Hình học 10|
HÌNH HỌC 10
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG MẶT PHẲNG
BÀI 1: PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG THẲNG
LÝ THUYẾT.
I
=
1. Vectơ chỉ phương của đường thẳng.
=
- Vectơ u được gọi là vectơ chỉ phương của đường thẳng nếu u 0 và giá của của u song song
=
hoặc trùng với .
I
2. Phương
trình tham số và phương trình chính tắc của đường thẳng.
- Trong mặt phẳng Oxy cho đường thẳng đi qua điểm M x0 ; y0 và nhận vectơ u u1 ; u2 làm
x x0 u1t
vectơ chỉ phương có phương trình tham số là
.
y y0 u2t
-Trong mặt phẳng Oxy cho đường thẳng đi qua điểm M x0 ; y0 và nhận vectơ
u a ; b ab 0 làm vectơ chỉ phương có phương trình chính tắc là
x x0 y y0
.
a
b
- Nếu đường thẳng có vectơ chỉ phương u u1 ; u2 với u1 0 thì hệ số góc của là k
u2
.
u1
- Nếu đường thẳng có hệ số góc k thì vectơ u 1; k là một vectơ chỉ phương của .
3. Vectơ pháp tuyến của đường thẳng.
- Vectơ n được gọi là vectơ pháp tuyến của đường thẳng nếu n 0 và n vuông góc với vectơ
chỉ phương của .
4. Phương trình tổng quát của đường thẳng.
- Phương trình ax by c 0 với a 2 b2 0 được gọi là phương trình tổng quát của đường thẳng.
- Trong mặt phẳng Oxy cho đường thẳng đi qua điểm M x0 ; y0 và nhận vectơ n a ; b làm
vectơ pháp tuyến có phương trình tổng quát là a x x0 b y y0 0 ax by c 0 với
c ax0 by0 .
u b ; a
- Đường thẳng có vectơ pháp tuyến n a ; b vectơ chỉ phương là
.
u b ; a
n u2 ; u1
- Đường thẳng có vectơ chỉ phương u u1 ; u2 vectơ pháp tuyến là
.
n u2 ; u1
5. Công thức giải nhanh
Cho đường thẳng d1 : ax by c 0 và d2 : ax by c 0 cắt nhau tại một điểm. Khi đó phương
trình các đường phân giác của các góc tạo bởihai đường thẳng trên là
ax by c
ax by c
2
2
a b
a2 b2
1|
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
DẠNG1: VIẾT PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG THẲNG
| Chương 3: Phương pháp tọa độ trong mặt phẳng
II
=
=
=I
BÀI TẬP TỰ LUẬN.
Ví dụ 1
Ví
Lập phương trình tham số đường thẳng , biết đi qua điểm A 1;3 và có vectơ chỉ phương
u 4;1 .
Lời giải
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
x 1 4t
qua A 1;3
Ta có :
.
PTTS :
y
3
t
VTCPu
4;1
Ví dụ 2
Ví
Lập phương trình tham số của đường thẳng , biết đi qua điểm A 2;1 và B 5; 3 .
Lời giải
x 2 7t
Ta có: qua A , B nên vectơ chỉ phương của là AB 7; 4 PTTS :
.
y 1 4t
Ví dụ 3
Ví
Lập phương trình tham số của đường thẳng , biết đi qua điểm A 1;1 và có hệ số góc k 2 .
góc k 2
x 1 t
u 1; 2 PTTS :
.
y 1 2t
Do
có
hệ
số
Lời giải
nên vectơ chỉ
phương của
đường
thẳng
là
Ví dụ 4
Ví
Lập phương trình tham số đường thẳng , biết đi qua điểm A 0;7 và có vectơ pháp tuyến
n 2; 3 .
Lời giải
x 3t
Do có vectơ pháp tuyến n 2; 3 nên vectơ chỉ phương của là u 3; 2 :
.
y 7 2t
Ví dụ 5
Ví
Lập phương trình tổng quát đường thẳng , biết đi qua điểm A 2;1 và có vectơ pháp tuyến
|2
Hình học 10|
n 3;5 .
