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2. 点到线的距离

清华大学出版社教研团队清华大学出版社《新高考数学你真的掌握了吗(第二版)》高中 · 教辅双语助读 (Alt+Y)
知识点 4.5

点 P(x₀,y₀) 到直线 ell:Ax+By+C=0 的距离 d=frac|Ax₀+By₀+C|sqrtA²+B² .

例 4.11

(2023 河北期中) 点 A(cosθ, sinθ) 到直线 3x + 4y - 4 = 0 距离的最大值为 ( )。 A. 1/5 B. 4/5 C. 1 D. 9/5

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点 A(cosθ,sinθ) 到直线 3x+4y-4=0 距离 d=frac|3cosθ+4sinθ-4|sqrt3²+4²=(|5sin(θ+φ)-4|)/(5) ,其中 tanφ=3/4 ,故由正弦函数的性质可得,当 sin(θ+φ)=-1 时, d_(max)=9/5 ,故选 D.

例4.11 是动点到定直线的距离,反过来,我们再看看定点到动直线的距离.

例 4.12

(2020 全国Ⅲ文8)点 (0,-1) 到直线 y=k(x+1) 距离的最大值为( ). A. 1 B. √(2) C. √(3) D. 2

解析1

点 (0, - 1) 到直线 y = k(x + 1) 的距离为

d = frac | 1 + k |sqrt k ^ 2 + 1 = sqrt frac k ^ 2 + 2 k + 1k ^ 2 + 1 = sqrt 1 + frac 2 kk ^ 2 + 1 = sqrt 1 + frac 2k + frac 1k.

因为求距离的最大值,所以需要 k > 0,由基本不等式 k + 1/k ≥slant 2,当且仅当 k = 1/k,即 k = 1 时取等号,得 d ≤slant √(2).故选 B.

解析1 是我们容易想到的方法,我们再来看将点到线的距离转化为点到垂足的距离:

解析2

由 y = k(x + 1) 可知直线过定点 P(-1,0) ,设 A(0, - 1) ,当直线 y = k(x + 1) 与 AP 垂直时,点 A 到直线 y = k(x + 1) 的距离最大,即为

vert A P vert = sqrt [ 0 - (- 1) ^ 2 ] + (- 1 - 0) ^ 2 = sqrt 2.

故选 B.

比较例4.12 的两种解析,不难发现将定点到旋转动直线的距离,转化为定点到旋转点的距离,会使问题变得更简单.还有一种情形,求直线上动点与直线外定点距离的最值问题,我们也需要转化,请看下面的例题:

例 4.13

(2023 安徽模考) 直线 ell:3x-2y+5=0, P(m,n) 为直线 ell 上动点,则 (m+1)²+n² 的最小值为().

A. (2√(13))/(13) B. (3√(13))/(13) C. (4)/(13) D. (3)/(13)

查看解析与步骤

(m+1)²+n² 表示直线 ell:3x-2y+5=0 上的点 P(m,n) 到点 A(-1,0) 距离的平方,而点 P(m,n) 到点 A(-1,0) 距离的最小值,即为点 A(-1,0) 到直线 ell 的距离 (|3×(-1)-2×0+5|)/(√(13))=(2)/(√(13)) ,则 (m+1)²+n² 的最小值为 (4)/(13) ,故选 C.

上面三道例题是点到直线距离的最值问题的常见题型,现总结如下:

经验总结 4.2

(1) P(x₁, y₁) 是直线 ell 外定点,直线 ell 恒过定点 Q(x₂, y₂),则 P 到直线 ell 的距离有最大值为 |PQ| . (2) P(x, y) 是直线 ell 上动点,Q(x₀, y₀) 是直线 ell 外定点,则 |PQ| 的最小值为 Q 到直线 ell 的距离.

变式 4.13.1

(2018 北京理 7) 在平面直角坐标系中,记 d 为点 P(cos θ, sin θ) 到直线 x-my-2=0 的距离,当 θ, m 变化时,d 的最大值为 ( ). A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

变式 4.13.2

(2023 重庆模拟) 已知 x, y 满足 x + y + 3 = 0 ,则 (x + 1)² + (y - 2)² 的最小值为 ____.

共 0 题