
直線與方程是平面解析幾何初步的第一章,用坐標(biāo)法研究平面上最簡單的圖形——直線.
本章首先在平面直角坐標(biāo)系中,介紹直線的傾斜角、斜率等概念;然后建立直線的方程:點(diǎn)斜式、斜截式、兩點(diǎn)式、截距式等;通過直線的方程,研究直線間的位置關(guān)系:平行和垂直,以及兩條直線的交點(diǎn)坐標(biāo)、點(diǎn)到直線的距離公式等.
解析幾何研究問題的主要方法是坐標(biāo)法,它是解析幾何中最基本的研究方法.坐標(biāo)法的基本特點(diǎn)是,首先用代數(shù)語言(坐標(biāo)及其方程)描述幾何元素及其關(guān)系,將幾何問題代數(shù)化;解決代數(shù)問題,得到結(jié)果;分析代數(shù)結(jié)果的幾何含義,最終解決幾何問題.
本章自始至終貫穿數(shù)形結(jié)合的思想.在圖形的研究過程中,注意代數(shù)方法的使用;在代數(shù)方法的使用過程中,加強(qiáng)與圖形的聯(lián)系.
直線是最基本、最簡單的幾何圖形,它既能為進(jìn)一步學(xué)習(xí)做好知識上的必要準(zhǔn)備,又能為今后靈活地運(yùn)用解析幾何的基本思想和方法打好堅實的基礎(chǔ).只有學(xué)好本章才能為第四章的圓與方程做好準(zhǔn)備和鋪墊.教學(xué)中一定要注重由淺及深的學(xué)習(xí)規(guī)律,多采用變式教學(xué),同時滲透常用的數(shù)學(xué)思想方法(數(shù)形結(jié)合、分類討論、類比、推廣、特殊化、化歸等),體現(xiàn)由特殊到一般的研究方法,化難為易、化抽象為具體,深入淺出的引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)規(guī)律,大膽質(zhì)疑、積極思考、合作探究、激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣,教師合理誘導(dǎo)并且及時鼓勵,使同學(xué)們能愉快的、輕松的學(xué)習(xí),并且提高他們應(yīng)用所學(xué)知識解決問題(尤其是實際問題)的能力,真正體現(xiàn)出“在用中學(xué),在學(xué)中用,為用而學(xué),學(xué)而能用”,這一點(diǎn)也正符合新課標(biāo)的要求和精神.
本章教學(xué)時間約9課時,具體分配如下(僅供參考):
§3.1 直線的傾斜角與斜率
§3.1.1 傾斜角與斜率
一、教材分析
直線是最基本、最簡單的幾何圖形,它既能為進(jìn)一步學(xué)習(xí)作好知識上的必要準(zhǔn)備,又能為今后靈活地運(yùn)用解析幾何的基本思想和方法打好堅實的基礎(chǔ).事實上,只有透徹理解并熟練掌握直線的傾斜角和斜率這兩個基本概念,學(xué)生才能對直線及其位置進(jìn)行定量的研究.對直線的傾斜角和斜率,必須要求學(xué)生理解它們的準(zhǔn)確涵義和作用,掌握它們的導(dǎo)出,并在運(yùn)用上形成相應(yīng)的技能和熟練的技巧.
本小節(jié)從一個具體的一次函數(shù)與它的圖象入手,引入直線的傾斜角概念,注重了由淺及深的學(xué)習(xí)規(guī)律,并體現(xiàn)了由特殊到一般的研究方法.引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到之所以引入直線在平面直角坐標(biāo)系中的傾斜角和斜率概念,是進(jìn)一步研究直線方程的需要.
二、教學(xué)目標(biāo)
1.知識與技能
(1)正確理解直線的傾斜角和斜率的概念.
(2)理解直線傾斜角的唯一性.
(3)理解直線斜率的存在性.
(4)斜率公式的推導(dǎo)過程,掌握過兩點(diǎn)的直線的斜率公式.
2.過程與方法
引導(dǎo)幫助學(xué)生將直線的位置問題(幾何問題)轉(zhuǎn)化為傾斜角問題,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為傾斜角的正切即斜率問題(代數(shù)問題)進(jìn)行解決,使學(xué)生不斷體會“數(shù)形結(jié)合”的思想方法.
3.情感、態(tài)度與價值觀
(1)通過直線傾斜角的概念的引入學(xué)習(xí)和直線傾斜角與斜率關(guān)系的揭示,培養(yǎng)學(xué)生觀察、探索能力,運(yùn)用數(shù)學(xué)語言表達(dá)能力,數(shù)學(xué)交流與評價能力.