Lời giải
qua A 2;1
Ta có :
PTTQ :3 x 2 5 y 1 0 3x 5 y 1 0 .
VTPT
n
3;5
Ví dụ 6
Ví
Lập phương trình tổng quát đường thẳng , biết đi qua điểm M 4;3 và có vectơ chỉ phương
u 6;1 .
Do đường thẳng có vectơ chỉ phương u 6;1 nên vectơ pháp tuyến của là n 1;6 .
Phương trình tổng quát của : 1 x 4 6 y 3 0 x 6 y 14 0 .
Ví dụ 7
Ví
Lập phương trình tổng quát đường thẳng , biết đi qua điểm H 2; 2 và K 5; 1
Lời giải
Ta có: qua H , K nên vectơ chỉ phương của là HK 7;1 vectơ pháp tuyến của là
n 1;7 PTTQ :1 x 2 7 y 2 0 x 7 y 12 0 .
Ví dụ 8
Ví
Lập phương trình tổng quát của đường thẳng , biết đi qua điểm E 1; 2 và có hệ số góc
k
1
.
2
Lời giải
1
1
nên vectơ chỉ phương của đường thẳng là u 1; vectơ pháp
2
2
1
1
5
1
tuyến của là n ; 1 .Phương trình tổng quát của : x 1 1 y 2 0 x y 0 .
2
2
2
2
Do có hệ số góc k
Cách 2 : đi qua điểm E 1; 2 và có hệ số góc k
y
1
2
nên có phương trình:
1
1
5
x 1 2 x y 0 .
2
2
2
Ví dụ 9
Ví
Cho tam giác ABC có A 1 ; 4 , B 3 ; 2 , C 7 ; 3 . Lập phương trình đường cao của tam giác
3|
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
Lời giải
| Chương 3: Phương pháp tọa độ trong mặt phẳng
ABC kẻ từ A.
Lời giải
Ta có BC 4 ; 1
Phương trình đường cao tam giác ABC kẻ từ A là: 4 x 1 y 4 0 4 x y 8 0
Ví dụ 10
Ví
Cho tam giác ABC có A 2;0 , B 0;3 , C –3;1 .Viết phương trình đường thẳng d đi qua B và
song song với AC .
Lời giải
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
Đường thẳng d đi qua điểm B 0;3 và có vtcp AC 5;1 vtpt n 1;5
Vậy phương trình tổng quát của đường thẳng d : x 5 y –15 0 .
Ví dụ 11
Ví
Cho ABC có A 1 ;1 , B 0 ; 2 , C 4 ; 2 . Viết phương trình tổng quát của trung tuyến CM .
Lời giải
1
7
1
5
Gọi M là trung điểm của đoạn thẳng AB suy ra M ; , CM ; .
2
2
2
2
1
Đường CM đi qua C 4 ; 2 nhận vectơ CM 7 ;5 làm vtcp nên có vtpt nCM 5; 7 .
2
Vậy pttq của đường thẳng CM là 5( x 4) 7( y 2) 0 5x 7 y 6 0 .
Ví dụ 12
Ví
Tam giác ABC có đỉnh A 1 ; 3 . Phương trình đường cao CC :3
x 8 y 12 0 . Viết
phương trình đường thẳng AB
Lời giải
Đường thẳng CC :3
x 8 y 12 0 có VTPT nCC ' 3 ; 8 nên có VTCP uCC ' 8; 3
Vì AB CC ' nên đường thẳng AB có VTPT nAB uCC ' 8; 3
Từ đó suy ra phương trình đường thẳng AB là: 8( x 1) 3( y 3) 0 8x 3 y 1 0
|4
Hình học 10|
Ví dụ 13
Ví
Gọi H là trực tâm tam giác ABC , có phương trình của cạnh AB : 7 x y 4 0 và các đường cao
tam giác là BH : 2x y 4 0 ; AH : x y 2 0 .Viết phương trình đường cao CH của
tam giác ABC .
Lời giải
Ta có CH AB mà AB : 7 x y 4 0 nên CH có VTPT n 1;7
Vậy CH có phương trình: 1 x 2 7 y 0 0 x 7 y 2 0 .
