引入

两条直线的交点,为什么要用方程组来求?

点到直线的距离公式里为什么有绝对值,还有 ?

两条平行线之间的距离,为什么不能直接用两个截距相减?

解析几何的度量问题都可以归结为”用坐标表达几何量”。交点对应方程组的解,距离对应投影的长度。

正文

定义

两条直线的交点是同时满足两条直线方程的点,其坐标是相应二元一次方程组的解。

交点与方程组解的关系

设 ,。

方程组解的情况行列式 两直线关系
唯一解相交于一点
无解 且 不成比例平行
无穷多解 且系数成比例重合

这个对应关系是线性方程组的几何解释:方程组的解集就是直线的交集。

两点间距离

这是勾股定理的直接应用:横坐标差与纵坐标差构成直角三角形的两条直角边。

点到直线的距离

其中直线为 ,点为 。

公式的三个部分各有含义:

部分含义
把点代入直线方程左侧,衡量点”偏离”直线的程度
绝对值距离非负,点可能在直线两侧
法向量 的模,用于归一化

为什么除以 ? 因为 的值与 的模成正比:把方程两边同乘 ,左侧值翻倍,但直线没变。除以法向量模,恰好消去这种任意性。

推导思路:过 作直线的垂线,垂足为 ,则 与法向量 平行, 等于 在法向量方向上的投影长度。

两条平行线间的距离

设 ,(系数 、 必须相同),则

使用前提是 、 已经化成相同。如果两条线写成 与 ,必须先统一系数,否则公式不成立。

错误做法正确做法
直接取 $1-5
用截距相减截距差不是垂直距离

距离公式的统一视角

距离类型公式本质
两点距离向量模
点线距离$\dfrac{Ax_{0}+By_{0}+C
平行线距离$\dfrac{C_{1}-C_{2}

三者都可以看作”向量在某个方向上的投影长度”,只是参照的对象不同。

对称问题

类型做法
点关于点对称中点是已知点,用中点坐标公式反求
点关于直线对称中点在直线上 + 连线垂直于直线,联立求解
直线关于点对称取直线上两点,分别求对称点,再连线
直线关于直线对称转化为点关于直线对称

点关于直线对称的两个条件必须同时用:

  1. 中点坐标满足直线方程
  2. 连线方向与直线法向量平行(即连线垂直于直线)

只用一个条件会得到无穷多解。

常见误区

错误说法问题
”平行线距离是两个截距之差”需除以 且系数要统一
”点线距离不用绝对值”距离非负
”两直线无交点就是平行”也可能是重合(有无数交点)
“对称只需求中点”还需垂直条件
”点到直线距离公式可以直接用于参数方程”需先化为一般式

引出

为什么点到直线的距离公式与向量投影是同一件事?

把这个公式推广到空间,点到平面的距离公式是什么形式?

两条直线的夹角,能否用距离公式推导出来?