内容正文:
2.3.1 两条直线的交点坐标 教学设计
教学内容
本节课是人教A版(2019)选择性必修第一册第二章“直线和圆的方程”中的内容。核心是建立“两条直线交点坐标”与“二元一次方程组的解”之间的对应关系。通过代数方法(解方程组)解决几何问题(求交点、判断位置关系),深刻体会数形结合的数学思想。
内容解析
本节课是直线与圆方程章节的关键内容,承接直线方程的基础,为后续研究直线位置关系及圆与直线的综合问题奠定基础。
以"两条直线交点坐标与方程组解的对应关系"为核心展开:首先建立代数与几何的联系,明确交点坐标即对应二元一次方程组的解,体现数形结合思想。知识关联:
通过代入消元、加减消元等解方程组的方法,将抽象关系转化为具体运算;通过方程组解的三种情况(唯一解、无解、无数解),对应直线的相交、平行、重合三种位置关系,形成知识闭环。教学中需突出"数"与"形"的双向转化,既让学生掌握求交点的代数方法,又能通过方程组解的特征判断直线位置关系。学习意义:
基于以上分析,确定本节课的教学重点为:掌握两条直线交点坐标的求法,理解直线位置关系与方程组解的对应关系。
教学目标
(1)能用解方程组的方法求两直线的交点坐标。
(2)会根据方程组解的个数判定两条直线的位置关系。
(3)理解直线系方程及其过定点问题。
(4)在数形结合与代数几何转化的过程中,培养逻辑推理与数学运算的核心素养。
目标解析
(1)该目标聚焦于具体运算能力,要求学生掌握用解二元一次方程组的方法求交点坐标,是数形结合思想的具体应用,需熟练运用代入或加减消元法,将几何问题转化为代数运算。
(2)此目标强调逻辑推理,需学生明确方程组解的个数(唯一、无、无数)与直线位置关系(相交、平行、重合)的对应,是对代数结果几何意义的理解,深化数形结合认知。
(3)该目标涉及拓展知识,要求理解直线系方程的构成,能通过方程组转化分析其过定点的特性,是对直线交点知识的延伸,培养知识迁移与综合应用能力。
(4)该目标要求学生在"求交点—判位置—析参数"的过程中,体会代数方法刻画几何关系的思想,发展逻辑推理与数学运算素养。
达成上述目标的标志是:
(1)能通过解方程组准确求出两条直线的交点坐标。
(2)能根据方程组解的个数判断两直线相交、平行或重合。
(3)能用斜率法和方程组法两种方法判断直线位置关系,并比较优劣。
(4)能根据交点个数或交点位置求参数值或取值范围。
(5)能设直线系方程求过两直线交点的直线方程。
(6)能求含参数的直线方程所过的定点坐标。
1. 学生前置基础
学生已学过直线的点斜式、斜截式、一般式等方程形式,能写出直线方程,也掌握了二元一次方程组的解法(代入消元法和加减消元法),对"形"的直观认识和"数"的运算基础具备。
2. 学生优势
已具备解二元一次方程组的熟练运算能力,能将几何问题转化为代数问题的意识初步形成;对平面内两直线相交、平行、重合有直观认知,能从图形角度理解位置关系。
3. 学生不足
数形结合的转化意识较弱,难以将求交点坐标的几何问题与解方程组的代数运算紧密联系。
一是对直线位置关系与方程组解的个数对应关系理解不深刻;
二是直线系方程过定点的推导及应用易混淆;
三是对含参数的直线方程,缺乏用方程组思想分析问题的意识。
4. 难点解决策略
通过实例直观演示几何图形与代数方程的对应,加强两者转化训练。
用对比表格梳理位置关系与解的个数联系,建立"解的个数—公共点个数—位置关系"的三级对应。
结合具体直线系方程,引导学生通过方程组变形找定点,理解参数分离法。
设计分步引导的例题,从"求交点"到"判位置"再到"求参数",层层递进。
通过斜率法与方程组法的比较,让学生体会不同方法的特点和适用场景。
基于以上分析,确定本节课的教学难点为:深刻理解直线位置关系与方程组解的联系,掌握直线系方程过定点的推导及应用。
知识点一 直线的交点与直线的方程组成的方程组的解的关系
(1)两条直线的交点坐标
几何元素及关系
代数表示
点A
A(a,b)
直线l
l:Ax+By+C=0
点A在直线l上
Aa+Bb+C=0
直线l1与l2的交点是A
(2)两条直线的位置关系
方程组的解
一组
无数组
无解
直线l1与l2的公共点的个数
一个
无数个
零个
直线l1与l2的位置关系
相交
重合
平行
[拓展] 两条直线相交,系数满足的条件
(1)设l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,则l1与l2相交的条件是A1B2-A2B1≠0或≠(A2,B2≠0).