Ví dụ 14
Ví
Viết phương trình tham số và phương trình chính tắc của đường thẳng d trong mỗi trường hợp sau:
a. d đi qua A 1;2 và song song với đường thẳng 5 x 1 0 .
b. d đi qua B 7; 5 và vuông góc với đường thẳng x 3 y 6 0 .
Lời giải
a. d song song với đường thẳng 5 x 1 0 nên nó nhận u 0; 5 là một vectơ chỉ phương.
x 1
Vậy d có phương trình tham số
và không có phương trình chính tắc.
y 2 5t
b. d vuông góc với đường thẳng x 3 y 6 0 nên nó nhận vectơ pháp tuyến u 1;3 của
x 7 t
đường thẳng này làm vectơ chỉ phương. Vậy d có phương trình tham số
và có
y 5 3t
x7 y 5
phương trình chính tắc
.
1
3
Ví dụ 15
Ví
x 2 3t
Cho đường thẳng d :
. Viết phương trình tham số và phương trình tổng quát của đường
y 1 t
thẳng đi qua M 0;1 và vuông góc với d .
Lời giải
d có vectơ chỉ phương u 3;1 .
5|
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
2 x y 4 0 x 2
Gọi H x; y ,khi đó x, y là nghiệm của hệ:
Từ đó H 2; 0
x y 2 0
y 0
| Chương 3: Phương pháp tọa độ trong mặt phẳng
Đường thẳng vuông góc với d nên có vectơ pháp tuyến là n 3;1 .
Phương trình đường thẳng đi qua M 0;1 là 3 x 0 1 y 1 0 3x y 1 0 .
x t
Từ phương trình tổng quát, cho x t ta được phương trình tham số là d :
.
y 1 3t
Ví dụ 16
Ví
Viết phương trình các đường cao của tam giác ABC biết A 1; 2 , B 2; 4 , C 1;0 .
Lời giải
Ta có AB 3; 6 ; BC 1; 4 ; AC 2; 2 .
Gọi H là trực tâm của tam giác ABC .
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
Đường cao AH qua A và nhận BC làm vectơ pháp tuyến nên có phương trình:
1 x 1 4 y 2 0 x 4 y 9 0 .
Tương tự đường cao BH có phương trình: x y 6 0 .
Tương tự đường cao CH có phương trình: x 2 y 1 0 .
Ví dụ 17
Ví
Cho tam giác ABC biết trung điểm các cạnh AB, BC, CA lần lượt là M 1; 1 , N 1;9 , P 9;1 .
a. Viết phương trình đường thẳng chứa cạnh AB .
b. Viết phương trình các đường trung trực của tam giác ABC .
Lời giải
a. Phương trình cạnh AB đi qua M và có vectơ chỉ phương u NP 8 1; 1 .
x 1 y 1
x y 2 0.
1
1
b. Phương trình đường trung trực cạnh AB đi qua M và vuông góc với AB nên có vectơ pháp
tuyến là n 1; 1
d1 : x y 0
Tương tự,phương trình đường trung trực cạnh AC : x 5 y 14 0 .
Phương trình đường trung trực cạnh cạnh BC : 5x y 14 0
Ví dụ 18
Ví
|6
Hình học 10|
a. Đường thẳng d có vectơ chỉ phương u 2; 2 . Chuyển d về dạng phương trình tổng quát:
x y 1 0 .
Phương trình đường thẳng MI là: x y 2 0 .
Toạ độ toạ hình chiếu I của điểm M là nghiệm hệ phương trình
1
x
x y 1
2 I 1 ; 3
2 2
x y 2
y 3
2
b. Vì M ' đối xứng với M qua đường thẳng d nên I là trung điểm của MM ' . Suy ra
xM ' 2 xI xM 2
M ' 2; 4
yM ' 2 yI yM 4
Bình luận:
1. Cho điểm M xM ; yM và đường thẳng d : Ax By C 0 . Tìm tọa độ I là hình chiếu vuông
góc của M trên d .
