2-1 直線方程式及其圖形
1. A a
, 3 ,
B 1 , 1 , C 2 , 1
為平面上三點﹐(1)若 A﹐B﹐C 三點共線﹐求 a 之值﹒ (2)若AB BC﹐求 a 之值﹒
(1)BC所在的直線方程式為 2x3y ﹐ 1 , ,
A B C 三點共線﹐故2a 3 3 1﹐得a4﹒ (2)BC斜率為 1 1 2
2 1 3
﹐ AB 斜率為1 3 1 a
﹐ ABBC﹐故 1 3 2
1 a 3 1
﹐得 1 a ﹒ 3
2. 右圖為三直線x ﹐2y 1 0 x 與y 2 0 x3y 1 0 的圖形﹐
(1)試判別L 的方程式﹒ (2)試判別2 L 的方程式﹒ 3 (1)L2的斜率為負﹐得L2: 2x y 2 0﹒
(2)L 的斜率小於3 L1的斜率﹐得L3:x3y 1 0﹒
3. 求下列直線方程式﹕
(1)過
3 , 5
與 6 , 1
兩點的直線﹒ (2)過
3 , 5
﹐斜率為 2 的直線﹒(3)x 截距為 3﹐y 截距為5 的直線﹒ (4)通過
3 , 5
且平行3x 的直線﹒ y 1(1)過
3 , 5
與 6 , 1
兩點的直線為
5
1 5
3
6 3
y x
﹐
整理得 2x3y ﹒ 9
(2)由點斜式﹕y 5 2
x
3
﹐整理得 2x ﹒ y 11(3)由截距式﹕ 1 3 5 x y
﹐整理得 5x3y15﹒
(4)設平行 3x 的直線為 3x y ky 1 ﹐通過
3 , 5
﹐故k 4﹐得直線為 3x ﹒ y 4
4. 求通過點
2 , 3
﹐且兩軸截距相等的直線方程式﹒設 x 截距與 y 截距都為 a﹐
若a0﹐則直線過
2 , 3
與
0 , 0
﹐方程式為 3y 2x﹐即 3x2y ﹒ 0 若a0﹐可設直線為 x y 1
a ﹐又直線過點a
2 , 3
﹐則2 3
1 a 5
a a ﹐方程式為 1 5 5 x y
﹐即x ﹐ y 5 故所求直線方程式為x y 5及3x2y0﹒
5. 設A
1 ,a , B 3 , 4
兩點對稱於直線 yax b ﹐求數對
a b,
﹒A 與 B 對稱於直線﹐即直線是 AB 的中垂線﹒
AB 垂直該直線﹐即 AB 的斜率 4 1 3 1
a a
﹐得a2﹐ AB 的中點
1, 3
在直線上﹐即3 2 b﹐得b5﹒故
a b,
2 , 5
﹒6. 設A
6 , 7 ,
B 1 , 8 ,
C 2 , 9
﹐求(1)△ABC 的外心坐標﹒ (2)△ABC 的垂心坐標﹒
AB 的中點 5 15 2, 2 M
﹐AC的中點N
4 , 8
﹐AB 的斜率為 1
﹐7 AC的斜率為 1
﹒ 2 (1)外心為三中垂線交點﹐
AB 的中垂線﹕7x y 10﹐ AC的中垂線﹕ 2x ﹐ y 0 聯立解得外心為
2 , 4
﹒(2)垂心為三高交點﹐
過 C 且垂直 AB 的直線﹕ 7x ﹐ y 5 過 B 且垂直 AC的直線﹕ 2x ﹐ y 10 聯立解得垂心為
3 , 16
﹒7. 若 三 直 線L x1: 3y 1 0, L2:x y 3 0, L3: 2xky 不 能 圍 成 三 角1 0 形﹐則 k 的值可能為多少?
