高二上📐 空間與形狀
兩直線的夾角與直線族
Angle Between Lines and Families of Lines
公式
tan θ = |(m₁ − m₂)/(1 + m₁m₂)|
夾角由兩斜率決定;通過兩直線交點的所有直線可以用一個參數表示。
白話解釋
**兩直線的夾角**可以用斜率算:**tan θ = |(m₁ − m₂)/(1 + m₁m₂)|**。加絕對值是因為習慣取兩條直線的銳夾角。
這條公式其實包含了兩個熟悉的特例: 分子為 0(m₁ = m₂)→ θ = 0 → **平行**; 分母為 0(1 + m₁m₂ = 0,即 m₁m₂ = −1)→ tan θ 無定義 → θ = 90° → **垂直**。 所以平行與垂直的條件不用另外背,它們就藏在這條公式裡。
有鉛直線(斜率不存在)時公式不能用,改用向量的內積求夾角比較保險。
**直線族**是另一個實用工具。已知兩直線 L₁: a₁x+b₁y+c₁ = 0 與 L₂: a₂x+b₂y+c₂ = 0 相交,則 **L₁ + k·L₂ = 0** 對任何 k 都表示一條**通過它們交點**的直線。
這招的價值是:想求「過兩直線交點且滿足某條件」的直線時,**不必先解出交點座標**。直接設成 L₁ + kL₂ = 0,再用那個條件定出 k 就好,計算量小很多。 (唯一的限制是這個式子表示不出 L₂ 本身,必要時要另外檢查。)
什麼時候用
求夾角、求過交點的特定直線、判斷三線共點。
最容易錯的地方
- 有鉛直線時仍套用斜率公式。
- 忘記加絕對值,算出鈍角。
- 直線族忘記檢查 L₂ 本身是否為解。
例題 · 3 題
先自己算,再看解答——這樣才有效。
- 1
兩直線斜率 1 和 −1,夾角是幾度?
- 2
兩直線斜率 1 和 0,夾角是幾度?
- 3
L₁: x+y−3=0、L₂: x−y+1=0 的交點 x 座標是多少?