Lời giải
Ax By C
Bước 1: Tìm số t như sau: t M 2 M2
A B
xI xM At
Bước 2: Ta có
yI yM Bt
Áp dụng:
Câu a. Phương trình tổng quát của đường thẳng d : x y 1 0 và M 3;1
+ Tìm số t
3 11 5
11
2
5
xI 3 1.
2 I1;5
+ Tọa độ điểm I thỏa mãn:
2 2
y 1 1. 5
I
2
7|
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
x 2 2t
Cho đường thẳng d :
và điểm M 3;1 .
y 1 2t
a. Tìm toạ hình chiếu I của điểm M lên đường thẳng d .
b. Xác định toạ độ điểm M ' đối xứng với M qua đường thẳng d .
Lời giải
| Chương 3: Phương pháp tọa độ trong mặt phẳng
2. Cho điểm M xM ; yM và đường thẳng d : Ax By C 0 . Tìm tọa độ M ' là điểm đối xứng của
M qua d .
Lời giải
Bước 1: Tìm số t như sau: t
AxM ByM C
A2 B 2
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
x ' xM 2 At
Bước 2: Ta có M
yM ' yM 2 Bt
Áp dụng:
5
xM ' 3 2.1.
2 I 2; 4
Câu b. Tọa độ điểm M ' là
y ' 1 2.1. 5
M
2
Ví dụ 19
Ví
Lập phương trình bốn cạnh của hình vuông ABCD , biết tọa độ điểm A 1; 2 và phương trình của
x 1 2t
một đường chéo là d :
y 2t
Lời giải
x 1 2t
Vì A d :
. Nên đường chéo đã cho là đường chéo BD .
y 2t
d có vectơ chỉ phương u 2 1; 1 .
Phương trình đường chéo AC : x y 3 0 .
I AC d . Thay phương trình của d vào phương trình của AC ta được
1
1 2t 2t 3 0 t
I 2;1 .
2
Vì I là trung điểm AC nên C 3;0 .
ABCD là hình vuông nên ID IB IA .
Do B d B 1 2t; 2t .
|8
Hình học 10|
t 0
2
2
.
IB 2 IA2 2t 1 2t 1 2
t
1
Suy ra B 1;0 hoặc B 3;2 .
Nếu B 1;0 thì D 3; 2 ; Nếu B 3; 2 thì D 1;0 .
Từ đó phương trình bốn cạnh của hình vuông là:
x 1 0; y 0; x 3 0; y 2 0 .
Ví dụ 20
Ví
Tam giác ABC có A 2;0 , B 0;4 , C 4; 1 . Viết phương trình các cạnh AB , AC và
đường phân giác trong của góc A .
x y
1 2x y 4 0 .
2 4
x 4 y 1
x 2y 2 0 .
+) Phương trình cạnh AC là
2 4 0 1
+) Phương trình các đường phân giác góc A là
2x y 4
x 2y 2
x y 2 0
x y 2 0 . Đặt f1 x ; y x y 2 .
22 12
12 22
+) Phương trình cạnh AB là
Ta có f1 0;4 6 0 và f1 4; 1 3 . Do đó B và C nằm khác phía đối với đường thẳng
x y 2 0 . Nên đây là đường phân giác trong của góc A .
Bình luận:
Viết phương trình đường phân giác trong của góc A .
Lời giải
Ta có một vecto chỉ phương của đường phân giác trong góc A là u
Suy ra u
1
1
. AB
. AC
AB
AC
1
1;1
5
Vậy phương của đường phân giác trong góc A là 1. x 2 1. y 0 0 x y 2 0
Ví dụ 21
Ví
Trong mặt phẳng tọa độ Oxy cho ba đường thẳng 1 : 3x 4 y 6 0 , 2 : 4 x 3 y 1 0 và
3 : y 0 . Gọi
A 1 2 , B 2 3 , C 3 1 .
a) Viết phương trình đường phân giác trong và phân giác ngoài của góc A .
b) Tìm tọa độ tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC .
Lời giải
3x 4 y 6 0
x 2
a) Tọa độ điểm A là nghiệm của hệ phương trình
. Do đó A 2;3 .
y
3
4
x
3
y
1
0
9|
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
Lời giải
| Chương 3: Phương pháp tọa độ trong mặt phẳng
1
4 x 3 y 1 0
x
1
Tọa độ điểm B là nghiệm của hệ phương trình
4 . Do đó B ;0 .
4
y 0
y 0
3x 4 y 6 0
x 0
Tọa độ điểm C là nghiệm của hệ phương trình
hay C 2;0 .
y 0
y 0
Phương trình các đường phân giác của góc của góc A là
x y 5 0
3x 4 y 6
4 x 3 y 1
32 42
32 42
x y 1 0
Đặt f1 x ; y x y 5. .
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
19
1
f1 ;0 0
5
Ta có 4
.
f 2;0 3 0
1
Do đó hai điểm B và C nằm cùng phía của đường thẳng x y 5 0 . Nên đây là phân giác ngoài
của góc A .
Do đó x y 1 0 là đương phân giác trong của góc A .
b)
+ Tìm phương trình đường phân giác góc B của tam giác ABC .
Phương trình các đường phân giác góc B là
4 x 2 y 1 0
4x 3 y 1
y
.
2
2
2
2
4 3
0 1
4 x 8 y 1 0
Đặt f3 x ; y 4 x 2 y 1
Ta có f 3 2;3 15 0 và f 3 2;0 8 0 . Do đó hai điểm A và C khác phía đối với đường
thẳng 4 x 2 y 1 0 . Do đó đây là đường phân giác trong của góc B .
+ Tọa độ tâm đường tròn nội tiếp tam giác là nghiệm của hệ phương trình
1
x
x
y
1
0
2
4 x 2 y 1 0
y 1
2
Ví dụ 22
Ví
Cho tam giác ABC có A 2; 1 và hai đường phân giác trong có phương trình x 2 y 1 0 ,
x y 3 0 . Lập phương trình cạnh BC .
Lời giải
A
Kí hiệu d B , d C theo thứ tự là các đường phân giác trong của
góc B và C .
Ta thấy tọa độ điểm A không là nghiệm của phương trình
x 2 y 1 0 và x y 3 0 . Không mất tính tổng quát gọi
x 2 y 1 0 và x y 3 0 theo thứ tự lần lượt là phương
trình đường phân giác trong góc B và C .
| 10
I
B
A1
J
A2
C
Hình học 10|
Nhận thấy : đường thẳng AC đối xứng với BC qua đường thẳng d C nên nếu A1 là điểm đối xứng
của A qua d C thì A1 BC . Tương tự A2 là điểm đối xứng của A qua d B thì A2 BC . Suy ra
đường thẳng A1 A2 chính là đường thẳng BC . Bài toán trở thành lập phương trình đường thẳng
A1 A2 .
+ Xác định A1 .
Gọi 1 là phương trình đường thẳng đi qua A và vuông góc với d C khi đó 1 : x y c 0
Đường thẳng 1 qua A nên c 3 . Do đó 1 : x y 3 0 .
Gọi 2 là đường thẳng đi qua A và vuông góc với d B khi đó 2 : 2 x y c 0 .
x y 3 0
x 0
. Suy ra I 0; 3 .
x y 3 0
y 3
Do A1 đối xứng với A qua d C nên I là trung điểm của AA1 . Do đó A1 2; 5 .
+ Xác định điểm A2 .
Đường thẳng 2 qua A nên c 3 . Do đó 2 : 2 x y 3 0 .
Gọi J 2 d B . Do đó tọa độ điểm J là nghiệm của hệ phương trình
x 2 y 1 0
x y 1 . Suy ra J 1;1 .
2 x y 3 0
A2 và A đối xứng qua d C nên J là trung điểm của AA2 . Do đó A2 0;3 .
+ Viết phương trình đương thẳng BC .
Vì BC đi qua hai điểm A1 và A2 nên ta có phương trình đường thẳng A1 A2 là
x 2 y 5
4x y 3 0 .
0 2 3 5
Ví dụ 23
Trong mặt phẳng
Ví
Oxy ,
cho tam giác ABC có đỉnh A 2;6 , đường phân giác trong
BE : x y 5 0 và đường cao BH : x 4 y 15 0 . Lập phương trình ba cạnh của tam giác
ABC .
