内容正文:
2.3.2 两点间的距离公式 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 2.3.2 两点间的距离公式,内容包括:本节课首先回顾平面直角坐标系中两点位置关系,引出两点间距离问题;接着利用向量法和构造直角三角形法推导两点间的距离公式,设平面内两点,向量法:求得然后利用向量模长公式即可得出;构造直角三角形法:过两点分别作坐标轴垂线构成直角三角形,利用横坐标差、纵坐标差作为直角边,推导得出两点间距离公式,强调公式中平方对距离非负性的保障及与坐标顺序无关的特性;随后通过求坐标轴上两点距离、已知距离求点坐标、结合几何图形(如三角形)计算边长等例题,展示公式应用,同时引导学生总结解题步骤,最后通过练习巩固公式使用,帮助学生掌握公式推导逻辑与实际应用方法,为后续直线与圆位置关系等内容奠定基础.
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。核心是推导并掌握平面上两点间的距离公式,理解其几何意义(勾股定理的坐标化表达),并能运用公式解决求距离、求参数、坐标法证明几何问题及“距离型”最值问题,体会数形结合与转化化归的数学思想。
内容解析
1. 知识前后逻辑
前置铺垫:平面直角坐标系、向量坐标与模、勾股定理、中点坐标、两直线交点联立求解;
后续延伸:点到直线距离、两平行线距离、圆的标准方程、弦长计算、解析几何最值;
本节实现几何线段长度完全坐标化,把纯几何长度计算转化为代数式开方运算,完善解析几何“以数度量形”完整工具链。
2. 核心数学思想
1. 数形结合:几何线段长度对应二次根式代数式,代数式可还原两点距离几何意义;
1. 转化与化归:平面几何证明转化为坐标代数运算,根式最值转化为动点距离几何模型;
1. 分类讨论:分水平、竖直、一般直线三种距离情形简化运算;
1. 特殊到一般:先坐标轴特殊点,再推广平面任意两点。
教学重点
(1) 两点间距离公式两种推导思路,熟记标准公式;
(2) 直接代入公式计算两点距离,利用距离列方程求解参数;
(3) 坐标法证明平面几何命题标准化四步骤。
教学难点
(4) 向量坐标与两点坐标关联推导公式的逻辑衔接;
(5) 合理建立平面直角坐标系简化几何证明计算;
(6) 识别根式代数式的几何距离意义,利用对称法求解距离和、差最值。
教学目标
(1)掌握平面上两点间的距离公式。
(2)会运用坐标法证明简单的平面几何问题。
(3)能解决简单的"距离型"最值问题。
目标解析
(1)该目标是本节课基础核心目标,要求学生不仅能熟记公式形式,还需理解向量法与构造直角三角形法的推导逻辑,明确平方保障非负性、坐标顺序无关的特性,为后续应用奠定认知基础,是实现其他目标的前提。
(2)此目标侧重方法应用与能力提升,需学生将几何问题转化为坐标运算,通过两点间距离公式计算边长等,体现数形结合思想,培养学生用代数手段解决几何问题的思维,深化对坐标法的理解与运用。
(3)该目标是公式应用的延伸与拓展,要求学生结合函数思想或几何图形性质,利用两点间距离公式建立关系求解最值,锻炼学生分析问题、转化问题的能力,提升知识应用的灵活性与综合性。
达成上述目标的标志是:
1. 公式推导可完整口述两种路径,基础求距离小题正确率≥95%;
1. 含参数距离方程能完整求解,不漏正负多解情况;
1. 几何证明可自主建系、设点、运算、翻译结论四步完整书写;
1. 看到双根号函数可快速识别动点距离模型,画出对称辅助图像;
1. 综合题型能串联交点、斜率、距离多工具联立解题。
(一)已有基础
1. 初中掌握勾股定理,能计算直角三角形斜边长;
1. 高一掌握平面向量坐标运算、向量模长公式;
1. 前两课时学会求直线交点、计算直线斜率、中点坐标;
1. 具备基础数形感知,但代数式子还原几何图形能力薄弱。
(二)学习预判困难
1. 向量推导时无法快速写出,向量模与距离对应关系模糊;
1. 坐标法证明不会合理建系,盲目设点加大计算量;
1. 无法识别的几何意义,纯代数求最值繁琐易错;
1. 开方方程易遗漏负参数解,水平/竖直线距离不会简化公式;
1. 综合题不会串联中点、交点、距离多个知识点。
难点突破策略
1. 分层问题链拆解向量推导,先写向量再套模公式,分步板书;
1. 总结三大最优建系原则,搭配多组图形对比计算量差异;
1. 固定根式几何转化模板,配套对称法解题流程图;
1. 专门设置多解参数例题,强调平方方程双解检验;
1. 梯度分层例题:基础距离→参数求解→几何证明→最值拓展,循序渐进。
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:无人机山地三维位移情境
情境素材
校园寻宝平面图,智慧楼、宝藏点标注平面坐标,任务为计算两点直线距离解锁下一条线索。
递进提问:
1. 地图上两点代表校园建筑,两点间直线路径长度怎么精准算出?直尺测量存在误差,有没有代数计算方法?