三直線不能圍成三角形的情形為彼此平行或三線共點﹐
(1)若L1, L2, L 共點﹐ 3 解 3 1 0
3 0 x y
x y
得x 2, y ﹒ 1
代入 2xky 得1 0 4 k 1 0﹐即k 3﹒ (2)若L1//L ﹐則3 1 2
3 k
﹐故k6﹒
(3)若L2//L ﹐則3 1 2 1 k
﹐故k 2﹒ 故 k 的值可能為3, 6或 2 ﹒
8. A
1 , 2 ,
B 7 , 2
﹐設點 P 在 x 軸上﹐且PAPB為最小﹐求 (1)P 點坐標﹒ (2)PAPB的最小值﹒(1)設 A 與 A' 對稱於 x 軸﹐則A'
1 , 2
﹐則 P 為 A'B 與 x 軸的交點﹐得P
3 , 0
﹒(2)PAPBPA'PB A'B4 5﹒
9. 兩直線L1:tx2y3t0﹐L2:
3t x
t 1
y 3 0﹐(1)若兩直線重合﹐求 t 的值﹒ (2)若兩直線平行﹐求 t 的值﹒
2 2
6 0 3
3 1
t t t t
t t
或 2﹐
2 3 2
2 0 1
1 3
t t t t
t
或 2﹐
(1)兩直線重合 2 3
3 1 3
t t
t t
﹐故 t =2﹒
(2)兩直線平行 2 3
3 1 3
t t
t t
﹐故 t =3﹒
10. 將一張畫有平面坐標系的紙摺疊一次﹐發現點 A
2 , 0
對到點B
0 , 4
﹐試問點P
4 , 6
所對到的點 Q 的坐標﹒AB 的中垂線 L 即是坐標平面上的摺線﹒
先求 AB 的中垂線 L ﹕ 因為 AB 的斜率為4 0 0 2 2
﹐中點 2 0 0 4,
1 , 2
2 2
﹐
故 : 2 1
1
L y 2 x ﹐即 :L x2y ﹒ 3 0
L 也是 PQ 的中垂線﹐過 P 且垂直 L 的直線為2x y 14﹐ 聯立 2 3 0
2 14 0 x y
x y
﹐解得 PQ 中點為
5 , 4
﹒設點 P 對於直線 L 的對稱點為Q x y
,
﹐PQ 的中點 4 ,6
5 , 4
2 2
x y
﹐得x6, y ﹐ 2 故點P
4 , 6
的對稱點為Q
6 , 2
﹒2-2 線性規劃
1. 圖解下列各不等式﹕
(1) 2x3y ﹒ (2)6 x 2y ﹒ 2 (1)因為不等式 2x3y 沒有等號﹐ 6
所以我們將直線 : 2L x3y 以虛線表示﹒ 6 將
0 , 0
代入 2x3y得3 0 2 0 0 6﹐因此 2x3y 的解為不包含6
0 , 0
的半平面﹒如下圖所示﹕
(2)先畫出直線L: x 2y ﹒ 2
將
0 , 0
代入 x 2y得
1 0 2 0 0 2﹐因此 x 2y 的解為不包含2
0 , 0
的半平面與直線 L ﹒ 如下圖所示﹕2. 圖解下列各二元一次聯立不等式﹕
(1) 2 0 x y x y
﹒ (2) 2 2 2 2 x y x y
﹒
(1)先畫出直線x 及y 2 x ﹒ y 0 因為將
1 , 0 代入兩個不等式皆滿足﹐所以聯立不等式 2
0 x y x y
的解如下圖所示﹕
(2)先畫出直線x2y 及2 x2y ﹒ 2 因為將
0 , 0
代入兩個不等式皆滿足﹐所以聯立不等式 2 2 2 2 x y x y
的解如下圖所示﹕
3. 設A
0 , 0
與B k
, 3
﹒已知直線 : 3L x4y 與線段 AB 相交﹐求實數6 k 的範圍﹒直線 : 3L x4y 將坐標平面分成兩個半平面﹐ 6 一個為 3x4y ﹐另一個為 36 x4y ﹒ 6 因為將A
0 , 0
代入 3x4y得到 0﹐所以A
0 , 0
在 3x4y 這個半平面上﹒ 6 又因為直線 : 3L x4y 與線段 AB 相交﹐ 6 因此﹐B k
, 3
不在半平面 3x4y 上﹐ 6即B k
, 3
滿足 3x4y ﹒ 6故將B k
, 3
代入 3x4y 得6 3k12 6﹐解得k2﹒本題亦可由圖觀察得k2﹒
4. 寫出聯立不等式﹐使其圖形為圖中的四邊形區域(含 邊界)﹒
