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2-1 直線方程式及其圖形

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Academic year: 2022

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(1)

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ABBC﹐求 a 之值﹒

(1)BC所在的直線方程式為 2x3y  ﹐ 1 , ,

A B C 三點共線﹐故2a   3 3 1﹐得a4﹒ (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 x3y 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

(2)

3. 求下列直線方程式﹕

(1)過

3 , 5

 

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

 

6 , 1

兩點的直線為

5

1 5

    

3

6 3

y    x 

  ﹐

整理得 2x3y ﹒ 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 5x3y15﹒

(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﹐

a0﹐則直線過

2 , 3

0 , 0

﹐方程式為 3

y 2x﹐即 3x2y ﹒ 0 若a0﹐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3x2y0﹒

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a2﹐ AB 的中點

1, 3

在直線上﹐即3  2 b﹐得b5

a b,

 

2 , 5

(3)

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k6﹒

(3)若L2//L ﹐則3 1 2 1 k

  

 ﹐故k  2﹒ 故 k 的值可能為3, 6或 2 ﹒

(4)

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'PBA'B4 5﹒

9. 兩直線L1:tx2y3t0﹐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

tt       

  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

 

  

 

  ﹐

: 2 1

1

L y 2 x ﹐即 :L x2y  ﹒ 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x6, y ﹐ 2 故點P

4 , 6

的對稱點為Q

6 , 2

(5)

2-2 線性規劃

1. 圖解下列各不等式﹕

(1) 2x3y ﹒ (2)6  x 2y ﹒ 2 (1)因為不等式 2x3y 沒有等號﹐ 6

所以我們將直線 : 2L x3y 以虛線表示﹒ 6 將

0 , 0

代入 2x3y3 0 2 0    0 6

因此 2x3y 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

0 , 0

代入 x 2y

 

     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﹕

(6)

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x2y 及2 x2y  ﹒ 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﹕

(7)

3. 設A

0 , 0

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 x4y  將坐標平面分成兩個半平面﹐ 6 一個為 3x4y  ﹐另一個為 36 x4y  ﹒ 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 x4y  與線段 AB 相交﹐ 6 因此﹐B k

, 3

不在半平面 3x4y  上﹐ 6

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k2﹒

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

2 , 3

的直線方程式為x2y  ﹐ 4

過點

2 , 3

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x2y  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x0﹐ 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﹒

(8)

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x0時﹐解區域內有

0 , 0

 

0 , 1

0 , 2

﹐共 3 個格子點﹒

(3)當x1時﹐解區域內有

 

1 , 1 ﹐1 個格子點﹒

(4)當x2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﹒

(9)

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﹕

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

Pxy 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﹒

(10)

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﹕

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﹒

(11)

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

 

  

 

 

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﹒

(12)

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P90x100y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﹕

0 , 4

4 , 0

12 20,

7 7

 

 

 代入P90x100y﹐ 所得對應的值如表﹕

x y,

 

0 , 4

 

4 , 0

12 20,

7 7

 

 

 

90 100

Pxy 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﹒

(13)

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P20x25y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﹕

0 , 50

15 , 20

30 , 5

40 , 0

代入P20x25y﹐所得對應的值如表﹕

x y,

 

0 , 50

 

15 , 20

 

30 , 5

 

40 , 0

20 25

Pxy 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﹒

(14)

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x3 (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) x2y24x4y0

(4)x2y24x4y16 (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)﹒

(15)

3. 設k為實數﹐方程式C x: 2y22kx2y2k  ﹐ 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x2y22kx2y2k  配方得 4 0

x k

 

2 y1

2 k22k ﹒ 3

(1)C表一圓﹐所以k22k  ﹐即3 0

k3



k 1

0k 3k 1

(2)C表一點﹐所以k22k  ﹐得3 0 k 3或 1 ﹒

4. 求圓心在直線 2x3y 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 2x3y 上﹐所以5 2h3k 5﹒ 又圓通過兩點A

6 , 0

B

5 , 3

﹐所以 MA MB

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 ﹒ 5

5﹒ 設圓Cx軸相切於

3 , 0

且截 y 軸的弦長為 8﹐求圓C的方程式﹒

Cx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

x3

 

2 y5

2 25

(16)

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

r26r  ﹐得5 0 r 5或 1﹒

故圓方程式為

x5

 

2 y5

2 25

x1

 

2 y1

2  ﹒ 1

7. 下列哪一條直線是圓x2y2  的切線﹖ 4

(1)x2 (2)y  (3)2 x   (4) 3y 2 0 x4y10 ﹒ 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

x22x  0 x0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D602  4 25 36 ﹐故為切線﹒故選(1)(2)(4)﹒ 0 8. 直線y mx5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D0﹐解得 7 m24﹒ (2)若 L 與圓C相交於兩點﹐則D0﹐解得 7

m24﹒

(17)

9. 求通過P

2 , 3

且與圓 C﹕

x1

 

2 y2

2  相切的直線方程式﹒ 2

2 , 3

代 入 得

 2 1

 

2 3 2

2   所以2

2 , 3

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 0

10. 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﹒

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 41

2 2 2

rPM         ﹒

故方程式為

2

2 7 41

2 4

x y   ﹐整理得x2y27y  ﹒ 2 0

參考文獻

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