1. 若两点横坐标相同、纵坐标相同,线段长度该如何快速计算?
1. 能否借助之前学的向量、直角三角形知识推导出通用计算式子?
设计意图:贴近学生校园生活,制造“测量有误差,坐标精准计算”的需求,自然引出两点距离探究课题,唤醒勾股定理、向量旧知储备。
课堂导入2:校园实景情境
校园寻宝平面图,智慧楼、宝藏点标注平面坐标,任务为计算两点直线距离解锁下一条线索。
递进提问:
1. 地图上两点代表校园建筑,两点间直线路径长度怎么精准算出?直尺测量存在误差,有没有代数计算方法?
1. 若两点横坐标相同、纵坐标相同,线段长度该如何快速计算?
1. 能否借助之前学的向量、直角三角形知识推导出通用计算式子?
设计意图:贴近学生校园生活,制造“测量有误差,坐标精准计算”的需求,自然引出两点距离探究课题,唤醒勾股定理、向量旧知储备。
引言:我们知道,在各种几何量中,直线段的长度是最基本的. 所以,在解析几何中,最基本的公式自然是:用平面内两点的坐标表示这两点间距离的公式.
探究:如图2.3-2,已知平面内两点,,如何求,间的距离?
教师:提示:我们可以用平面向量的知识来解决;
学生:从平面向量的知识入手,考虑求法:
如图,由点,,得.
于是,.
练习:若两个点中,其中一个为原点,另一个为,则
学生:应用自己推导出来的两点间的距离公式, 代入计算,得到两点间的距离的特殊情况:
平面坐标系上任意一点到原点的距离公式:.
设计意图:引导学生体会由一般到特殊的数学思想.
思考:除了向量法,还能借助其他知识,推导两点间的距离公式吗?
教师:提示:可以考虑构造直角三角形利用勾股定理求解.
学生:回顾初中勾股定理的知识,进行做图求解:
如图,在中,易知,
所以|P1P2|=.
即两点P1(x1,y1),P2(x2,y2)间的距离|P1P2|=.
思考:“当直线P1P2平行于x轴时”与“当直线P1P2平行于y轴时”,两点间距离公式可以化简为怎样的形式?
教师:引导学生分“当时”和“当时”两种情况讨论
学生:分“当时”和“当时”两种情况分别应用两点间距离公式并化简.得出结论.
师生:问题4和问题5的探究分析,辨析两点间的距离公式,并归纳总结.
思考:有些代数式子表示的几何意义就是两点间的具体,那么你能识别吗?
比如式子的几何意义是什么?
学生:观察式子的机构,并与两点间的距离公式作对比,得出结论.
例3 已知点,,在轴上求一点,使,并求的值.
教师:引导学生认真审题,并学会用方程的思想去处理问题.
学生:认真审题,并自主尝试解答本题,并收集自己的问题,带着问题去听别的同学的分享.
预设: 设所求点为,则
,
.
由,得
解得.
所以,所求点为,且
.
跟踪练习:已知点,,在轴上求一点,使,并求的值.
学生:回顾例题3的解题过程及方法,进行知识的迁移解决该跟踪练习题.
教师:巡视学生的做题情况,并进行个别辅导,寻找规范答题示范和经典错误答题示范,并进行展示和分析.
预设:解:设所求点为,则:
,
,
由,得,解得,
当时,所求点为,且;
当时,所求点为,且.
师生归纳总结:两点间的距离公式求两点间距离的方法:
第1步:确定两点的坐标,若某点坐标未知,就根据题意设点的坐标
第2步:代入两点间距离公式:
两种特殊情况:若坐标的纵坐标相等,则
若坐标的横坐标相等,则
第3步:计算化简即可求得距离.