(2)通過斜率概念的建立和斜率公式的推導(dǎo),幫助學(xué)生進(jìn)一步理解數(shù)形結(jié)合的思想,培養(yǎng)學(xué)生樹立辯證統(tǒng)一的觀點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和求簡的數(shù)學(xué)精神.
三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn):直線的傾斜角和斜率概念以及過兩點(diǎn)的直線的斜率公式.
教學(xué)難點(diǎn):斜率公式的推導(dǎo).
四、課時安排
1課時
五、教學(xué)設(shè)計
(一)導(dǎo)入新課
思路1.如圖1所示,在直角坐標(biāo)系中,過點(diǎn)P的一條直線繞P點(diǎn)旋轉(zhuǎn),不管旋轉(zhuǎn)多少周,它對x軸的相對位置有幾種情形?教師引入課題:直線的傾斜角和斜率.
圖1
思路2.我們知道,經(jīng)過兩點(diǎn)有且只有(確定)一條直線.那么,經(jīng)過一點(diǎn)P的直線l的位置能確定嗎?這些直線有什么聯(lián)系和區(qū)別呢?教師引入課題:傾斜角與斜率.
(二)推進(jìn)新課、新知探究、提出問題
①怎樣描述直線的傾斜程度呢?
②圖2中標(biāo)出的直線的傾斜角α對不對?如果不對,違背了定義中的哪一條?
圖2
③直線的傾斜角能不能是0°?能不能是銳角?能不能是直角?能不能是鈍角?能不能是平角?能否大于平角?
④日常生活中,還有沒有表示傾斜程度的量?
⑤正切函數(shù)的定義域是什么?
⑥任何直線都有斜率么?
⑦我們知道兩點(diǎn)確定一條直線,那么已知直線上兩點(diǎn)坐標(biāo),如何才能求出它的傾斜角和斜率呢?如:已知A(2,3)、B(-1,4),則直線AB的斜率是多少?
活動:①與交角有關(guān).當(dāng)直線l與x軸相交時,取x軸作為基準(zhǔn),x軸正向與直線l向上方向之間所成的角α叫做直線l的傾斜角.
可見:平面上的任一直線都有唯一的一個傾斜角,并且傾斜角定了,直線的方向也就定了.
②考慮正方向.
③動手在坐標(biāo)系中作多條直線,可知傾斜角的取值范圍是0°≤α<180°.在此范圍內(nèi),坐標(biāo)平面上的任何一條直線都有唯一的傾斜角,而每一個傾斜角都能確定一條直線的方向.傾斜角直觀地表示了直線對x軸正方向的傾斜程度.
規(guī)定:當(dāng)直線和x軸平行或重合時,直線傾斜角為0°,所以傾斜角的范圍是0°≤α<180°.
④聯(lián)想小時候玩的滑梯,結(jié)合坡度比給出斜率定義,直線斜率的概念.
傾斜角不是90°的直線,它的傾斜角的正切叫做這條直線的斜率,常用k表示,即k=tanα.
⑤教師介紹正切函數(shù)的相關(guān)知識.
⑥說明:直線與斜率之間的對應(yīng)不是映射,因為垂直于x軸的直線沒有斜率.
(傾斜角是90°的直線沒有斜率)
⑦已知直線l上的兩點(diǎn)P1(x1,y1),P2(x2,y2),且直線l與x軸不垂直,如何求直線l的斜率?教學(xué)時可與教材上的方法一樣推出.
討論結(jié)果:①用傾斜角.
②都不對.與定義中的x軸正方向、直線向上方向相違背.
③直線的傾斜角能是0°,能是銳角,能是直角,能是鈍角,不能是平角,不能大于平角.
④有,常用的有坡度比.
⑤90°的正切值不存在.
⑥傾斜角是90°的直線沒有斜率.
⑦過兩點(diǎn)P1(x1,y1)、P2(x2,y2)的直線的斜率公式k=.
(三)應(yīng)用示例
思路1
例1 已知A(3,2),B(-4,1),C(0,-1),求直線AB,BC,CA的斜率,并判斷它們的傾斜角是鈍角還是銳角.
活動:引導(dǎo)學(xué)生明確已知兩點(diǎn)坐標(biāo),由斜率公式代入即可求得k的值;
而當(dāng)k=tanα<0時,傾斜角α是鈍角;
而當(dāng)k=tanα>0時,傾斜角α是銳角;
而當(dāng)k=tanα=0時,傾斜角α是0°.
