2.2 直线的方程
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考过本节的真题
没有考过本站语料里还没有一道真题考到这一节:现有攻略中没有任何一篇,经由引本节作教材出处的实体连到本节。这一段是两跳派生的(节 ← 实体 ← 攻略),源里没有「节 → 题」的手写声明——新的攻略一上站,清单会自己长出来。它说的是本站已上站的那些卷子里没有考到,不是「高考不考这一节」。
讲解
本站对这一节的重写(不是原书转写):顺序可重组、推导可补全,目标是易读易学 + 与真题关联。原文以上方扫描图为准。
上一节把”两条直线的位置关系”翻译成了斜率之间的等式,但直线本身还没有方程。 这一节补上第一块:给一个点、给一个斜率,直线的方程长什么样。答案是点斜式
以及它的一个特例——斜截式 。
两个式子都一眼能记住,所以这一节值得花力气的地方在别处:为什么这个方程恰好是那条直线,一个点不多、一个点不少; 以及它用不了的时候该怎么办——竖直线是没有点斜式的。
一、点斜式:先看它是怎么被”凑”出来的
设直线 过点 、斜率为 。取 上任意一个不同于 的点 , 由斜率公式
两边乘 ,得
这一步乘法不是”整理式子”,它实实在在地改变了解集,而且改得正好: 斜率公式那个分式要求 ,把 自己排除在外;乘过去之后, 、 代进去得 , 被收了回来。 所以点斜式方程比斜率公式”多一个点”,而多出来的那个点正是 。
二、课本为什么要证两个方向
课本没有直接说”于是这就是直线的方程”,而是分两条写:
- 直线 上每一个点的坐标都满足 ;
- 坐标满足 的每一个点都在直线 上。
两条缺一不可,这是”曲线与方程”这件事的定义本身:说”某方程是某图形的方程”, 意思就是解集与点集完全相同。只证第 1 条,方程可能”太松”(解集比直线大, 比如 也被直线上的点全满足,但它还多出一整条竖直线); 只证第 2 条,方程可能”太紧”(解集比直线小,比如把方程再配上 )。
第 2 条的证法值得看一遍,因为它示范了怎么用上一节的结论: 设 的坐标满足方程,即 。
- 若 ,代入得 ,于是 就是 ,当然在 上;
- 若 ,可以两边除以 ,得 , 这说明直线 的斜率也是 。于是直线 与直线 斜率相同且都过 —— 按上一节,斜率相同只能平行或重合,而它们有公共点 ,所以重合。故 在 上。
注意这里又一次用到了”斜率相等 + 有公共点 重合”, 和上一节证三点共线用的是同一条。
三、两种倾斜角的特殊情形
课本用”思考”提了两问,答案要分清”能不能写成点斜式”与”有没有方程”两件事。
倾斜角 :,点斜式给出 ,即 。 点斜式在这里完全可用,只是长得特别简单。这是一条水平直线。
倾斜角 : 无意义,直线没有斜率,点斜式写不出来。 但直线当然有方程:这条直线上每个点的横坐标都是 ,方程是
“没有点斜式”不等于”没有方程”,这是本节最容易被记混的一句。 凡是题目里出现”过定点作直线”而斜率未给定,都要在开头写一句”当直线斜率不存在时, 方程为 ,此时……”,把这一支单独验一遍。漏掉竖直线是这一章最高频的失分点。
比「补一句」更高一层:换一个能标全的量
上面那句叮嘱是打补丁:承认 标不全「过 的直线」这一族,然后把漏掉的那一条单独捡回来。 补丁必须打,但还有第二条路——换一个能把这一族标全的量,例外档自然就不存在了。
常用的三个替身:
-
倾斜角 (或方向向量)。写成
取遍 就取遍了所有方向, 只是其中一个普通的取值,不是例外。
-
把 解出来:。 它覆盖除水平线之外的全部直线——漏掉的那一档换了个人当。 所以它不是万能的,而是看题:若题目本身保证了这条直线不可能水平(比如它要与某曲线交于上下两点), 那这一换就是白赚,一句讨论都不用写。
-
换一个几何量当主元。 若要求的那个量恰好只由「某个定点到这条直线的距离 」决定,就直接以 为变量。 这一换最彻底: 的取值范围往往是一个干净的闭区间,端点各自对应一个具体的极端位置, 连”这一档存不存在”都不必单独讨论。