例4用坐标法证明:平行四边形两条对角线的平方和等于两条邻边的平方和的两倍.
师生:共同审题及分析:首先要建立适当的平面直角坐标系,用坐标表示有关的量,然后进行代数运算,最后把代数运算的结果“翻译”成几何关系.
学生:根据分析的解题方法尝试解题,同桌可交流讨论.
预设:证明:如图2.3-4,四边形是平行四边形.以顶点为原点,边所在直线为轴,建立如图所示的平面直角坐标系.
思考:如图,若设点的坐标为,点的坐标为,如何利用平行四边形的性质得到点的坐标?
学生:思考并尝试,交流讨论,为后面解题斜点的坐标做准备.
如何由平行四边形的性质,得到点的坐标为?
在中,点的坐标是,设点的坐标为,点的坐标为,由平行四边形的性质,得点的坐标为.
由两点间的距离公式,得,,,.
所以,.
所以,
即平行四边形两条对角线的平方和等于两条邻边的平方和的两倍.
师生归纳总结:“坐标法”解决平面几何问题的四个基本步骤:
第一步:一建:建立适当的平面直角坐标系;
第二步:二表:用坐标表示点、距离等相关量;
第三步:三算:进行相关代数运算;
第四步:四翻译:把代数运算结果“翻译”成几何结论.
跟踪练习:换一个建平面直角坐标系的方法,再证明一次例题4
学生:思考如何重新建立坐标系,再重新求对应点的坐标,再证明.
教师:巡视学生做题情况,个别辅导,挑选优秀证明展示.
预设:证明:以对角线的交点为原点,建立如图所示坐标系,在中,设由平行四边形的性质,得.
由两点间的距离公式,可得
所以
所以
即平行四边形两条对角线的平方和等于两条邻边的平方和的两倍.
思考:体会例题4中两种不同建系方法中证明过程,说说适当建立坐标系,对证明的重要性?
预设:不同的建系,相关量的表示不同,证明过程的计算量不同
学生:回顾两种建系后的证明过程,分享自己的体会.
思考:如何建立适当的平面直角坐标系?
学生:根据之前两次建系的体会思考和总结,交流讨论,得出结论.
师生:总结建系的三大原则:
原则一:让尽可能多的点落在坐标轴上;
原则二:条件中有两条线垂直,一般的这两条线作为坐标轴
原则三:轴对称图形,对称轴一般作为坐标轴
课后练习:如右图所示,建立坐标系,该建系方法是否遵循了以上三个建系原则?
课后同学们尝试再证明一次,
体会证明过程,并比较.
回顾:在“平面向量及其应用”的学习中,我们用“向量法”证明过这个命题.
思考:比较“坐标法”和“向量法”,你有什么体会?
学生:比较,思考,讨论交流.
题型一:两点间的距离公式求两点间的距离
例题:已知,,,则的周长为 .
预设:,,
,
的周长为.
方法总结:①求坐标:若有点的坐标未知,先求出点坐标;
②代公式:代入两点间的距离公式即可求得两点间的距离.
题型二:利用两点间的距离公式求参数值
例题:已知点与点之间的距离为5,则实数a的值为________
预设:因为点与点之间的距离为5,则,整理得,解得或.
方法总结:①设点:若有点的坐标未知,引入参数设点的坐标;
②建方程:利用已知等式建立关于参数的方程.
题型三:两点距离公式与其他知识交汇
例题1:(1)直线l:4x﹣y﹣4=0与l1:x﹣2y﹣2=0及l2:4x+3y﹣12=0所得两交点的距离为( )
A. B. C.3 D.
预设:由得,即,
由得,即,
则|AB|. 故选:D
(2)若动直线定点A和动直线定点B,
求.
预设:由可得:,由可得,
所以定点,
直线可化为,由可得,
所以定点,
3、若过点A(3,a)和点B(4,b)的直线与y=2x+3平行,则|AB|的值为( )
A.3 B. C.5 D.
预设:由题意得=2,即b-a=2. 所以.
故选:D
方法总结:先利用已知条件求出点的坐标,或者整体的值,再代入两点间的距离公式求距离.
题型四:“距离型”的最值问题
例题:(1)已知,求的最小值.
预设:,
当时,
方法总结:先用两点的距离公式求距离,表示成只含一个未知数的式子,再利用函数的观点求最值.
(2)函数的最小值为____________.
预设:,
函数y表示点到点和的距离之和.
