Bài 1: Phương trình đường thẳng

Tóm tắt lý thuyết

1.1. Phương trình tham số của đường thẳng

Vectơ \(\overrightarrow u \) được gọi là vectơ chỉ phương (VTCP) của đường thẳng \(\Delta\) nếu \(\overrightarrow u  \ne \overrightarrow 0 \) và có giá song song hoặc trùng với đường thẳng \(\Delta\)

Trong mặt phẳng Oxy, cho đường thẳng \(\Delta\) đi qua M0(x0;y0) và có VTCP \(\overrightarrow u  = \left( {{u_1};{u_2}} \right)\). Phương trình tham số của \(\Delta\):
\(\left\{ \begin{array}{l}
x = {x_0} + t{u_1}\\
y = {y_0} + t{u_2}
\end{array} \right.\)

Cho t một giá trị cụ thể thì ta xác định được một điểm trên \(\Delta \).

Liên hệ giữa VTCP và hệ số góc của đường thẳng

Cho \(\Delta\) có VTCP \(\overrightarrow u  = \left( {{u_1};{u_2}} \right)\) với \({u_1} \ne 0\) thì có hệ số góc là \(k = \frac{{{u_1}}}{{{u_2}}}\)

Phương trình \(\Delta\) đi qua M0(x0;y0) và có hệ số góc k:

y-y0=k(x-x0)

1.2. Phương trình tổng quát của đường thẳng

Vectơ \(\overrightarrow n \) khác \(\overrightarrow 0 \), có giá vuông góc với đường thẳng \(\Delta\) gọi là vectơ pháp tuyến (VTPT) của đường thẳng \(\Delta\)

Trong mặt phẳng Oxy, cho đường thẳng \(\Delta\) đi qua M0(x0;y0) và nhận làm vectơ pháp tuyến thì phương trình tổng quát của \(\Delta\) là:

\(a\left( {x – {x_0}} \right) + b\left( {y – {y_0}} \right) = 0\)

Tổng quát: Phương trình ax+by+c=0 với a và b không đồng thời bằng 0, được gọi là phương trình tổng quát của đường thẳng.

Nhận xét: Nếu đường thẳng \(\Delta \) có phương trình là ax+by+c=0 thì có VTPT \(\overrightarrow n  = \left( {a;b} \right)\) là và VTCP là \(\overrightarrow u  = \left( { – b;a} \right)\)

Các dạng đặc biệt của phương trình tổng quát

Đường thẳng \(by+c=0\) song song hoặc trùng với Ox
Đường thẳng \(ax+c=0\) song song hoặc trùng với Oy
Đường thẳng \(ax+by=0\) đi qua gốc tọa độ

1.3. Vị trí tương đối của hai đường thẳng

Cho hai phương trình đường thẳng:

\(\begin{array}{l} {\Delta_1}:{a_1}x + {b_1}y + {c_1} = 0\\ {\Delta_2}:{a_2}x + {b_2}y + {c_2} = 0 \end{array}\)

Tọa độ giao điểm của \({\Delta _1}\) và \({\Delta _2}\) là nghiệm của hệ phương trình

\(\left\{ \begin{array}{l}
{a_1}x + {b_1}y + {c_1} = 0\\
{a_2}x + {b_2}y + {c_2} = 0
\end{array} \right.{\rm{    }}\left( {\rm{I}} \right)\)

Ta có các trường hợp:

a) Hệ (I) có một nghiệm (x0;y0) thì \({\Delta _1}\) cắt \({\Delta _2}\) tại điểm M0(x0;y0)
b) Hệ (I) vô số nghiệm thì \({\Delta _1}\) trùng với \({\Delta _2}\)
c) Hệ (I) vô nghiệm thì \({\Delta _1}\) song song với \({\Delta _2}\)

1.4. Góc giữa hai đường thẳng

Cho hai đường thẳng
\({\Delta _1}:{a_1}x + {b_1}y + {c_1} = 0\) (có VTPT \(\overrightarrow {{n_1}}  = \left( {{a_1};{b_1}} \right)\))