换成功的判据只有一句:换完之后问「这个参数取遍它的范围时,原来那一族直线是不是被取遍了?」 答”是”才算换成功;答”不是”,那句补充讨论照样要写。
值得换的理由不只是省一行字。 漏掉的那一档常常正是退化档——三角形压成一条线、弦长为零、两点重合。 用一个标得全的参数时,退化档会自动表现为”目标函数在区间端点取 ”: 不用你去说它不成立,函数自己说了。
顺带一提,§2.2.3 的一般式 是同一个念头的另一个版本:它把竖直线一起装进去了。
四、斜截式:截距不是距离
把点斜式里的定点取成直线与 轴的交点 ,得
叫做直线在 轴上的截距。课本在旁边问了一句”截距是距离吗”,答案是不是:
- 截距是交点的纵坐标,是一个实数,可正、可负、可以是 ;
- 距离是长度,永远非负。
直线 在 轴上的截距是 ,不是 。 把截距当成距离、答案自动取正,是这一节的第二个高频错。 (同理,后面遇到”在 轴上的截距”,指的是与 轴交点的横坐标。)
斜截式与一次函数
课本的第二个”思考”问的是它们的关系。可以这样对齐:
- 当 时, 就是一次函数的表达式,图象是一条不与坐标轴平行的直线;
- 当 时, 是常函数,它不是一次函数,但仍然是一条直线(水平线);
- 竖直线 根本不是函数的图象(一个 对应无穷多个 ),所以它写不成 。
所以”直线”这个集合比”一次函数的图象”这个集合严格更大。 课本举的三个例子按这个口径读: 是斜率 、截距 ; 是斜率 、截距 , 过原点; 是斜率 、截距 ,倾斜角是钝角。
用斜截式重述平行与垂直
课本例 2 把上一节的两条判定换成斜截式的语言:对 、,
平行那一条里的 就是上一节”要排除重合”那一步,在斜截式下它变成了一个一眼可查的条件—— 这正是斜截式的好处: 管方向、 管位置,两件事被拆开了。 (垂直那一条不需要附加条件,因为 本身就蕴含 。)
五、点斜式怎么用:三种常见的问法
- 给点给斜率(或给倾斜角):直接代。给倾斜角时先算 , 要改写成 。
- 给点、给”与某直线平行/垂直”:先由上一节的判定算出 (平行取相同斜率,垂直取负倒数),再代点斜式。 垂直时若已知直线的斜率是 ,则所求直线竖直,要写成 。
- 给点、斜率待定:设 去解,但必须在开头补一句竖直线的讨论, 因为这个设法已经默认了斜率存在。这一句常常正好是一个答案。
画图只要两个点。 课本例 1 的做法值得照搬:写出方程后,随便取一个 算出 , 连 与 即可。取值时挑能让运算变整的那个数。
六、易错清单
按考场上真正丢分的顺序排:
- 斜率不存在的直线漏掉了。 设 时就已经假定 存在, 题目若没排除竖直线,必须单独讨论 。
- 把截距当成距离,答案自动取正、或者把 写成 。
- 倾斜角 时去算 。 它无意义,不是”很大”,也不是 。
- 平行判定漏了 。 只写 会把重合放进来。
- 点斜式的括号里写反符号。 过 的直线是 , 括号里是” 减去横坐标”,横坐标是负数时要连着负号一起减。
- 把”一次函数”与”直线”当成一回事,于是漏掉 与竖直线两种。
七、这一节往后连到哪
页面下方那一段”考过本节的真题”是派生的、也是完整的,这里只给一个读的顺序:
- 先看直接写方程的题:给点给斜率、给点给平行/垂直条件。这类题练的是代入不出错与竖直线的讨论。
- 再看”设直线”的题:题目求的是直线满足某条件时的参数或轨迹,标准开头是 “设 “,随后整段推导都建立在”斜率存在”上——所以开头那句竖直线的讨论是必须写的, 它不是形式,它常常是答案的一部分。
- 最后看圆锥曲线里的联立题: 代入圆锥曲线方程,得到关于 的二次方程, 再用韦达定理。这类题的骨架就是本节的斜截式, 与 是全场的主角。 读这类题时留意一件事:凡是”设 “的解法,开头那句竖直线的讨论都是它欠的账; 而换主元的解法(上面 §三 末尾那一段)连账都不欠。同一道题里两种写法并排放着时, 这个差别比”哪种算得快”更值得记。