(2)设两条直线l1:y=k1x+b1,l2:y=k2x+b2,则l1与l2相交⇔k1≠k2.
知识点二 两点间的距离公式
已知平面内两点P1(x1,y1),P2(x2,y2),则|P1P2|=.特别地,原点O(0,0)与任一点P(x,y)间的距离|OP|=.
[点拨] (1)两点间的距离公式与两点的先后顺序无关,也就是说公式也可写成|P1P2|=.
(2)当直线P1P2平行于x轴时,|P1P2|=|x2-x1|;
当直线P1P2平行于y轴时,|P1P2|=|y2-y1|.
课堂导入1:小区快递驿站配送路线情境
引入情境:某小区设置2个快递驿站,驿站A在楼栋主干道直线L₁上,驿站B在园区环形小路直线L₂上。配送员每天有两条固定配送路线:路线1沿主干道L₁派送,路线2沿环形小路L₂派送,两条路线会在小区中心广场交汇;若物业调整小路走向,两条路线会出现永不碰面完全重合两种情况。
提问1:如果只知道两条配送路线对应的直线方程,如何精准找到两条路线交汇的广场位置?只用画图估算坐标靠谱吗?
(引导思考:画图存在误差,需要代数计算精准求出交汇点坐标)
提问2:调整小路L₂后,若两条路线全程没有碰面的地方,对应方程组会出现什么计算结果?若两条路线完全重合,方程组又有什么特征?
追问:生活中还有哪些两条直线道路存在相交平行重合的场景?城市十字路口平行非机动车道重合的单行环线;这些场景能否全部用二元一次方程组描述位置关系?
课堂导入2:超市地下停车场导视标线情境
引入情境:超市地下车库地面画有两条白色导向标线,标线1是通往生鲜区的直行通道L₁,标线2是通往电梯口的转弯通道L₂。顾客开车时,两条标线会出现三种情况:交汇于车库出入口全程互不相交两条标线完全重叠。
提问1:停车场图纸给出两条标线的直线方程,怎样精确算出两条标线交汇的出入口坐标?
(引导思考:两条直线的公共点,同时满足两条直线的方程,因此可以联立方程求解)
提问2:若生鲜通道和电梯通道标线永远不相交,说明方程组有几组解?如果两条标线完全重合,方程组又有多少组解?
追问:生活中除了道路标线,还有哪些直线相交场景需要精准计算交点?台球桌球杆轨迹塔吊吊臂建筑梁柱,这些场景都能用本节课方程组方法定量计算交点。
引言:引入平面直角坐标系后,我们用二元一次方程就可对直线做定量研究,
思考:能否借助直线方程对“情境引入”中的“交点”进行定量研究呢?
预设:能,可以借助直线方程把交点具体坐标求出来
追问:还有哪些量可以通过直线方程利用代数方法进行定量研究呢?
预设:两点之间的距离、点到直线的距离、两平行直线的距离等
回顾:若点在直线上,则点的坐标与直线的方程有什么关系?
学生:回顾上节课所学知识,得出答案:
追问:已知两条直线相交,它们的交点坐标与直线的方程有什么关系?
师生:因为点为直线的交点,
所以点为直线,也在直线上,;
思考:从代数角度,将以上方程①和方程②联立,过程方程组,会有什么结论?
