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数学
题目

已知下列各组中的两个方程表示的直线垂直,求a的值:(1)4ax+y=1, (1-a)x+y=-1;(2)2x+ay=2, ax+2y=1;(3)(3a+2)x+(1-4a)y+8=0, (5a-2)x+(a+4)y-7=0.

已知下列各组中的两个方程表示的直线垂直,求a的值:
(1)4ax+y=1,                          (1-a)x+y=-1;
(2)2x+ay=2,                          ax+2y=1;
(3)(3a+2)x+(1-4a)y+8=0,     (5a-2)x+(a+4)y-7=0.

题目解答

答案

(1)直线4ax+y=1的斜率=-4a,
直线(1-a)x+y=-1的斜率=-(1-a),
由=-1得4a(1-a)=-1,
解得a=.
(2)当a=0时,两直线的方程分别为2x=2和2y=1,互相垂直;
当a0时,
直线2x+ay=2的斜率=-,
直线ax+2y=1的斜率=-,
由=(-)(-)=1-1得a0时,两直线不垂直.
综上可知,a=0.
(3)若两直线垂直,则(3a+2)(5a-2)+(1-4a)(a+4)=0,解得a=0或a=1.

解析

考查要点:本题主要考查直线垂直的条件,即两条直线的斜率乘积为$-1$,或通过一般式系数满足$A_1A_2 + B_1B_2 = 0$。

解题思路:

  1. 斜率法:将直线方程化为斜截式$y = kx + b$,计算斜率$k$,利用$k_1 \cdot k_2 = -1$列方程求解。
  2. 一般式系数法:直接利用一般式$A_1x + B_1y + C_1 = 0$和$A_2x + B_2y + C_2 = 0$的垂直条件$A_1A_2 + B_1B_2 = 0$列方程求解。

关键点:

  • 斜率不存在的情况(如直线垂直于x轴或y轴)需单独讨论。
  • 代数运算的准确性,尤其是展开和合并同类项时需仔细。

第(1)题

  1. 求斜率:
    • 直线$4ax + y = 1$化为$y = -4ax + 1$,斜率为$k_1 = -4a$。
    • 直线$(1 - a)x + y = -1$化为$y = (a - 1)x - 1$,斜率为$k_2 = a - 1$。
  2. 垂直条件:$k_1 \cdot k_2 = -1$,即$(-4a)(a - 1) = -1$。
  3. 解方程:
    $-4a(a - 1) = -1 \implies 4a^2 - 4a - 1 = 0$
    解得:
    $a = \frac{4 \pm \sqrt{16 + 16}}{8} = \frac{1 \pm \sqrt{2}}{2}$

第(2)题

  1. 讨论$a = 0$:
    • 方程$2x = 2$为垂直于x轴的直线,方程$2y = 1$为水平直线,二者垂直。
  2. 讨论$a \neq 0$:
    • 直线$2x + ay = 2$化为$y = -\frac{2}{a}x + \frac{2}{a}$,斜率为$k_1 = -\frac{2}{a}$。
    • 直线$ax + 2y = 1$化为$y = -\frac{a}{2}x + \frac{1}{2}$,斜率为$k_2 = -\frac{a}{2}$。
    • 垂直条件:$k_1 \cdot k_2 = -1$,即$\left(-\frac{2}{a}\right)\left(-\frac{a}{2}\right) = 1 \neq -1$,矛盾。
  3. 结论:仅当$a = 0$时两直线垂直。

第(3)题

  1. 一般式系数法:
    • 直线$(3a + 2)x + (1 - 4a)y + 8 = 0$的系数为$A_1 = 3a + 2$,$B_1 = 1 - 4a$。
    • 直线$(5a - 2)x + (a + 4)y - 7 = 0$的系数为$A_2 = 5a - 2$,$B_2 = a + 4$。
  2. 垂直条件:$A_1A_2 + B_1B_2 = 0$,即:
    $(3a + 2)(5a - 2) + (1 - 4a)(a + 4) = 0$
  3. 展开并化简:
    $15a^2 + 4a - 4 + (-4a^2 - 15a + 4) = 11a^2 - 11a = 0$
    解得:
    $a = 0 \quad \text{或} \quad a = 1$

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