线性函数是最早学习的函数之一。它的图像是一条直线。学好线性函数,首先要掌握一变量线性方程、二变量线性方程、二变量线性方程组等相关知识。从某种意义上来说,直线方程的概念本质上描绘了直线与方程的一一对应关系。
进入高中后,数学课本上继续安排与直线相关的学习内容。知识的深度和广度都在不断增加。一方面,学生可以感受到生生不息的学习精神,进一步强化函数的思维,学会运用数字与形状的结合等数学思想来解决问题。问题;另一方面,这也是解析几何利用方程(代数)研究直线(几何)的基础。
在高中数学中,我们更关注线性方程的概念。与解释线性函数相比,这更加抽象,进一步挑战了学生的思维能力,但也加强了学生思考问题的视角和方法的培养。这些都是数学综合素质的体现。
很多与直线相关的知识内容看上去都是“死记硬背”,比如直线的倾角、斜率的概念、公式等,只要你肯花时间去背,你就可以轻松背下来。能记住它们,但如果能记住却不能应用这些知识来正确解决问题又是另一回事了。
因此,对于任何数学知识,我们不仅要记住它,还要学会理解知识的本质,这样我们的思维才能得到锻炼。
就像研究直线的倾角、斜率以及直线方程一样,首先要把概念分析清楚,牢记在心。
直线的倾斜角是多少?
1、定义:x轴正方向与直线向上方向所成的夹角称为直线的倾角。当直线与x轴平行或重合时,其倾斜角度指定为0。
2、倾斜角度范围为[0,)。
直线的斜率是多少?
1、定义:直线的倾斜角的正切称为直线的斜率。斜率常用小写字母k表示,即k=tan_。倾斜角为90的直线没有斜率。
2、过两点直线的斜率公式:
经过两点P1(x1,y1),P2(x2,y2)(x1x2)的直线斜率公式为k=(y2-y1)/(x2-x1)=(y1-y2)(x1-x2)。
花一些时间记住这些概念并不难,但要深入理解它们,比如求直线方程时,必须注意判断直线是否存在斜率。每条直线都有倾斜角,但并非每条直线都有斜率。
从坡度计算倾斜角度,首先要注意倾斜角度的范围;其次,我们必须考虑正切函数的单调性。在写截距形式的方程时,首先要判断截距是否为0,如果不确定,就需要分类讨论。
典型实例分析1:
已知直线l:kx-y+1+2k=0(kR)。
(1)证明:直线l经过不动点;
(2)若直线l不通过第四象限,求k的取值范围;
(3)若直线l与x轴负半轴相交于A点,与y轴正半轴相交于B点,O为坐标原点,设面积AOB为S,求此时方程中S的最小值和直线l的值。
解:(1)证明:方法一:直线l的方程可以化简为y=k(x+2)+1,
因此,无论k取什么值,直线l总是经过固定点(-2,1)。
方法二:假设直线经过不动点(x0,y0),则对于任何kR,kx0-y0+1+2k=0总是成立,即(x0+2)k-y0+1=0始终为真,
x020,-y010,
解为x0=-2,y0=1,因此直线l总是经过不动点(-2,1)。
(2)直线l的方程为y=kx+2k+1,则直线l在y轴上的截距为2k+1,
为了防止直线l通过第四象限,
求解直线方程综合问题时,除了灵活选择方程的形式外,还必须注意问题中隐含的条件。如果存在最大值或范围相关的问题,可以考虑构造目标函数进行变换并求最大值。
同时,应明确区分直线方程的形式和适用条件:
1、点、坡型
几何条件是经过点(x0,y0),斜率为k;方程为y-y0=k(x-x0);限制是它不包括垂直于x轴的直线。
2、斜断面型
几何条件为斜率为k,纵截距为b;方程为y=kx+b;限制是它不包括垂直于x轴的直线。
3.两点式
几何条件是经过两点(x1,y1),(x2,y2),(x1x2,y1y2);方程为(y-y1)/(y2-y1)=(x-x1)(x2-x1);限制是它不包括垂直于坐标轴的直线。
4.拦截类型
几何条件为x轴和y轴上的截距分别为a、b(a,b0);方程为x/a+y/b=1,不包括垂直于坐标轴并通过原点的直线。
5、普通型
等式为Ax+By+C=0(A和B不全为0)。
典型实例分析3:
过点P(3,0)画一条直线,使夹在两条直线l1:2x-y-2=0和l2:x+y+3=0之间的线段AB恰好被点P平分。求该直线的方程。
在解决与直线有关的相关问题的过程中,一些学生经常因为考虑不够而丢分,例如对直线的斜率与倾角之间的关系理解不够,妄下结论而导致错误;求直线的倾角或斜率结果无法准确表达;例如,如果将直线方程设置为点-斜率或斜率-截距形式,而斜率不存在,则会错过这种情况。
求直线方程主要有两种方法:
1、直接法:根据已知条件,选择合适的直线方程形式,直接写出直线方程;
2、待定系数法:先建立直线方程,然后根据已知条件求出待定系数,最后代入直线方程。
从几个例子我们可以看出,为了正确解决直线相关问题,需要正确计算倾斜角度,比如求倾斜角度取值范围的一般步骤:
1、求斜率k=tan的取值范围;
2、利用三角函数的单调性,借助图像或单位圆数确定倾斜角的取值范围;
3、找倾斜角度时,注意是否存在斜坡。
通过对线性方程、倾斜角度的概念、斜率的定义和斜率公式这四个主要知识概念的学习,我们不仅要扎实掌握基础知识内容,还要锻炼我们的思维能力知识的学习。
典型实例分析4:
如图所示,射线OA和OB分别与x轴的正半轴成45和30角。过点P(1,0)作直线AB并分别与OA和OB相交于两点A和B。当AB的中点C正好落在直线y=1/2x上时,求方程直线AB。
解决与直线相关的问题,我们常常需要用到坐标系,相当于熟练地运用数字和形状结合思想来解决问题,熟记函数的图像和性质。
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