学生:解方程组,可以得到,即可以得到交点P的坐标
师生总结:求两条直线交点坐标的方法:
①求:若相交直线方程未知,先求直线的方程;
②构:将交点坐标代入两条直线方程,构成方程组
③解:解方程组,得到交点坐标.
教师:从几何角度和代数角度归纳分析,对应的关系,完成下列表格
几何角度
代数角度
点P
直线l
点P在直线l上
直线l1与l2的交点是P
学生:完成表格.
例1 求下列两条直线的交点坐标,并画出图形:
解:解方程组,得,所以,与的交点是,图形如图:
跟踪练习 求直线的交点坐标.
解:解方程组,得,所以,与的交点是
例2判断下列各对直线的位置关系.如果相交,求出交点的坐标:
(1),;
(2),;
(3),.
分析:解直线的方程组成的方程组,若方程组有唯一解,则与相交,此解就是交点的坐标;若方程组无解,则;若方程组中的两个方程可化成同一个方程,则与重合.
解:(1)解方程组,得,所以,与相交,交点是.
(2)解方程组
得,矛盾,这个方程组无解,所以与无公共点,.
(3)解方程组,①和②可以化成同一个方程,即①和②表示同一条直线,与重合.
师生总结:已知直线l1:A1x+B1y+C1=0(A+B≠0),直线l2:A2x+B2y+C2=0(A+B≠0):
方程组的解
一组
无数组
无解
直线l1与l2的公共点的个数
一个
无数个
零个
直线l1与l2的位置关系
相交
重合
平行
思考:你能用直线的斜率判断上述各对直线的位置关系吗?比较用斜率判断和解方程组这两种方法,你会优先选择哪一种?
学生:用斜率判断
追问:解方程组判断直线位置关系真的一无是处吗?有没有优点?
学生:非也,在判断相交关系时,斜率法只能判断是否相交,而解方程组法,还可以直接把交点坐标求出来.
题型一:根据直线方程求交点坐标
例题:直线与直线的交点坐标为( )
A. B. C. D.
预设:由,解得,则交点坐标为.故选:D
方法总结:根据直线方程求交点坐标基本步骤
第1步:求方程:若相交直线方程未知,先求直线的方程
第2步:构方程组:联立两条直线方程得方程组
第3步:下结论:解方程组,得到交点坐标
题型二:根据方程组解的个数判断直线位置
例题 判断下列各对直线的位置关系.如果相交,求出交点的坐标:
(1), ;
(2), ;
(3), ;
预设:(1)解方程组 ,得,,所以两直线相交,交点为.
(2)解方程组,无解,所以两直线平行;
(3)联立的方程组 ,无数组解,所以两直线重合.
方法总结:根据方程组解的个数判断直线位置的方法
方程组的解
一组
无数组
无解
直线l1与l2的公共点的个数
一个
无数个
零个
直线l1与l2的位置关系
相交
重合
平行
题型三:根据交点个数求参数值
例1 若三直线:,:,:经过同一个点,则
预设:由,解得,
∴直线与的交点坐标坐标为.
由题意得点在直线上,
∴,解得.
故答案为:-3.
例2 若三条直线,与共有两个交点,则实数的值为( )
A.1 B.-2 C.1或-2 D.-1
预设:由题意可得三条直线中,有两条直线互相平行,
∵直线和直线不平行,
∴直线和直线平行或直线和直线平行,
∵直线的斜率为1,直线的斜率为,直线的斜率为,
∴或.
故选:C.
方法总结:根据交点个数求参数值的方法
① 三直线有一个交点
第一步:先求其中两条直线的交点坐标(尽量选不含参的直线)
第二步:把求得的交点坐标代入第三条直线上,列方程,解方程即可
② 三条直线有两个交点
第一步:三条直线两个交点必有两条直线平行
第二步:分类讨论,利用平行,建立关于参数的方程,解方程即可.
题型四:根据交点所在位置求参数取值(范围)
例1 两直线和的交点在轴上,那么的值是( )
A. B. C. D.
预设:∵ 两直线和的交点在轴上,
所以交点的横坐标为0,纵坐标为两直线的纵截距
令,可,解得.故选:C.