解:直線AB的斜率k1=>0,所以它的傾斜角α是銳角;
直線BC的斜率k2=-0.5<0,所以它的傾斜角α是鈍角;
直線CA的斜率k3=1>0,所以它的傾斜角α是銳角.
變式訓(xùn)練
已知A(1,3),B(0,2),求直線AB的斜率及傾斜角.
解:kAB=,
∵直線傾斜角的取值范圍是0°—180°,
∴直線AB的傾斜角為60°.
例2 在平面直角坐標(biāo)系中,畫出經(jīng)過原點(diǎn)且斜率分別為1,-1,2及-3的直線a,b,c,l.
活動:要畫出經(jīng)過原點(diǎn)的直線a,只要再找出a上的另外一點(diǎn)M.而M的坐標(biāo)可以根據(jù)直線a的斜率確定.
解:設(shè)直線a上的另外一點(diǎn)M的坐標(biāo)為(x,y),根據(jù)斜率公式有:1=,所以x=y.
可令x=1,則y=1,于是點(diǎn)M的坐標(biāo)為(1,1).此時過原點(diǎn)和點(diǎn)M(1,1),可作直線a.
同理,可作直線b,c,l.
變式訓(xùn)練
1.已知直線的傾斜角,求直線的斜率:
(1)α=0°;(2)α=60°;(3)α=90°.
活動:指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)定義直接求解.
解:(1)∵tan0°=0,
∴傾斜角為0°的直線斜率為0.
(2)∵tan60°=,∴傾斜角為60°的直線斜率為.
(3)∵tan90°不存在,∴傾斜角為90°的直線斜率不存在.
點(diǎn)評:通過此題訓(xùn)練,意在使學(xué)生熟悉特殊角的斜率.
2.關(guān)于直線的傾斜角和斜率,下列哪些說法是正確的( )
A.任一條直線都有傾斜角,也都有斜率
B.直線的傾斜角越大,它的斜率就越大
C.平行于x軸的直線的傾斜角是0或π;兩直線的傾斜角相等,它們的斜率也相等
D.直線斜率的范圍是(-∞,+∞)
答案:D
思路2
例1 求經(jīng)過點(diǎn)A(-2,0),B(-5,3)的直線的斜率和傾斜角.
解:kAB==1,即tanα=-1,
又∵0°≤α<180°,
∴α=135°.
∴該直線的斜率是-1,傾斜角是135°.
點(diǎn)評:此題要求學(xué)生會通過斜率公式求斜率,并根據(jù)斜率求直線的傾斜角.
變式訓(xùn)練
求過下列兩點(diǎn)的直線的斜率k及傾斜角α.
(1)P1(-2,3),P2(-2,8);
(2)P1(5,-2),P2(-2,-2).
解:(1)∵P1P2與x軸垂直,∴直線斜率不存在,傾斜角α=90°.
(2)k=tanα==0,∴直線斜率為0,傾斜角α=0°.
例2 已知三點(diǎn)A、B、C,且直線AB、AC的斜率相同,求證:這三點(diǎn)在同一條直線上.
證明:由直線的斜率相同,可知直線AB的傾斜角與AC的傾斜角相等,而兩直線過公共點(diǎn)A,
所以直線AB與AC重合,因此A、B、C三點(diǎn)共線.
點(diǎn)評:此題反映了斜率公式的應(yīng)用,即若有共同點(diǎn)的兩直線斜率相同,則可以判斷三點(diǎn)共線.
變式訓(xùn)練
1.若三點(diǎn)A(2,3),B(3,2),C(,m)共線,求實數(shù)m的值.
解:kAB==-1,kAC=,
∵A、B、C三點(diǎn)共線,∴kAB=kAC.∴=-1.∴m=.
2.若三點(diǎn)A(2,2),B(a,0),C(0,b)(ab≠0)共線,則+的值等于_____________.
答案:
例3 已知三角形的頂點(diǎn)A(0,5),B(1,-2),C(-6,m),BC的中點(diǎn)為D,當(dāng)AD斜率為1時,求m的值及|AD|的長.
分析:應(yīng)用斜率公式、中點(diǎn)坐標(biāo)公式、兩點(diǎn)間距離公式.
解:D點(diǎn)的坐標(biāo)為(-,),
∴kAD==1.∴m=7.∴D點(diǎn)坐標(biāo)為(-,).
∴|AD|=.
變式訓(xùn)練
過點(diǎn)P(-1,-1)的直線l與x軸和y軸分別交于A、B兩點(diǎn),若P恰為線段A的中心,求直線l的斜率和傾斜角.