. 故答案为:
方法总结:双根号和的最值:理解式子的几何意义,转化为两个点的“距离和”问题,动点P到两定点A、B的距离和大于等于定点的距离:
(3)已知直线l:3x-y-1=0及点A(4,1),B(0,4),C(2,0).试在l上求一点P,使|AP|+|CP|最小.
预设:如图,设C关于l的对称点为C′(a,b),则=-,
且3·--1=0,解得C′(-1,1).又A(4,1),
当P在直线上运动式,|AP|+|CP|≥|AC|=.
方法总结:同侧距离和最小值:先求两定点A、B中A点关于直线对称点,则:
(4)已知直线l:3x-y-1=0及点A(4,1),B(0,4),C(2,0).试在l上求一点Q,使|AQ|-|BQ|最大.
预设:如图,设B关于l的对称点为B′(m,n),则=-
且3·--1=0,解得B′(3,3).又A(4,1)
此时|AQ|-|BQ|=|AQ|-|B′Q|≤|AB′|
又|AB′|=,故所求最大值为
方法总结:异侧距离差最小值:先求两定点A、B中A点关于直线对称点,则:
题型五:由顶点坐标判断三角形的形状
例题:已知的三个顶点的坐标是,,.
(1)判断的形状;(2)求的面积.
预设:因为 ,,
所以,
所以是等腰直角三角形.
(2)由(1)得.
方法总结:①求距离:利用三角形顶点坐标求出三条边的长度;
②找距离关系:确定距离是否相等,是否满足勾股定理等关系,从而可以判断形状.
1.(25-26高二上·贵州铜仁·阶段检测)点到点间的距离( )
A.3 B.4 C.5 D.6
【答案】C
【知识点】求平面两点间的距离
【分析】应用两点的距离公式求距离即可.
【详解】由题意.
故选:C
2.(25-26高二上·贵州铜仁·阶段检测)点到点间的距离( )
A.3 B.4 C.5 D.6
【答案】C
【知识点】求平面两点间的距离
【分析】应用两点的距离公式求距离即可.
【详解】由题意.
故选:C
3.(25-26高二上·新疆喀什·阶段检测)已知点到点的距离为5,则实数的值为( )
A.5 B. C.5或 D.无解
【答案】C
【知识点】求平面两点间的距离
【分析】利用两点间的距离公式求解即可.
【详解】因为点到点的距离为5,所以,
所以,所以,解得或.
故选:C.
4.(25-26高二上·北京房山·期中)已知,,,,,则点的坐标是( )
A. B. C.或 D.或
【答案】C
【知识点】已知直线垂直求参数、求平面两点间的距离
【分析】设,由题意列方程组即可求得.
【详解】设,
由题意可得,
解得或 .
所以点的坐标为或.
故选:C
5.(25-26高二上·陕西汉中·阶段检测)设,直线过定点,直线过定点,则( )
A. B.2 C.2 D.4
【答案】A
【知识点】直线过定点问题、求平面两点间的距离
【分析】先求出两条直线的定点,再根据两点之间的距离公式求解即可.
【详解】直线过定点,
直线过定点,
则
故选:A
6.(25-26高二上·河南新乡·阶段检测)已知的三个顶点分别为,则的面积是( )
A.5 B.10 C. D.20
【答案】B
【知识点】求平面两点间的距离、已知两点求斜率
【分析】由的坐标易证,分别求出,再代入的面积公式即可.
【详解】因为,
所以直线的斜率,直线的斜率,
因为,所以,所以是直角三角形.
因为,
所以的面积.
故选:B.
7.(25-26高二上·内蒙古通辽·阶段检测)已知,点在轴上,则的最小值为( )
A. B.5 C. D.
【答案】B
【知识点】求平面两点间的距离、用两点间的距离公式求函数最值
【分析】先求出N关于轴对称的点为,再利用对称性可求得的最小值.
【详解】设,则N关于轴对称的点为,
所以的最小值为;
故选:B.
8.(25-26高二上·江苏扬州·期中)已知的顶点为,,,则边上的中线长为( )
A. B. C. D.6
【答案】C
【知识点】求平面两点间的距离
【分析】利用中点坐标公式求AB中点,再用两点间距离公式即可求解.
【详解】设AB中点为D,根据中点坐标公式可知AB中点坐标为,
则边上的中线长即为CD长度,
根据两点间距离公式可知:,
故边上的中线长为.
故选:C.