例2 直线与的交点在第四象限,则的取值范围为( )
A. B. C. D.
预设:
联立方程: ,解得,所以交点坐标为
因为交点在第四象限,所以,解不等式组得:. 故选:C.
总结:根据交点所在象限求参数取值范围的方法
第一步:求交点:联立两条直线方程,解方程组,求出交点坐标
第二步:解不等式组:根据交点所在象限,建立不等式组,解之
第三步:下结论:不等式组的解,就是所求参数取值范围.
题型五:求过某两条直线交点的直线方程
例题:直线l过直线x+y-2=0和直线x-y+4=0的交点,且过P(-3,0)求直线l的方程.
【法一】联立方程解得
即直线l过点(-1,3),因为直线l还过点P(-3,0),
所以直线l的斜率为k=,
所以直线l的方程为y-3=(x+1),即3x-2y+9=0.
【法二】过直线x+y-2=0和直线x-y+4=0的交点的直线方程可以设为:
(
直线系方程法
)x-y+4+λ(x+y-2)=0,
又直线l的过点P(-3,0),
所以-3-0+4+λ(-3+0-2)=0,解得λ=,
代入化简得直线l的方程为3x-2y+9=0.
方法总结:过某两条直线交点的一系列直线,统称为直线系
优点:几乎表示所有过交点的直线
缺点:解不能表示之λ后面的那条直线:
应用:凡是求过某交点的直线方程,都可以这样设所求直线方程,然后根据已知条件求出λ即可.
题型六:含一个参数的直线方程过定点问题
证明:不论m为何实数, 直线 (m-1)x+(2m-1)y=m-5都恒过某一定点.
【证明】直线方程可化为(x+2y-1)m+(-x-y+5)=0.
若对任意m都成立,
则有得
所以不论m为何实数,所给直线都过定点P(9,-4).
方法总结:含一个参数的直线方程过定点,如何求定点坐标呢?
第一步:参数团圆:等价变形方程,去括号后,将所有含参的项放在一起,把参数作为公因式,提取公因式;
第二步:建立方程组:令参数的系数=0,不含参的部分必为0,
第三步:解方程组:求得x和y的值,这个就是定点的横、纵坐标.
1.(24-25高二上·辽宁葫芦岛·期末)直线与互相垂直,则这两条直线的交点坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【知识点】已知直线垂直求参数、求直线交点坐标
【分析】根据两直线垂直,求出值,代入方程,联立即可求得交点.
【详解】由直线与互相垂直,可得,解得,
将代入直线,得到,
联立方程组,解得,交点坐标为.
故选:C
2.(25-26高二上·浙江·期中)直线和的交点坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】求直线交点坐标
【分析】解两直线构成的方程组即可.
【详解】由,解得,
所以直线和的交点坐标为,
故选:B
3.(23-24高二上·重庆长寿·期末)直线与直线的交点坐标是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】求直线交点坐标
【分析】联立两条直线的方程,求解方程组,可求得两条直线的交点坐标.
【详解】由,得.
所以直线与直线的交点坐标为.
故选:B.
4.(24-25高二上·河北保定·期中)若直线与直线的交点在第一象限,则的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】由直线的交点坐标求参数
【分析】先求出两条直线的交点,并根据交点在第一象限,解出的取值范围即可.
【详解】由得,
因为两直线的交点在第一象限,所以,
解得:.
故选:B.
5.(25-26高二上·内蒙古呼和浩特·期末)已知直线与直线,则两条直线的交点所在的象限是( )
A.第一象限 B.第二象限 C.第三象限 D.第四象限
【答案】B
【知识点】求直线交点坐标
【分析】联立直线方程,求出交点坐标即可得解.
【详解】由,解得,
即两条直线的交点坐标为,
所以两条直线的交点所在的象限是第二象限,
故选:B
6.(24-25高二下·上海·期中)已知两条直线 ,“”是“直线”( )条件
A.充分不必要 B.必要不充分 C.充要 D.既不充分又不必要
【答案】A
【知识点】充要条件的证明、已知直线垂直求参数
【分析】根据求出,根据的取值进而验证即可求解.
