【最新版】新教材苏教版高中数学选择性必修一1.5.2 第1课时 点到直线的距离【讲义+习题】
展开第1课时 点到直线的距离
学习目标 1.会用坐标法、面积法推导点到直线的距离公式的运算过程.2.掌握点到直线的距离公式,并能灵活应用.
导语
在铁路的附近,有一大型仓库,现要修建一条公路与之连接起来,易知从仓库垂直于铁路方向所修的公路最短,将铁路看作一条直线l,仓库看作点P,怎样求得仓库到铁路的最短距离呢?
一、点到直线的距离公式
问题 如图,在平面直角坐标系中,已知直线l:Ax+By+C=0(A≠0,B≠0)和直线l外一点P(x0,y0),怎样求出点P到直线l的距离呢?
提示 根据定义,点P到直线l的距离是点P到直线l的垂线段的长,如图,过点P作直线l的垂线l′,垂足为Q,由l′⊥l可知l′的斜率为,
∴l′的方程为y-y0=(x-x0),与l联立方程组,
解得交点Q,
∴PQ=.
知识梳理
点P(x0,y0)到直线l:Ax+By+C=0的距离为d=.
注意点:
(1)利用公式时直线的方程必须是一般式;
(2)分子含有绝对值;
(3)若直线方程为Ax+By+C=0,则当A=0或B=0时公式也成立,但由于直线是特殊直线(与坐标轴垂直),故也可用数形结合求解.
例1 已知两点A(3,2),B(-1,4)到直线mx+y+3=0的距离相等,则m的值为( )
A.-6或1 B.-或1
C.-或 D.-6或
答案 D
解析 方法一 依题意得,直线mx+y+3=0过线段AB的中点或与直线AB平行.
①线段AB的中点坐标为(1,3),且在直线mx+y+3=0上.
∴m+3+3=0,解得m=-6;
②由两直线平行知=-m,解得m=.
因此m的值为-6或,故选D.
方法二 由题意得=.
解得m=-6或m=,故选D.
反思感悟 两点到直线的距离相等,可用几何法,即直线与两定点所在直线平行,或直线过以两定点为端点的线段的中点,此类题型也可用代数法.
跟踪训练1 (多选)已知平面上一点M(5,0),若直线l上存在点P使PM=4,则称该直线为点M的“相关直线”,下列直线中是点M的“相关直线”的是( )
A.y=x+1 B.y=2
C.4x-3y=0 D.2x-y+1=0
答案 BC
解析 选项A中,点M到直线y=x+1的距离d==3>4,即点M与该直线上的点的距离的最小值大于4,所以该直线上不存在点P,使PM=4,故A中的直线不是点M的“相关直线”;
选项B中,点M到直线y=2的距离d=|0-2|=2<4,即点M与该直线上的点的距离的最小值小于4,所以该直线上存在点P,使PM=4,故B中的直线是点M的“相关直线”;
选项C中,点M到直线4x-3y=0的距离d==4,即点M与该直线上的点的距离的最小值等于4,所以该直线上存在点P,使PM=4,故C中的直线是点M的“相关直线”;
选项D中,点M到直线2x-y+1=0的距离d==>4,即点M与该直线上的点的距离的最小值大于4,所以该直线上不存在点P,使PM=4,故D中的直线不是点M的“相关直线”.
二、点到直线的距离公式的简单应用
例2 求过点P(1,2)且与点A(2,3),B(4,-5)的距离相等的直线l的方程.
解 方法一 由题意知kAB=-4,线段AB的中点为C(3,-1),所以过点P(1,2)与直线AB平行的直线方程为y-2=-4(x-1),即4x+y-6=0.此直线符合题意.
过点P(1,2)与线段AB中点C(3,-1)的直线方程为=,即3x+2y-7=0.此直线也符合题意.
故所求直线l的方程为4x+y-6=0或3x+2y-7=0.
方法二 显然所求直线的斜率存在,
设直线方程为y=kx+b,
根据条件得
化简得或
所以或
所以所求直线l的方程为
y=-4x+6或y=-x+,
即4x+y-6=0或3x+2y-7=0.
反思感悟 求点到直线的距离时,直线方程应为一般式,若给出其他形式,应先化成一般式再用公式;直线方程Ax+By+C=0(A,B不全为0)中A=0或B=0时,公式也成立,但由于直线是特殊直线(与坐标轴垂直),故也可采用数形结合法求点到直线的距离.
跟踪训练2 已知点(a,2)(a>0)到直线l:x-y+3=0的距离为1,则a等于( )
A. B.2- C.-1 D.+1
答案 C
解析 由点到直线的距离公式得==1,∴|a+1|=.
∵a>0,∴a=-1.
