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点到直线距离公式的另外几种推导方法.doc

上传人:仙人****88 文档编号:6077406 上传时间:2024-11-27 格式:DOC 页数:6 大小:251KB
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资源描述
点到直线距离公式的另外几种推导方法 “点到直线的距离公式”是新课标人教版必修2数学的重点内容,教材在推到公式之后给出“请研究一下,如何用其它方法推导上面的距离公式”的伏笔,因此,笔者给出另外几种推导方法,供大家参考。 1 点到直线的距离公式 在平面直角坐标系中,已知点P(x0,y0),直线l:Ax+By+C=0(A﹒B≠0).设点P(x0,y0)到直线l的距离为d,则 设点外一点,如何求它到该直线的距离? 解:设过点且与已知直线垂直的直线为,垂足为,点到点距离为,则 y 0 P0 D d x 即,直线外一已知点到已知直线的距离公式为: 当A=0或B=0,上面的公式依然适用。当然,也可以不用上面的距离公式,即当A=0且B≠0时,直线l:y=-,d==;当A≠0,B=0时, 直线l:x=-,d== 图1 证法二:如图1,过作直线∥,设直线和分别交轴于点、,过M作直线于点,则就等于点P到直线的距离,记为. 设直线的方程为,由于点在直线上,, . 直线:. 令,得; 在直线:中, 令,得. . 设直线的倾斜角为,则,且, 说明:在证法二中,先将点到直线距离转化成过点的且与平行的直线与的距离,并通过特殊位置——轴上的线段的长,利用三角函数解决了问题,体现化斜为直的思想.当然,也可以对证法二进行适当的变化来证明点到直线的距离公式,由兴趣的读者不妨去试一试. 2 公式的另外几种推导方法 方法1 利用直角三角形的面积公式 A﹒B≠0,∴ 直线l必与两坐标轴相交,如图1, 作PM‖x轴交直线l于M,作PN‖y轴交直线l于N, 作PQ⊥l于Q,则d =∣PQ∣,d 既是点P到直线l的距 离,又是Rt△MPN的高.∴d= (※) 设M(x1,y0),N(x0,y2),∵ M、N∈l,易求出x1=,y2=. ∴∣PM∣=∣x1-x0∣=∣∣……① ∣PN∣=∣y2-y0∣=∣∣……② ∣MN∣==﹒∣Ax0+By0+C∣……③ 将①②③代入(※)得:d= (A2+B2≠0). 方法2 利用两点间的距离公式 教材指出,由PQ⊥l可知直线PQ的斜率为,可求出PQ所在直线的方程,从而可求出交点P的坐标,再用两点间的距离公式求∣PQ∣。“这种方法思路自然,但运算较繁”,可是,如果在推导过程中注意运算技巧,也并不繁琐! 方法2—1 如图1,设Q(a,b),则d=∣PQ∣=,易得直线PQ的方程为y-y0= (x-x0),即Bx-Ay=Bx0-Ay0.从而有, 解之,a=,∴ a-x0=-,b-y0=- ∴ d=∣PQ∣== (A2+B2≠0). 方法2—2 如图1,由方法2—1 有 由(1)2+(2)2得:(A2+B2)(a-x0)2+(A2+B2)(b-y0)2=(Ax0+By0+C)2, ∴ (a-x0)2+(b-y0)2=, ∴ d=∣PQ∣== (A2+B2≠0). 方法3 利用换元法 在方法2—2中,设b-y0=B t, a-x0=A t,代入(1)得(A2+B2) t=-(Ax0+By0+C) ∴ t=, ∴ d =∣PQ∣== = (A2+B2≠0). y 方法4 利用向量法 l 显然,直线l的法向量=(A,B),设P1(x1,y1)是 x 直线l上与Q不重合的任意一点,当<,>为锐角时, d=∣PQ∣=cos(如图2); 图2 当<,>为钝角时, l y d=∣PQ∣=cos(-) = -cos=∣cos∣(如图3). x ∴无论直线l的法向量=(A,B)的方向如何,均有 d=∣PQ∣=∣cos∣.又∵﹒=, 图3 ∴ d = == 又∵P1(x1,y1)在直线上,∴Ax1+By1+C=0代入上式,得d= (A2+B2≠0)。
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