求出過點
0 , 2
與
2 , 3
的直線方程式為x2y ﹐ 4過點
2 , 3
與
3 , 0
的直線方程式為 3x ﹒ y 9因為點
0 , 0
在四邊形區域內﹐所以將點
0 , 0
代入x2y及 3x y 內分別可得0 2 0 4且3 0 0 9﹐
故四邊形區域在x2y 及 34 x 的解區域內﹒ y 9
又因為四邊形區域在x軸的上方﹐ y 軸的右方﹐所以滿足x0﹐ y ﹒ 0
即此四邊形區域為聯立不等式
2 4
3 9
0 0 x y
x y x y
所代表的圖形﹒
5. 圖示二元一次聯立不等式
2 5 11
2 5 1
2 x y x y x
的解﹐並求在此解區域內有多少
個格子點﹒
圖解二元一次聯立不等式如下圖﹕
由圖可知﹕聯立不等式的解滿足 2 x 3﹐故
(1)當x 1時﹐解區域內有
1 , 0
﹐
1 , 1
﹐
1 , 2
﹐共 3 個格子點﹒(2)當x0時﹐解區域內有
0 , 0
﹐
0 , 1 ﹐
0 , 2
﹐共 3 個格子點﹒(3)當x1時﹐解區域內有
1 , 1 ﹐1 個格子點﹒(4)當x2時﹐解區域內有
2 , 1
﹐1 個格子點﹒綜合(1)(2)(3)(4)得共有 8 個格子點﹒
6. 清新蔬菜攤﹐今早向包鮮有機農場買進蔬菜﹐其總重量不超過 600 公斤﹐
總價錢不高於 21000 元﹒已知買進的蔬菜中含單價為每公斤 40 元的高麗 菜﹐和每公斤 30 元的小白菜﹒如果清新高麗菜的售價為每公斤 58 元﹐
小白菜的售價為每公斤 45 元﹐而且所有的蔬菜均能於當天銷售完畢﹔那 麼﹐清新應買進高麗菜與小白菜各多少公斤﹐才能有最大的利潤﹖
設清新買進x公斤的高麗菜和 y 公斤的小白菜﹐
其利潤為P
58 40
x 45 30
y18x15y元﹒依題意列式得
600
40 30 21000 0
0 x y
x y
x y
﹐整理得
600 4 3 2100
0 0 x y
x y x y
﹒
此聯立不等式的解如下圖所示﹕
將
525 , 0
﹐
300 , 300
﹐
0 , 600
代入P18x15y﹐所得對應的值如表﹕
x y,
525 , 0
300 , 300
0 , 600
18 15
P x y 9450 9900 9000
因此當清新買進 300 公斤的高麗菜和 300 公斤的小白菜時﹐有最大的利 潤 9900 元﹒
7. 某汽車公司有兩家裝配廠﹐生產甲﹑乙兩種不同型的汽車﹒若 A 廠每小 時可完成 1 輛甲型車與 2 輛乙型車﹔ B 廠每小時可完成 3 輛甲型車與 1 輛乙型車﹐今欲製造 30 輛甲型車﹑30 輛乙型車﹒問﹕這兩家裝配廠各 工作幾小時﹐才能使所費的總工作時數最少﹖
設 A 廠工作x小時﹐ B 廠工作 y 小時﹐其總工作時數為 P 小時﹒ x y
A 廠 B 廠 限制
甲型 1 輛 3 輛 30 輛 乙型 2 輛 1 輛 30 輛
依題意列式得
3 30 2 30
0 0 x y
x y x y
﹐
此聯立不等式的解如下圖所示﹕
將
0 , 30
﹐
12 , 6
﹐
30 , 0
代入 P ﹐所得對應的值如表﹕ x y
x y,
0 , 30
12 , 6
30 , 0
P x y 30 18 30
因此當 A 廠工作 12 小時﹐ B 廠工作 6 小時﹐其總工作時數最少為 18 小 時﹒
8. 安華帶了 60 元上市場買柳丁和葡萄柚﹒如果柳丁每個 6 元﹐葡萄柚每個 10 元﹐安華購買柳丁的個數至少是葡萄柚個數的 2 倍﹐且柳丁與葡萄柚 至少各買一個﹐那麼安華有多少種購買的方法﹖
設安華購買柳丁x個﹐葡萄柚 y 個﹒
依題意列式得 2
6 10 60 1
1 x y
x y
x y
﹐整理得 2
3 5 30 1
1 x y
x y x y
﹐
且x﹐ y 均為整數﹒
畫出解區域內的格子點如下圖﹕
共有 10 個格子點﹐因此共有 10 種買法﹒