三、点到直线距离公式的综合应用
例3 (1)已知O为原点,点P在直线x+y-1=0上运动,那么OP的最小值为( )
A. B.1 C. D.2
答案 A
解析 OP的最小值为原点O到直线x+y-1=0的距离d==.
(2)当点P(3,2)到直线mx-y+1-2m=0的距离最大时,m的值是________.
答案 -1
解析 直线mx-y+1-2m=0可化为y-1=m(x-2),由直线点斜式方程可知直线恒过定点Q(2,1)且斜率为m,结合图象可知当PQ与直线mx-y+1-2m=0垂直时,点到直线距离最大,此时m·=-1,解得m=-1.
反思感悟 解决有限制条件的点到直线的距离的问题需注意分类讨论,利用数形结合的思想,直观地观察一些量的变化,从而达到解决问题的目的.
跟踪训练3 (1)动点P(x,y)在直线x+y-4=0上,O为原点,求OP最小时点P的坐标;
(2)求过点P(1,2)且与原点距离最大的直线方程.
解 (1)直线上的点到原点距离的最小值即为原点到直线的距离,此时OP垂直于已知直线,
则kOP=1,
∴OP所在的直线方程为y=x.
由解得
∴点P的坐标为(2,2).
(2)由题意知,过点P且与OP垂直的直线到原点O的距离最大,∵kOP=2,
∴所求直线方程为y-2=-(x-1),
即x+2y-5=0.
1.知识清单:
(1) 点到直线的距离公式的推导过程.
(2) 点到直线的距离公式d=.
(3) 公式的应用.
2.方法归纳:公式法、数形结合.
3.常见误区:设直线方程忽略斜率是否存在.
1.原点到直线x+2y-5=0的距离为( )
A.1 B.
C.2 D.
答案 D
2.(多选)已知点M(1,4)到直线l:mx+y-1=0的距离为3,则实数m等于( )
A.0 B.
C.3 D.2
答案 AB
解析 点M到直线l的距离d==3,
所以m=0或.
3.已知点M(1,2),点P(x,y)在直线2x+y-1=0上,则MP的最小值是( )
A. B.
C. D.3
答案 B
解析 点M到直线2x+y-1=0的距离,即为MP的最小值,所以MP的最小值为=.
4.已知直线l经过点(-2,3),且原点到直线l的距离等于2,则直线l的方程为_____________.
答案 x+2=0或5x+12y-26=0
解析 当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为x=-2,符合原点到直线l的距离等于2.
当直线l的斜率存在时,设所求直线l的方程为y-3=k(x+2),即kx-y+2k+3=0,
由d==2,
得k=-,即直线l的方程为5x+12y-26=0.
综上,直线l的方程为
x+2=0或5x+12y-26=0.
1.(多选)直线l过点B(3,3),若A(1,2)到直线l的距离为2,则直线l的方程可以为( )
A.3x+4y-21=0 B.4x+3y-21=0
C.x=3 D.y=3
答案 AC
解析 当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为x=3满足条件.直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y-3=k(x-3),即kx-y+3-3k=0.由题意可得=2,解得k=-,所以直线l的方程为3x+4y-21=0.
综上,可得直线l的方程为
x=3或3x+4y-21=0.
2.已知直线l1:ax+y-1=0与直线l2:x-y+5=0互相垂直,则点(1,2)到直线l1的距离为( )
A.1 B.2 C. D.2
答案 C
解析 由已知得,=-a,=1,又l1⊥l2,
∴-a×1=-1,解得a=1.
此时直线l1的方程为x+y-1=0,
∴点(1,2)到直线l1的距离d==.
3.若直线l平行于直线3x+y-2=0且原点到直线l的距离为,则直线l的方程是( )
A.3x+y±10=0 B.3x+y±=0
C.x-3y±10=0 D.x-3y±=0
答案 A
解析 设与直线3x+y-2=0平行的直线方程为3x+y+m=0,由原点到直线l的距离为,得=,则m=±10,所以直线l的方程是3x+y±10=0.
4.点P(2,3)到直线l:ax+y-2a=0的距离为d,则d的最大值为( )
A.3 B.4 C.5 D.7
答案 A
解析 直线方程可变形为y=-a(x-2),据此可知直线恒过定点M(2,0),当直线l⊥PM时,d有最大值,结合两点间距离公式可得d的最大值为=3.
5.(多选)已知点A(-3,-4),B(6,3)到直线l:ax+y+1=0的距离相等,则实数a的值等于( )
A.- B.- C. D.
答案 AB
解析 由点到直线的距离公式可得
=,
化简得|3a+3|=|6a+4|,
解得a=-或-.
6.(多选)与直线3x-4y+1=0垂直,且与点(-1,-1)距离为2的直线方程为( )
A.4x+3y-3=0 B.4x+3y+17=0
C.4x-3y-3=0 D.4x-3y+17=0
答案 AB
解析 设所求直线方程为4x+3y+C=0.
