郑明(南京师范大学附属中学)
在笛卡尔坐标系中,直线的表达方式呈现多样化。常见的方程形式包括点斜式、截斜式、两点式、截距式、法线式以及一般式,此外还有参数形式的表达。之所以存在如此多种形式的方程,主要是因为它们各自具备独特的性质,能够满足不同场景下的应用需求。在解决具体问题时,根据题目的特征选择恰当的直线方程形式,从而实现准确、合理且简洁的解题过程,是学习直线方程时需要重点关注的内容。
为了在解题过程中能够巧妙地选择方程形式,首先需要全面了解各种形式的方程的特点及其相互之间的关联。显而易见,截斜式可以视为点斜式的一种特殊情况,而截距式则是两点式的特殊形式。由于通过两个已知点的直线是具有相同斜率(或倾角)的直线族中的一员,因此在这四种方程形式中,点斜式是最为基础的。此外,直线的斜率在直线应用中扮演着至关重要的角色,在处理与夹角相关的问题时几乎不可或缺。在解析几何中,两条直线的夹角通常通过它们的倾角来表示,而倾角又通过正切函数转化为斜率,进而与点的坐标建立联系。至于直线的法线式方程,由于其系数中包含距离信息,因此在解决与距离相关的问题时显得尤为便利。
接下来,通过几个实例来探讨选择方程形式的问题,同时也会提及一些在解题过程中容易出现的错误。
[例1]已知等腰三角形的底边所在直线的方程为3x+y-17=0,一腰所在直线的方程为x+y+7=0,另一腰经过点(3,12),求另一腰所在直线的方程。
解 一个三角形成为等腰三角形的充要条件中,“底角相等”这一性质使用起来最为便捷。这启示我们可以利用斜率的概念。现在所求的直线方程需要经过一个已知点,因此采用点斜式会更加合适。
设另一腰的直线斜率为k,三角形底角为θ,由于θ为锐角,所以
本文写作于八十年代,现在正切写为:tan θ
解得k=-1,k=7,经检验知,k=-1不符合要求,(为什么需要检验?)于是另一腰的直线方程为
y-12=7(x-3),
即
7x-y-9=0.
这种解法是否存在问题?读者可以先自行思考,通过阅读下面的例2就能得到答案。
[例2] 已知两点 A (1,0)、 B (3,2√3)到直线l的距离都等于1,求直线l的方程。
解 没有给出任何已知点,因此选择两点式与点斜式(包括斜截式)存在不便。由于题目中涉及“距离”这一条件,似乎应该选择法线式。为了避免解三角方程,一种常用的方法是仍然先设为斜截式再化成法线式来进行求解。
学习解析几何时要时刻注意联系平面几何的知识。要经常利用平面几何中的定理来简化问题中的条件与推理过程(在例1中,我们就是这样做的)。还要利用平面几何的性质作为对解答的一种直观检验。本例得出了三条直线,可能已经让一些同学感到意外。但如果用平面几何的方法进行思考,那么就会很容易发现应该存在四条直线(见图)。那么,还有一条直线到哪里去了?经过进一步研究,发现
除了x=3),只是偶然x=3不是所求的解,因而没有导致错误的结果。
这个例子告诉我们,应该关注各类直线方程所不包括的直线类型。点斜式(斜截式)不包括与 y 轴平行的直线,截距式不包括与x、y 轴平行的直线,而法线式和一般式则没有上述限制。因此,例2如果使用后两种直线方程进行求解,都可以得到四条直线,只是计算过程会相对复杂一些。同学们不妨尝试进行验证。
最后,列出几个题目供同学们进行练习。
1、已知等腰直角三角形斜边所在的直线方程为 3x-y+5=0,直角顶点为(4,1),求两条直角边所在直线的方程。
2、设直线2x+ y=1为三角形一内角平分线,点(1,2)与(-1,-2)为三角形两顶点,求其第三顶点。
3、已知直线过点(-1,-4),它在两坐标轴上的截距为负值,且其积为最小,求此直线方程。
4、已知直线过点(-1,1),且与两坐标轴围成三角形的面积等于3,求其方程。
5、一直线过点(-1,1),它被两平行直线
x+2y=1与x+2y=3
所截得线段的中点在直线x-y=1上,求其方程。
6.已知直线被两平行直线
3x+4y+8=0与3x+7y-7=0
所截得线段长为3√2,并过点(2,3),求其方程。
7,设 f(x,y)=a₀x³+a₁x²y+a₂xy²+a₃y³=0表示三条直线,则点 P ( m,n)到此三直线的距离之积为
本文完。
选自《数理化生园地》创刊号1983年,上海科学技术出版社。
特别收录
《数学辞海》第一卷中关于直线方程的部分条目:
科学尚未普及,媒体还需努力。感谢阅读,再见。