【详解】当时,,解得,
所以,所以是直线的充分不必要条件.故选:A.
7.(25-26高二上·天津和平·期中)已知直线:与:相交于点,则过点且与垂直的直线方程是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】由两条直线垂直求方程、求直线交点坐标
【分析】通过解方程组求出交点坐标,再根据互相垂直两直线方程的特征进行求解即可.
【详解】由,
与垂直的直线方程可设为,
把代入,得,
故选:B
8.(25-26高二上·山东潍坊·期末)已知直线与垂直,则的值为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【知识点】已知直线垂直求参数
【分析】根据两直线垂直得,解出即可求解.
【详解】由题意得:,解得,
故选:A.
9.(25-26高二上·江苏苏州·期中)直线与直线及直线相交于同一点,且为的一个方向向量,则在轴上的截距为( )
A. B. C.1 D.2
【答案】A
【知识点】直线的点斜式方程及辨析、直线截距式方程及辨析、求直线交点坐标、求直线的方向向量(平面中)
【分析】根据题意可得交点,再由方向向量可得直线斜率,接着求出直线方程即可.
【详解】联立方程,直线过点,
又为直线的一个方向向量,则直线斜率为1,
直线,当,,即在轴上的截距为.
故选:A
10.(25-26高二上·江苏苏州·期中)直线与直线及直线相交于同一点,且为的一个方向向量,则在轴上的截距为( )
A. B. C.1 D.2
【答案】A
【知识点】直线的点斜式方程及辨析、直线截距式方程及辨析、求直线交点坐标、求直线的方向向量(平面中)
【分析】根据题意可得交点,再由方向向量可得直线斜率,接着求出直线方程即可.
【详解】联立方程,直线过点,
又为直线的一个方向向量,则直线斜率为1,
直线,当,,即在轴上的截距为.
故选:A
1.(2026·湖南衡阳·模拟预测)若点既是,所连线段的中点,又是直线与的交点,则线段AB的垂直平分线的方程是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【知识点】已知两点求斜率、已知直线垂直求参数、由两条直线垂直求方程、求直线交点坐标
【分析】将两直线方程相减可得过两直线交点的直线方程,再将代入化简可求出直线的斜率,从而可求出线段的垂直平分线的方程.
【详解】直线与直线的方程相减,
可得,
把点代入,可得,
所以,又是线段AB的中点,
所以线段AB的垂直平分线的方程是,
即.故选:D.
2.(25-26高二上·江苏苏州·阶段检测)已知直线,,过点作斜率为的直线分别交,于两点,,且为中点,则( )
A. B. C. D.1
【答案】C
【知识点】直线的点斜式方程及辨析、求直线交点坐标
【分析】先求出点,斜率为的直线方程的表达式,然后分别与直线方程联立求出点的坐标,最后根据中点求出结果.
【详解】过点,斜率为的直线方程为,即.
联立该直线与直线的方程为:
,解得;
,解得.
因为是线段的中点,所以有.
解得.
故选:C.
3.(25-26高二上·浙江·期中)直线和的交点坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】求直线交点坐标
【分析】解两直线构成的方程组即可.
【详解】由,解得,
所以直线和的交点坐标为,
故选:B
4.(25-26高二上·河南郑州·阶段检测)若关于,的方程组无解,则实数为( )
A. B.3 C.3或 D.1或
【答案】B
【知识点】由方程组的解的个数判断直线位置关系
【分析】将方程组进行消元,再对消元后的方程的解进行讨论可得所求值.
【详解】易知当时,方程组有解,不满足题意;
当时,方程组消去y得,,
当时,方程无解,所以原方程组无解,符合题意;
当时,方程的解集为,此时原方程组有无数多组解,不符合题意,故.
故选:B.