Lời giải
A
H
E
B
C
Nhắc: đường phân giác của một góc trong tam giác chia góc đó thành hai góc có số đo bằng nhau.
Do BE là đường phân giác của góc B nên BA đối xứng với BC qua BE .
11 |
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
Gọi I 1 dC . Do đó tọa độ điểm I là nghiệm của hệ phương trình
| Chương 3: Phương pháp tọa độ trong mặt phẳng
Gọi A là điểm đối xứng của A qua BE , theo trên A nằm trên cạnh BC ; A là giao điểm của BC
và đường thẳng d đi qua A và vuông góc với BE .
+ Viết phương trình đường thẳng AC .
Ta có AC BH : x 4 y 15 0 . Suy ra đường thẳng AC có vectơ chỉ phương a 1; 4 .
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
Phương trình đường thẳng AC là
x2 y6
4 x y 14 0 .
1
4
+ Viết phương trình đường thẳng AB .
x y 5 0
Tọa độ điểm B là nghiệm của hệ phương trình
B 7;2 .
x 4 y 15 0
Phương trình đường thẳng AB là
x2 y6
4 x 9 y 46 0 .
9
4
+ Viết phương trình đường thẳng d đi qua A và vuông góc với đường phân giác BE :
x2 y 6
x y 4 0.
1
1
Gọi K là giao điểm của d và BE . Tọa độ điểm K là nghiệm của hệ phương trình
9
x
x y 4 0
9 1
2
. Suy ra K ; .
2 2
x y 5 0
y 1
2
Gọi A là điểm đối xứng của A qua phân giác BE . Suy ra K là trung điểm của AA .
x 2 xH x A 11
Suy ra A
. Suy ra A 11; 7 .
y A 2 yH y A 7
+ Viết phương trình đường thẳng BC .
x7 y2
9 x 4 y 71 0 .
Vì BC đi qua điểm A và B nên
4
9
Ví dụ 24
Trong mặt phẳng
Ví
Oxy ,
cho tam giác ABC có đỉnh A 3;4 ; đường phân giác trong
BE : 2 x y 5 0 ; trung tuyến BN :13x 4 y 15 0 . Lập phương trình ba cạnh của tam giác
ABC .
Lời giải
+ Viết phương trình cạnh AB .
Tọa độ điểm B là nghiệm của hệ phương trình
2 x y 5 0
x 1
. Suy ra B 1;7 .
13x 4 y 15 0
y 7
Phương
trình
cạnh
| 12
B
A'
H
AB là
A
E
N
C
Hình học 10|
x3 y 4
3x 4 y 25 0 .
4
3
+ Viết phương trình cạnh BC .
Gọi d là đường thẳng đi qua A và vuông góc với phân giác BE .
x3 y 4
x 2y 5 0 .
Phương trình đường thẳng d là
2
1
Tọa độ giao điểm H của d và BE là nghiệm của hệ phương trình
x 2 y 5 0
H 1;3 .
2 x y 5 0
Vì A BC nên đường thẳng BC cũng chính là đường thẳng BA .
Phương trình đường thẳng BC là x 1 0 .
+ Viết phương trình cạnh AC .
Gọi N là trung điểm của AC . Khi đó
x A xC 3 xC
x
N
3 xC 4 yC
2
2
;
. Do đó N
.
y
y
4
y
2
2
A
C
C
yN
2
2
Vì N thuộc đường trung tuyến BN nên 13xN 4 yN 15 0 13.
13xC 4 yC 25 0 .
Mà C thuộc BC nên xC 1 . Suy ra C 1; 3 .
Phương trình đường thẳng AC là
x3 y 4
7x 4 y 5 0 .
4
7
13 |
3 xC
4 yC
4.
15 0
2
2
STRONG TEAM TOÁN VD–VDC
Gọi A là điểm đối xứng của điểm A qua phân giác BE suy ra H là trung điểm của AA .
Khi đó ta có
x A 2 xH x A 1
. Suy ra A 1;2 .
y A 2 y H y A 2