\({\Delta _2}:{a_2}x + {b_2}y + {c_2} = 0\) (có VTPT \(\overrightarrow {{n_2}}  = \left( {{a_2};{b_2}} \right)\))

\({\rm{cos}}\widehat {\left( {{\Delta _1},{\Delta _2}} \right)} = c{\rm{os}}\left( {\overrightarrow {{n_1}} ,\overrightarrow {{n_2}} } \right) = \frac{{\left| {\overrightarrow {{n_1}} .\overrightarrow {{n_2}} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {{n_1}} } \right|.\left| {\overrightarrow {{n_2}} } \right|}} = \frac{{\left| {{a_1}{a_2} + {b_1}{b_2}} \right|}}{{\sqrt {{a_1}^2 + {b_1}^2} .\sqrt {{a_2}^2 + {b_2}^2} }}\)

1.5. Công thức tính khoảng cách từ một điểm đến một đường thẳng

Khoảng cách từ điểm M0(x0;y0) đến đường thẳng \(\Delta \) có phương trình là ax+by+c=0
                          \(d\left( {{M_0},\Delta } \right) = \frac{{\left| {a{x_0} + b{y_0} + c} \right|}}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }}\)

Bài tập minh họa


Ví dụ 1: Hãy tìm tọa độ của VTCP của đường thẳng có phương trình 3x + 4y + 5 = 0

Hướng dẫn:

Đường thẳng có VTPT là \(\overrightarrow n  = \left( {3;4} \right)\) suy ra VTCP là \(\overrightarrow u  = \left( { – 4;3} \right)\)

Ví dụ 2: Viết phương trình tổng quát của đường thẳng d đi qua 2 điểm A(-2;3) và B(5;-6)

Hướng dẫn:

(d) đi qua A(-2;3) và có VTCP là \(\overrightarrow {AB}  = \left( {7; – 9} \right)\) suy ra VTPT là \(\overrightarrow n  = \left( {9;7} \right)\)

PTTQ của (d) có dạng:

\(\begin{array}{l}
a\left( {x – {x_0}} \right) + b\left( {y – {y_0}} \right) = 0\\
\Leftrightarrow 9\left( {x + 2} \right) + 7\left( {y – 3} \right) = 0\\
\Leftrightarrow 9x + 7y – 3 = 0
\end{array}\)

Ví dụ 3: Xét vị trí tương đối của \(\Delta 😡 – 2y + 1 = 0\) với mỗi đường thẳng sau:

\(\begin{array}{l}
{d_1}: – 3x + 6y – 3 = 0\\
{d_2}:y =  – 2x
\end{array}\)

Hướng dẫn:

Xét \(\Delta \) với d1, hệ phương trình

\(\left\{ \begin{array}{l}
x – 2y + 1 = 0\\
– 3x + 6y – 3 = 0
\end{array} \right.\)

có vô số nghiệm vì các hệ số của 2 phương trình tỉ lệ)

Suy ra \(\Delta  \equiv {d_1}\)

Xét \(\Delta \) với d2, hệ phương trình

\(\left\{ \begin{array}{l}
x – 2y + 1 = 0\\
y =  – 2x
\end{array} \right.\)

có nghiệm \(\left( { – \frac{1}{5};\frac{2}{5}} \right)\)

Suy ra \(\Delta \) cắt d2 tại \(M\left( { – \frac{1}{5};\frac{2}{5}} \right)\)

Ví dụ 4: Tính khoảng cách từ điểm M(-2;1) đến đường thẳng \(\Delta \) có phương trình 3x – 2y – 1 = 0

Hướng dẫn: Áp dụng công thức tính khoảng cách từ một điểm đến một đường thẳng

\(d\left( {M,\Delta } \right) = \frac{{\left| {a{x_0} + b{y_0} + c} \right|}}{{\sqrt {{a^2} + {b^2}} }} = \frac{{\left| {3.\left( { – 2} \right) – 2.1 – 1} \right|}}{{\sqrt {{3^2} + {{\left( { – 2} \right)}^2}} }} = \frac{{9\sqrt 5 }}{5}\)