再往后,§2.2.2 用两点式、§2.2.3 用一般式给出直线方程的另外两种写法。 一般式 的最大好处正是它把竖直线一起装进去了, 本节反复叮嘱的那句讨论,到那时可以省掉。
习题详解(本站解答,无官方答案可核)
人教 A 版学生用书不含答案,教师用书与全解不在本站语料里——因此本节习题的解答无官方答案可核,它们是本站写的。每一道都过了独立 verifier 的 refute 优先复核(默认它有问题,找不出问题才放行),但那不等于官方标准答案:拿它对思路,别拿它对分。
本节目录下这三页上只印着一组「练习」的开头(第 61 页,page-0066),且这一组题被页边界劈开了:
第 1 题的 (1)(2)(3) 三小问印在这一页上,(4) 以及第 2、3、4 题印在下一页(第 62 页,page-0067),
而下一页属于 §2.2.2 直线的两点式方程的目录。引文比对靶只取本份所在目录的 page-*.md,
所以这一份只收印在这里的那三小问,其余的归 §2.2.2 那一份收。这几页上没有「习题 2.2」,
那一组印在 §2.2.3 直线的一般式方程的页上。
下面先逐字引课本的题面(引用块),再写解答。
三小问都在做同一件事:把”一个定点 + 一个斜率”直接塞进点斜式
所以每一问的流程固定为三步。第一步认出定点 ; 第二步求出斜率 ,给倾斜角就先算 ,并确认 ,否则没有点斜式; 第三步代入,括号里写的是 减横坐标。
练习(第 61 页)第 1 题
- 写出下列直线的点斜式方程:
(1) 经过点 ,斜率是 ;
(2) 经过点 ,倾斜角是 ;
(3) 经过点 ,倾斜角是 ;
(1) 定点是 ,斜率直接给出 ,斜率存在,点斜式可用。代入 :
即
自检:把 代回,左边 ,右边 , 两边相等,直线确实过 。再看斜率:把方程整理成 , 的系数是 ,与题给的斜率一致。
注意纵坐标是负数时的写法:, 减一个负数变成加,这一处写成 就错了。
(2) 定点是 。倾斜角 ,所以斜率存在,
代入点斜式:
即
自检:把 代回,左边 ,右边 ,相等。 又 ,与”倾斜角 是锐角”相符。
这一问的两个坑:一是 要写成 (有些人记成 , 值一样但没有分母有理化,不是最简形式);二是横坐标 是负数, 括号里 要化成 ,别把根号前的负号丢掉。
(3) 定点是 。倾斜角 ,斜率存在,
代入点斜式:
即
自检: 是一条平行于 轴的水平直线,它过 ,倾斜角确实是 , 斜率 ,与代入的值一致。
这一问要说清一件事:倾斜角 时点斜式完全可用,只是右边整项为零、方程退化成 。 这与倾斜角 的情形有本质区别——后者 无意义、直线没有斜率、 点斜式根本写不出来,那时方程只能写成 。 本题三小问的倾斜角分别是”给定斜率""""",没有一个是 ,所以三问都写得出点斜式。
这道题的关键动作:点斜式里的两个空——定点与斜率——分别从”经过点……”和”斜率是……/倾斜角是……” 两句话里各取一个,代进去就完事;真正要停下来想一秒的只有两处, 负坐标的减号和倾斜角是不是 。
原书转写(OCR,供核对)
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机器转写,如有出入以上方扫描图为准。它是原文可搜索、可复制公式、读屏器读得出的形态, 也是教材原文引文的逐字比对靶。
2.2 直线的方程
我们知道,给定一点和一个方向可以唯一确定一条直线。这样,在平面直角坐标系中,给定一个点 和斜率 (或倾斜角),就能唯一确定一条直线。也就是说,这条直线上任意一点的坐标 与点 的坐标 和斜率 之间的关系是完全确定的。那么,这一关系如何表示呢?下面我们就来研究这个问题。
2.2.1 直线的点斜式方程
如图2.2-1,直线 经过点 ,且斜率为 设 是直线 上不同于点 的任意一点,因为直线 的斜率为 ,由斜率公式得
即
由上述推导过程可知:
(1)直线 上每一个点的坐标()都满足关系式 ;反过来,我们还可以验证

(2)坐标满足关系式 的每一个点都在直线 l 上.