9. 某工廠用兩種不同原料均可生產同一產品﹒若採用甲種原料﹐每公噸的 材料費 1000 元﹐運費 500 元﹐可得產品 90 公斤﹔若採用乙種原料﹐每 公噸的材料費 1500 元﹐運費 400 元﹐可得產品 100 公斤﹒今工廠每天預 算為總材料費不得超過 6000 元﹐總運費不得超過 2000 元﹒問﹕此工廠 每天最多可生產幾公斤的產品﹖
設此工廠每天採用甲種原料x公噸﹐乙種原料 y 公噸﹐
每天可生產P90x100y公斤的產品﹒
甲種 乙種 限制 材料費 1000 元 1500 元 6000 元
運費 500 元 400 元 2000 元
依題意列式得
1000 1500 6000 500 400 2000
0 0
x y
x y
x y
﹐整理得
2 3 12 5 4 20
0 0 x y x y x y
﹒
此聯立不等式的解如下圖所示﹕
將
0 , 4
﹐
4 , 0
﹐ 12 20,7 7
代入P90x100y﹐ 所得對應的值如表﹕
x y,
0 , 4
4 , 0
12 20,7 7
90 100
P x y 400 360 440 因此當工廠使用甲種原料12
7 公噸﹐乙種原料 20
7 公噸時﹐
可得最多的產品 440 公斤﹒
10. 某農夫有一塊菜圃﹐至少須施氮肥 5 公斤﹑磷肥 4 公斤及鉀肥 7 公斤﹒
已知農會出售甲﹑乙兩種肥料﹐甲種肥料每公斤 20 元﹐其中含氮 20%﹐
磷 10%﹐鉀 20%﹔乙種肥料每公斤 25 元﹐其中含氮 10%﹐磷 20%﹐鉀 20 %﹒問他須向農會購買甲﹑乙兩種肥料各多少公斤加以混合施肥﹐才 能使花費最少﹐而且又有足夠分量的氮﹑磷與鉀肥﹖
設農夫購買甲種肥料x公斤﹐乙種肥料 y 公斤﹐總花費為P20x25y元﹒
甲種 乙種 限制 氮肥 20% 10% 5 公斤 磷肥 10% 20% 4 公斤 鉀肥 20% 20% 7 公斤 每公斤價格 20 元 25 元
依題意列式得
20% 10% 5 10% 20% 4 20% 20% 7
0, 0
x y
x y
x y
x y
﹐整理得
2 50 2 40 35 0, 0 x y x y x y
x y
﹒
此聯立不等式的解如下圖所示﹕
將
0 , 50
﹐
15 , 20
﹐
30 , 5
﹐
40 , 0
代入P20x25y﹐所得對應的值如表﹕
x y,
0 , 50
15 , 20
30 , 5
40 , 0
20 25
P x y 1250 800 725 800
因此當農夫向農會購買甲種肥料 30 公斤﹐乙種肥料 5 公斤時﹐有最少的 花費﹐而且有足夠分量的氮﹑磷與鉀肥﹒
2-3 圓與直線的關係
1. 在坐標平面上﹐S:
x3
2 y4
2 ﹐下列何者正確﹖ 5(1)圖形為一個圓 (2)圖形對稱於x3 (3)圖形對稱於y 4 (4)圖形過原點 (5)圖形所圍的區域面積為5 ﹒
圖形S化成圓的標準式﹕
x3
2 y4
2
5 2﹐圓心為
3 , 4
﹐半徑 5 ﹐面積為5 ﹒原點
0 , 0
代入﹕
0 3
2 0 4
2
5 2﹐故圖形不過原點﹒故選(1)(2)(3)(5)﹒
2. 下列何者的圖形為一圓﹖
(1) x2y2 (2)0
x1
2 y1
2 64 (3) x2y24x4y 0(4)x2y24x4y16 (5)0
x1
x 3
y2
y4
0﹒(1)是一個點
0 , 0
﹒(2)是圓心
1 , 1
﹐半徑 8 的圓﹒將(3)配方得
x2
2 y2
2 ﹐其圖形為一圓﹒ 8 將(4)配方得
x2
2 y2
2 ﹐其圖形不存在﹒ 8 (5)是以
1 ,2
﹐
3 , 4
為直徑的圓﹒故選(2)(3)(5)﹒
3. 設k為實數﹐方程式C x: 2 y22kx2y2k ﹐ 4 0
(1)若C表一圓﹐求k的範圍﹒ (2)若C表一點﹐求k的值﹒
將方程式x2y22kx2y2k 配方得 4 0
x k
2 y1
2 k22k ﹒ 3(1)C表一圓﹐所以k22k ﹐即3 0