则=2,
即|C-7|=10,解得C=-3或C=17.
故所求直线方程为
4x+3y-3=0或4x+3y+17=0.
7.倾斜角为60°,且与原点的距离是5的直线方程为____________________________.
答案 x-y+10=0或x-y-10=0
解析 因为直线斜率为tan 60°=,
所以可设直线方程为y=x+b,
化为一般式得x-y+b=0.
由直线与原点的距离为5,
得=5,即|b|=10.所以b=±10.
所以直线方程为
x-y+10=0或x-y-10=0.
8.经过两直线x+3y-10=0和3x-y=0的交点,且和原点相距为1的直线的条数为_______.
答案 2
解析 设所求直线l的方程为
x+3y-10+λ(3x-y)=0,
即(1+3λ)x+(3-λ)y-10=0,
因为原点到直线的距离
d==1,
所以λ=±3,
即直线方程为x=1或4x-3y+5=0,
所以和原点相距为1的直线的条数为2.
9.已知△ABC三个顶点的坐标A(-1,3),B(-3,0),C(1,2),求△ABC的面积S.
解 由直线方程的两点式得直线BC的方程为
=,即x-2y+3=0.
设点A到直线BC的距离为d,即为BC边上的高,
则d==.
由两点间距离公式得BC==2,所以S=BC·d=×2×=4,
即△ABC的面积为4.
10.已知直线l经过点P(-2,1),且与直线x+y=0垂直.
(1)求直线l的方程;
(2)若直线m与l平行且点P到直线m的距离为,求直线m的方程.
解 (1)由题意知直线l的斜率为1,所求直线方程为y-1=x+2,即x-y+3=0.
(2)由直线m与直线l平行,可设直线m的方程为x-y+c=0,由点到直线的距离公式得=,即|c-3|=2,
解得c=1或c=5.
所以所求直线m的方程为x-y+1=0或x-y+5=0.
11.(多选)已知点P在直线3x+y-5=0上,且点P到直线x-y-1=0的距离为,则点P的坐标为( )
A.(1,2) B.(3,-4)
C.(2,-1) D.(4,-3)
答案 AC
解析 设点P的坐标为(a,5-3a),
由题意得=,
解得a=1或2,
所以点P的坐标为(1,2)或(2,-1).
12.当点P(2,3)到直线l:ax+(a-1)y+3=0的距离d最大时,d与a的值依次为( )
A.3,-3 B.5,2
C.5,1 D.7,1
答案 C
解析 直线l恒过点A(-3,3),
根据已知条件可知,当直线ax+(a-1)y+3=0与AP垂直时,距离最大,最大值为5,此时a=1.
13.已知点P(1+t,1+3t)到直线l:y=2x-1的距离为,则点P的坐标为( )
A.(0,-2) B.(2,4)
C.(0,-2)或(2,4) D.(1,1)
答案 C
解析 直线l:y=2x-1可化为2x-y-1=0,依题意得=,整理得|t|=1,所以t=1或-1.当t=1时,点P的坐标为(2,4);当t=-1时,点P的坐标为(0,-2).
14.已知x+y-3=0,则的最小值为________.
答案
解析 设P(x,y),A(2,-1),
则点P在直线x+y-3=0上,
且=PA.
PA的最小值为点A(2,-1)到直线x+y-3=0的距离d==.
15.已知直线l:y=2ax+(a-2)过第一、三、四象限,其中a∈Z,则点A(1,-3)到直线l的距离为______.
答案
解析 因为直线l:y=2ax+(a-2)过第一、三、四象限,所以
所以0 又a∈Z,所以a=1,
所以直线l的方程为y=2x-1,
即2x-y-1=0,
所以点A(1,-3)到直线l的距离为==.
16.已知直线m:(a-1)x+(2a+3)y-a+6=0,n:x-2y+3=0.
(1)当a=0时,直线l过m与n的交点,且它在两坐标轴上的截距相反,求直线l的方程;
(2)若坐标原点O到直线m的距离为,判断m与n的位置关系.
解 (1)联立
解得
即m与n的交点为(-21,-9).
当直线l过原点时,直线l的方程为3x-7y=0;
当直线l不过原点时,设l的方程为+=1,
将(-21,-9)代入得b=-12,
所以直线l的方程为x-y+12=0,
故满足条件的直线l的方程为3x-7y=0或x-y+12=0.
(2)设原点O到直线m的距离为d,
则d==,
解得a=-或a=-,
当a=-时,直线m的方程为x-2y-5=0,
此时m∥n;
当a=-时,直线m的方程为2x+y-5=0,
此时m⊥n.