管理机构及广大考生参考使用。
  • 公务员职业道德学习读本

    公务员职业道德学习读本

    道德往往代表着社会的正面价值取向,为判断行为正当与否的作用。道德一词,在汉语中可追溯先秦思想家老子所著《道德经》一书。在西方古代文化中,“道德”(Morality)一词起源于拉丁语的“Mores”,意为风俗和习惯。道德由一定社会的经济基础所决定,并为一定的社会经济基础服务。人类的道德观念是受到后天一定的生产关系和社会舆论的影响而逐渐形成的。不同的时代,不同的阶级往往具有不同的道德观念。不同的文化中,所重视的道德元素及其优先性、所持的道德标准也常常有所差异。
热门推荐
  • 校草大人请接招

    校草大人请接招

    她,李馨羽,在高考前一天因为老妈的一杯有安眠药的牛奶,而不能考上自己最想去的大学。什么?!老妈闺蜜的儿子要和他同居半年?!好吧,只能同意了。考上了一个还算可以的大学,以为可以过一个安宁的大学生活,可何曾想到,她自己却成了校花?!!明天有人来递情书,这个表白,那个表白的,这日子怎么过啊!“林逸辰!我什么说和你CP啊?”“你睡觉的时候同意的。”一对欢喜冤家的爱情故事……
  • 剑缘凌殇

    剑缘凌殇

    曾经执着的,到最后就如那一场流年雪般,终消散。
  • 妃本傲骨:腹黑王爷绝世妃

    妃本傲骨:腹黑王爷绝世妃

    因传说中的月牙石,她遭到竹马和姐妹的背叛;悬崖坠落,醒来已穿越到了风岭国;和她有着婚约的八王爷对她多次出手相救,一次偶然,她发现这个男生拥有着另一半月牙石。而后和八王爷调查后发现她身上消失的灵力竟是有人用生命所封印,层层迷雾,她该做何选择?佛说五蕴六毒是妄,将因果都念作业障;当揭开迷雾里的爱恨嗔痴时,谁能够得到救赎?
  • 麻辣香妃

    麻辣香妃

    “你逃不掉!”森冷的声音带着凛然的霸气,他大掌翻飞,满室都是凌乱。一朝穿越,她沦为低贱嫔妃!上到君王,下到宫人,人人欺之!邪魅无情的亲王,面若桃花心如毒蟒的帝王,冷心冷情却生死相随的属下……谁才是她的命定之人,暗藏的阴谋,隐秘的宝藏,背后操控一切的魔鬼,看她如何遇神杀神,遇佛杀佛,在这盛世王朝谱写一卷佞妃毒后的史册……【情节虚构,请勿模仿】
  • 中华一八九九

    中华一八九九

    因为希望所以改变,作为一个写手,更多的是为了自己的那一点点梦想吧!
  • 异界的迷局

    异界的迷局

    你所看到的一切都出自精心设计,你脑中的想法并非全是你所想。异次元虫洞在寒星大陆打开,各种罪恶纷然而至。苏涯身为史上最年轻的执法使,在恩师林青石应国王征召,奔赴前线抗击虫鬼后,他和深藏不露的唐紫湘承担起了雾星城的重任。虫鬼从天空城开始进击,让大陆笼罩着恐惧,东境又有僵尸复活,东海望的流寇侵袭路星,寒星王国混乱不堪。苏涯能否找到混乱的源头?这一切要从路星城的纵火案查起。怒星山的山居部落也不安跳动,这为商业鬼才上官谦提供了上位的机会,在与前任重修于好后,他仿佛脱胎换骨,然后又将谱写怎样的史诗?王室暗流涌动,在虫鬼兵临君临城之际又埋藏了不少危险因素。迷局下,寒星王国的命运为何?英雄们的史诗已经写下。
  • 云烟纷飞

    云烟纷飞

    那一片天空,片片的羽毛飘舞,朦胧的看不清颜色。那一滴泪珠,点点的淡紫环绕,优雅的转过身离去。她说,最爱的是姐姐,最想保护的是姐姐。可是,总是有许多的悲哀,深埋心底。她说,不能够让姐姐担心。再回首时,失去的已经太多,忘记了那么多的所有,纵然想要逃避也不能够……
  • 爱有法度:王洋律师解析家庭纠纷20例

    爱有法度:王洋律师解析家庭纠纷20例

    本书精选了在中央电视台《法律讲堂》节目播出的,由王洋律师主讲的二十个案例。这二十个案例以家庭为主线,分成四个篇章:第一篇、《宝贝别哭》,讲述了,当夫妻关系出现裂痕,孩子的身心遭受重创,该如何救赎?第二篇、《当爱已不再》,讲述了,当海誓山盟灰飞烟灭,该如何面对已经死亡的婚姻?第三篇、《钱与情的博弈》,讲述了,当物欲战胜了情感与责任,该如何从金钱与情感的纠结中突围?第四篇、《越界的恶果》,讲述了,当旧爱被新欢所替代,该如何避免出轨的恶果?
  • 特工传奇:塞西亚式逃亡

    特工传奇:塞西亚式逃亡

    一位老建筑家的猝然离世,揭开了一场生死争夺的序幕;俄联邦安全部队军官斯季瓦逃亡南部卡格拉边陲。逃离追杀,寻求案件真相;高加索山脉的深处,古老民族的神秘传奇余音朱绝,半个世纪前,两男一女之间的情感纠葛,使他的逃亡成了前人故事的延续……每次逃脱,都让他陷人更深的困境,也让他更接近那个秘密,一场重大危机如箭在弦上,一触即发……
  • 星际大海

    星际大海

    双目失明丝毫不影响我追捕敌人,因为我能闻到他们身上的臭味。“对,我就是一个瞎子。不过我还有听觉、嗅觉、触觉、味觉!”欢迎来到,这片星际大海!