k3
k 1
0﹐k 3或k 1﹒(2)C表一點﹐所以k22k ﹐得3 0 k 3或 1 ﹒
4. 求圓心在直線 2x3y 上且通過兩點5
6, 0
﹐
5, 3
的圓方程式﹒設圓心M h k
,
﹒因圓心在直線 2x3y 上﹐所以5 2h3k 5﹒ 又圓通過兩點A
6 , 0
﹐B
5 , 3
﹐所以 MA MB ﹐即
h6
2k2
h5
2 k3
2﹐得h3k1﹒解 2 3 5 3 1 h k h k
﹐得
h k,
4, 1
﹐半徑MA
4 6
2 1 0
2 5﹐故圓方程式為
x4
2 y1
2 ﹒ 55﹒ 設圓C與x軸相切於
3 , 0
且截 y 軸的弦長為 8﹐求圓C的方程式﹒圓C與x軸相切於
3 , 0
﹐設圓心 M 為
3 , k
﹐則半徑為 k ﹐且圓心 M 到 y 軸的距離為3﹒ 由截 y 軸的弦長為8﹐得
2 2 2
3 4 25
k k 5﹒
故圓C的方程式為
x3
2 y5
2 25或
x3
2 y5
2 25﹒6. 求過點
2 , 1
且與兩軸都相切的圓方程式﹒過點
2 , 1
且與兩軸都相切﹐所求的圓必在第二象限﹒設圓半徑為 r ﹐因為與兩軸都相切﹐圓心為
r r,
﹐過點
2 , 1
﹐所以
r
2
2
r 1
2 r2﹐即r26r ﹐得5 0 r 5或 1﹒
故圓方程式為
x5
2 y5
2 25或
x1
2 y1
2 ﹒ 17. 下列哪一條直線是圓x2y2 的切線﹖ 4
(1)x2 (2)y (3)2 x (4) 3y 2 0 x4y10 ﹒ 0 (1)圓心
0 , 0
至直線距離等於半徑 2﹐所以為切線﹒(2)圓心
0 , 0
至直線距離等於半徑 2﹐所以為切線﹒(3)將直線化成y 代入圓方程式﹐得x 2 x2
x2
2 ﹐ 4即x22x 0 x0或 2 ﹒
有兩實根﹐表直線與圓交於兩點﹐非切線﹒
(4)將直線化成 3 10 4 4
y x 代入圓方程式﹐得
2
2 3 10
4 4 4
x x ﹐ 即16x2
3x10
2 64 25x260x36 ﹒ 0其判別式D602 4 25 36 ﹐故為切線﹒故選(1)(2)(4)﹒ 0 8. 直線y mx5和圓
x3
2 y1
2 ﹐ 9(1)若 L 與圓C相切﹐求m的值﹒
(2)若 L 與圓C相交於兩點﹐求m的範圍﹒
將直線ymx 代入圓方程式﹐得5
x3
2 mx 5 1
2 9
x 3
2 mx 4
2 9
1m2
x2
8m6
x16 ﹐ 0判別式D
8m6
2 4 16
m2 1
4 24
m7
﹐(1) 若 L 與圓C相切﹐則D0﹐解得 7 m24﹒ (2)若 L 與圓C相交於兩點﹐則D0﹐解得 7
m24﹒
9. 求通過P
2 , 3
且與圓 C﹕
x1
2 y2
2 相切的直線方程式﹒ 2 將
2 , 3
代 入 得
2 1
2 3 2
2 所以2
2 , 3
為圓上一點﹒
設通過P
2 , 3
的切線為 L﹐圓C的圓心為M
1 , 2
﹒因為P
2 , 3
是切點﹐MP 會垂直 L﹐其與 L 的斜率乘 積為1﹐又 MP 的斜率為
23 2 1 1﹐所以切線 L 的斜率為 1﹐利用點斜式﹐得切線 L 為y 3 1
x
2
﹐整理得x ﹒ y 5 010. 坐標平面上﹐圓 C﹕x2 y2 4x 2y 20 0﹐圓外一點P
2 ,6
﹐過 P對圓 C 做切線﹐切點為 A﹐B﹐求過 P﹐A﹐B 三點的圓方程式﹒
圓C:
x2
2 y1
2 ﹐圓心52 M
2 , 1
﹒由圖可知四邊形 PAMB 之對角互補
(PAM PBM 90 )﹐
所以﹐過 P ﹐ A ﹐ B 三點之圓亦過 M 點﹐
且所求圓是以 PM 為直徑之圓﹐
圓心為 PM 中點 2
2 6
1 7, 0,
2 2 2
﹐
半徑 1 1
2
2
2
6
1
2 412 2 2
r PM ﹒
故方程式為
2
2 7 41
2 4
x y ﹐整理得x2y27y ﹒ 2 0