答案:k=-1,傾斜角為.
(四)知能訓(xùn)練
課本本節(jié)練習(xí)1、2、3、4.
(五)拓展提升
已知點(diǎn)A(-2,3),B(3,2),過點(diǎn)P(0,-2)的直線l與線段AB有公共點(diǎn),求直線l的斜率k的取值范圍.
分析:利用數(shù)形結(jié)合同時注意直線斜率不存在的特殊情形.
答案:(-∞,)∪(-,+∞).
(六)課堂小結(jié)
通過本節(jié)學(xué)習(xí),要求大家:
(1)掌握已知直線的傾斜角求斜率;
(2)直線傾斜角的概念及直線傾斜角的范圍;
(3)直線斜率的概念;
(4)已知直線的傾斜角(或斜率),求直線的斜率(或傾斜角)的方法.
(七)作業(yè)
習(xí)題3.1 A組3、4、5.
§3.1.2 兩條直線平行與垂直的判定
一、教材分析
直線的平行和垂直是兩條直線的重要位置關(guān)系,它們的判定,又都是由相應(yīng)的斜率之間的關(guān)系來確定的,并且研究討論的手段和方法也相類似,因此,在教學(xué)時采用對比方法,以便弄清平行與垂直之間的聯(lián)系與區(qū)別.值得注意的是,當(dāng)兩條直線中有一條不存在斜率時,容易得到兩條直線垂直的充要條件,這也值得略加說明.
二、教學(xué)目標(biāo)
1.知識與技能
理解并掌握兩條直線平行與垂直的條件,會運(yùn)用條件判定兩直線是否平行或垂直.
2.過程與方法
通過探究兩直線平行或垂直的條件,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用正確知識解決新問題的能力,以及數(shù)形結(jié)合能力.
3.情感、態(tài)度與價值觀
通過對兩直線平行與垂直的位置關(guān)系的研究,培養(yǎng)學(xué)生的成功意識,合作交流的學(xué)習(xí)方式,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.
三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn):掌握兩條直線平行、垂直的充要條件,并會判斷兩條直線是否平行、垂直.
教學(xué)難點(diǎn):是斜率不存在時兩直線垂直情況的討論(公式適用的前提條件).
四、課時安排
1課時
五、教學(xué)設(shè)計
(一)導(dǎo)入新課
思路1.設(shè)問(1)平面內(nèi)不重合的兩條直線的位置關(guān)系有哪幾種?(2)兩條直線的傾斜角相等,這兩條直線是否平行?反過來是否成立?(3)“α=β”是“tanα=tanβ”的什么條件?根據(jù)傾斜角和斜率的關(guān)系,能否利用斜率來判定兩條直線平行呢?
思路2.上節(jié)課我們學(xué)習(xí)的是什么知識?想一想傾斜角具備什么條件時兩條直線會平行、垂直呢?你認(rèn)為能否用斜率來判斷.這節(jié)課我們就來專門來研究這個問題.
(二)推進(jìn)新課、新知探究、提出問題
①平面內(nèi)不重合的兩條直線的位置關(guān)系有幾種?
②兩條直線的傾斜角相等,這兩條直線是否平行?反過來是否成立?
③“α=β”是“tanα=tanβ”的什么條件?
④兩條直線的斜率相等,這兩條直線是否平行?反過來是否成立?
⑤l1∥l2時,k1與k2滿足什么關(guān)系?
⑥l1⊥l2時,k1與k2滿足什么關(guān)系?
活動:①教師引導(dǎo)得出平面內(nèi)不重合的兩條直線的位置關(guān)系有平行和相交,其中垂直是相交的特例.
②數(shù)形結(jié)合容易得出結(jié)論.
③注意到傾斜角是90°的直線沒有斜率,即tan90°不存在.
④注意到傾斜角是90°的直線沒有斜率.
⑤必要性:如果l1∥l2,如圖1所示,它們的傾斜角相等,即α1=α2,tanα1=tanα2,即k1=k2.
圖1
充分性:如果k1=k2,即tanα1=tanα2,
∵0°≤α1<180°,0°≤α2<180°,∴α1=α2.于是l1∥l2.
⑥學(xué)生討論,采取類比方法得出兩條直線垂直的充要條件.
討論結(jié)果:①平面內(nèi)不重合的兩條直線的位置關(guān)系有平行和相交,其中垂直是相交的特例.
②兩條直線的傾斜角相等,這兩條直線平行,反過來成立.
③“α=β”是“tanα=tanβ”的充要條件.