事实上,若点 的坐标 满足关系式 ,则
当 时, ,这时点 与 重合,显然有点 在直线 上;
点 的坐标 满足关系式 吗?
当 时,有 ,这表明过点 , 的直线 的斜率为 。因为直线 , 的斜率都为 ,且都过
。
建立直线的方程,就是利用确定直线位置的几何要素,建立直线上任意一点的横坐标 x,纵坐标 y 所满足的关系式.
点 ,所以它们重合.所以,点 在直线 上.
由(1)(2)可得:坐标满足关系式 的点一定在直线 上;直线 上任意一点的坐标一定满足关系式 。我们把方程
称为过点 ,斜率为 的直线 的方程.
方程 由直线上一个定点 及该直线的斜率 k 确定,我们把它叫做直线的点斜式方程,简称点斜式(point slope form).
思考
(1) 当直线 l 的倾斜角为 时,直线 l 的方程是什么?为什么?
(2) 当直线 l 的倾斜角为 时,直线 l 的方程如何表示?为什么?
当直线 的倾斜角为 时(图2.2-2),,即 ,这时直线 与 轴平行或重合,直线 的方程是
,即 .


当直线 的倾斜角为 时(图2.2-3),由于 无意义,直线没有斜率,这时直线 与 轴平行或重合,它的方程不能用点斜式表示。又因为这时直线 上每一点的横坐标都等于 ,所以它的方程是
例 1 直线 l 经过点 ,且倾斜角 ,求直线 l 的点斜式方程,并画出直线 l.
解:直线 经过点 ,斜率 ,代入点斜式方程得

画图时,只需再找出直线 上的另一点 ,例如,取 ,则 ,得点 的坐标为 ,过 两点的直线即为所求,如图2.2-4所示.
图2.2-4
下面我们看点斜式的一种特殊情形:如果斜率为 的直线 过点 ,这时 是直线 与 轴的交点,代入直线的点斜式方程,得
即
我们把直线 与 轴的交点 的纵坐标 叫做直线 在 轴上的截距 (intercept). 这样, 方程 由直线的斜率 与它在 轴上的截距 确定, 我们把方程 叫做直线的斜截式方程, 简称斜截式 (slope intercept form). 其中, 和 均有明显的几何意义: 是直线的斜率, 是直线在 轴上的截距.
截距是距离吗?
思考
方程 与我们学过的一次函数表达式类似。我们知道,一次函数的图象是一条直线,你如何从直线方程的角度认识一次函数 ?你能说出一次函数 , 及 图象的特点吗?
例2 已知直线 ,试讨论:(1) 的条件是什么?(2) 的条件是什么?
分析:回顾前面用斜率判断两条直线平行、垂直的结论,可以发现 或 时, 与 应满足的关系.
解:(1)若 ,则 ,此时 与 轴的交点不同,即 ;反之,若 ,且 ,则
(2) 若 ,则 ;反之,若 ,则 .
由例 2 我们得到,对于直线 ,
练习
- 写出下列直线的点斜式方程:
(1) 经过点 ,斜率是 ;
(2) 经过点 ,倾斜角是 ;
(3) 经过点 ,倾斜角是 ;