一、知识清单
1.两条直线交点坐标的求法:联立方程组 → 解方程组 → 得交点坐标。
2.方程组解与位置关系:唯一解→相交,无解→平行,无数解→重合。
3.几何与代数对应:点↔坐标,直线↔方程,点在直线上↔坐标满足方程,两直线交点↔方程组的解。
4.直线系方程:(A₁x+B₁y+C₁)+λ(A₂x+B₂y+C₂)=0 表示过两直线交点的直线(不含 l₂ 本身)。
5.含参数直线过定点:参数分离 → 令系数为零 → 解方程组 → 得定点。
6.斜率法与方程组法比较:斜率法简便但仅判位置,方程组法可求交点但计算量大。
二、方法归纳
方法1:求交点坐标:求方程 → 构方程组 → 解方程组 → 下结论。
方法2:判断位置关系:解方程组看解的个数——唯一解相交、无解平行、无数解重合。
方法3:求参数值(交点个数型):三线共点→求两线交点代入第三线;三线两交点→两线平行建方程。
方法4:求参数范围(交点位置型):求含参交点坐标 → 根据象限/坐标轴条件建不等式组 → 解之。
方法5:求过交点的直线方程:设直线系方程 → 代入已知条件 → 求参数 λ → 化简。
方法6:求含参直线过定点:参数分离 → 令系数为零 → 解方程组 → 得定点坐标。
三、易错误区
1. 混淆"平行"与"重合":斜率相等时两直线可能平行也可能重合,需通过方程组解的个数进一步判断。
2. 方程组无解≠计算错误:方程组无解时两直线平行,但需验证不是由于计算错误导致的。
3. 直线系遗漏直线:直线系方程 (l₁)+λ(l₂)=0 不能表示 l₂ 本身,需单独验证 l₂ 是否满足条件。
4. 交点位置条件不全:交点在坐标轴上时只要求一个坐标为零,在象限内时两个坐标同号,注意区分。
5. 参数分离不彻底:含参数直线过定点时,需将所有含参项提取公因式,不能遗漏。
6. 消元法选择不当:解方程组时消元法选择不当可能导致计算复杂或出错,应根据方程特点选择代入法或加减法。
作业1:完成教材第66页练习第1、2、3题。
作业2:完成教材第70页习题2.3第1、2、3、5题。
作业3(拓展):探究:若直线 l₁: (a+1)x+y-a=0 恒过定点,求该定点坐标,并求当 l₁ 与 l₂: 2x-y+1=0 交点在第二象限时 a 的取值范围。
2.3.1 两条直线的交点坐标
1. 交点坐标求法:
联立方程组 → 解方程组
2. 位置关系判定:
唯一解→相交
无解→平行
无数解→重合
3. 直线系方程:
(l₁)+λ(l₂)=0
4. 过定点问题:
参数分离法
5. 两种方法比较:
斜率法 vs 方程组法
例题板演区
例1:求 l₁ 与 l₂ 交点
x=3, y=2 → (3,2)
例2:判断位置关系
(1) 相交 (-2,2)
(2) 平行
(3) 重合
题型五:直线系法
λ=5 → 3x-2y+9=0
题型六:过定点
P(9, -4)
学生板演区
(跟踪练习、牛刀小试)
现存问题
1. 部分学生对"两直线平行、重合时无交点或无数交点"的理解较浅,需结合图形加深认知。
2. 课堂练习设计梯度不足,基础题与提高题衔接生硬,导致学生两极分化明显。
3. 互动环节中,对学困生关注不够,未能及时发现他们在解方程组时的计算错误。
4. 直线系方程的概念较为抽象,部分学生对其"不能表示 l₂ 本身"的理解不到位。
5. 含参数直线过定点的参数分离法,部分学生在提取公因式时容易出错。
改进措施
1. 增加数形结合的直观演示,通过几何画板展示方程组解与直线位置关系的动态对应。
2. 优化例题设计,设置梯度合理的练习链,从基础求交点到综合应用逐步提升。
3. 加强小组合作,让学生在讨论中深化对直线位置关系与方程解对应关系的理解。
4. 针对直线系方程,增加对比练习——直线系法与直接法的比较,让学生体会两种方法的特点。
5. 注重计算能力的巩固,在参数分离法环节增加分步引导,确保每一步逻辑清晰。
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