④兩條直線的斜率相等,這兩條直線平行,反過來成立.
⑤l1∥l2k1=k2.
⑥l1⊥l2k1k2=-1.
(三)應(yīng)用示例
例1 已知A(2,3),B(-4,0),P(-3,1),Q(-1,2),判斷直線BA與PQ的位置關(guān)系,并證明你的結(jié)論.
解:直線BA的斜率kBA==0.5,
直線PQ的斜率kPQ==0.5,
因為kBA=kPQ.所以直線BA∥PQ.
變式訓(xùn)練
若A(-2,3),B(3,-2),C(,m)三點(diǎn)共線,則m的值為( )
A. B.- C.-2 D.2
分析:kAB=kBC,,m=.
答案:A
例2 已知四邊形ABCD的四個頂點(diǎn)分別為A(0,0),B(2,-1),C(4,2),D(2,3),試判斷四邊形ABCD的形狀,并給出證明.
解:AB邊所在直線的斜率kAB=-,
CD邊所在直線的斜率kCD=-,
BC邊所在直線的斜率kBC=,
DA邊所在直線的斜率kDA=.
因為kAB=kCD,kBC=kDA,所以AB∥CD,BC∥DA.
因此四邊形ABCD是平行四邊形.
變式訓(xùn)練
直線l1:ax+3y+1=0,l2:x+(a-2)y+a=0,它們的傾斜角及斜率依次分別為α1,α2,k1,k2.
(1)a=_____________時,α1=150°;
(2)a=_____________時,l2⊥x軸;
(3)a=_____________時,l1∥l2;
(4)a=_____________時,l1、l2重合;
(5)a=_____________時,l1⊥l2.
答案:(1) (2)2 (3)3 (4)-1 (5)1.5
(四)知能訓(xùn)練
習(xí)題3.1 A組6、7.
(五)拓展提升
問題:已知P(-3,2),Q(3,4)及直線ax+y+3=0.若此直線分別與PQ的延長線、QP的延長線相交,試分別求出a的取值范圍.(圖2)
圖2
解:直線l:ax+y+3=0是過定點(diǎn)A(0,-3)的直線系,斜率為參變數(shù)-a,易知PQ、AQ、AP、l的斜率分別為:kPQ=,kAQ=,kAP=,k1=-a.
若l與PQ延長線相交,由圖,可知kPQ<k1<kAQ,解得-<a<-;
若l與PQ相交,則k1>kAQ或k1<kAP,解得a<-或a>;
若l與QP的延長線相交,則kPQ>k1>kAP,解得-<a<.
(六)課堂小結(jié)
通過本節(jié)學(xué)習(xí),要求大家:
1.掌握兩條直線平行的充要條件,并會判斷兩條直線是否平行.
2.掌握兩條直線垂直的充要條件,并會判斷兩條直線是否垂直.
3.注意解析幾何思想方法的滲透,同時注意思考要嚴(yán)密,表述要規(guī)范,培養(yǎng)學(xué)生探索、概括能力.
4.認(rèn)識事物之間的相互聯(lián)系,用聯(lián)系的觀點(diǎn)看問題.
(七)作業(yè)
習(xí)題3.1 A組4、5.
3.1.1
傾斜角與斜率
約1課時
3.1.2
兩直線平行與垂直的判定
約1課時
3.2.1
直線的點(diǎn)斜式方程
約1課時
3.2.2
直線的兩點(diǎn)式方程
約1課時
3.2.3
直線的一般式方程
約1課時
3.3.1
兩條直線的交點(diǎn)坐標(biāo)
約1課時
3.3.2
兩點(diǎn)間的距離
約1課時
3.3.3及3.3.4
點(diǎn)到直線的距離及兩條平行線間的距離
約1課時
本章復(fù)習(xí)
約1課時
這是一份高中數(shù)學(xué)人教版新課標(biāo)A必修33.2.1古典概型教案,共3頁。教案主要包含了教學(xué)目標(biāo),重點(diǎn)與難點(diǎn),學(xué)法與教學(xué)用具,教學(xué)設(shè)想等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份2020-2021學(xué)年第二章 數(shù)列綜合與測試教學(xué)設(shè)計,共3頁。教案主要包含了等差數(shù)列與等比數(shù)列的性質(zhì)等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份高中數(shù)學(xué)人教版新課標(biāo)A必修22.3 直線、平面垂直的判定及其性質(zhì)教學(xué)設(shè)計,共3頁。教案主要包含了教學(xué)目標(biāo),教學(xué)重點(diǎn),教學(xué)設(shè)計等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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