9.
(25-26高二上·北京·期中)已知三角形的三个顶点,则过点的中线长为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】线段的定比分点、求平面两点间的距离
【分析】由题意求出中点坐标,根据两点间距离公式求得中线长.
【详解】设边的中点,则.
所以,所以.
所以过点的中线长为.故选:B.
10.(25-26高二下·江苏南京·期中)在空间直角坐标系中,轴上与点和点距离相等的点是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】求空间中两点间的距离
【分析】利用空间两点间距离公式可构造方程,从而得到所求点坐标.
【详解】设所求点为.
由得,
解得,因此所求点为.故选:B.
1.(25-26高二上·河南·阶段检测)(多选题)已知为坐标原点,点在直线上,若,则点的坐标可以是( )
A. B. C. D.
【答案】BD
【知识点】由距离求点的坐标
【分析】设点,利用两点间距离公式列出方程,即可得解.
【详解】设,则,整理得,
解得或.当时,;当时,,
所以点的坐标是或,
故选:BD.
2.(2026·湖北·一模)已知非负实数,满足,则的最小值为( )
A.8 B. C.7 D.
【答案】A
【知识点】直线的一般式方程及辨析、求平面两点间的距离
【分析】设,则的几何意义即为,结合对称可求前者的最小值.
【详解】设原点关于直线的对称点为,
则,故,故.
设,因为,为非负实数,且,欲求的最小值,
即求线段上的点到轴的距离与到原点距离之和最小,
即为的最小值,如图,设在轴上的垂足为,
则, 当且仅当共线时等号成立,
故的最小值为.
3.(25-26高二上·湖南湘潭·期中)已知的三个顶点,,,则的面积为_____.
【答案】3
【知识点】求平面两点间的距离
【分析】根据题意可得,且直线,即可得点到直线的距离,进而可得面积.
【详解】由题意可知:,且直线,
点到直线的距离,
所以的面积为.
故答案为:3.
4.(25-26高二上·江西宜春·期末)设直线和直线,则直线与直线的位置关系为( )
A.平行 B.重合 C.垂直 D.以上都不是
【答案】C
【知识点】由一般式方程判断直线的垂直
【分析】利用斜率之积为,来判断两直线垂直即可.
【详解】由直线的斜率为:,
直线的斜率为,
可得,所以两直线互相垂直.
故选:C
1. 核心公式体系
1. 通用距离公式:
1. 三类简化:水平、竖直、原点距离;
1. 配套工具:中点坐标公式。
2. 两大核心应用模块
1. 定量计算:求线段长、求坐标参数、三角形相关计算;
1. 定性证明:坐标法平面几何四步流程;
1. 拓展提升:代数式几何转化、对称法距离最值。
3. 高频易错警示
1. 开平方方程遗漏负参数解;
1. 水平/竖直线仍套完整公式,计算繁琐;
1. 建系不合理,大幅增加运算量;
1. 无法识别二次根式的两点距离几何意义;
1. 最值问题忘记作对称点,直接代数求导计算复杂。
4. 核心数学思想
数形结合、特殊到一般、转化化归、分类讨论。
1. 基础必做:教材74页练习1、2、3,夯实公式代入运算;
1. 提升选做:
· ①绘制本节完整思维导图;
· ②2道参数求解大题、1道三角形形状判定;
· ③1道坐标法几何证明题;
1. 拓展思考:双根式距离最值综合小题;
1. 预习任务:预习2.3.3点到直线的距离,思考:定点到定直线最短线段是什么,能否用两点距离推导。
板书采用双栏式设计,左栏为知识要点,右栏为例题板演区。
知识要点
1. 两点间距离公式:
|P₁P₂|=√[(x₂-x₁)²+(y₂-y₁)²]
2. 特殊情形:
平行x轴:|P₁P₂|=|x₂-x₁|
平行y轴:|P₁P₂|=|y₂-y₁|
3. 坐标法四步:
建系→表示→运算→翻译
4. 建系三原则:
①多点在坐标轴上
②垂直线作坐标轴
③对称轴作坐标轴
5. 距离型最值:
函数观点 / 几何意义
对称变换+三点共线
例题板演区
例3:在x轴上求点P使|PA|=|PB|
设P(x,0)→列方程→求解
例4:坐标法证平行四边形性质
建系→设坐标→代公式→化简
|AC|²+|BD|²=2(|AB|²+|AD|²)
题型四:距离型最值
(1) 函数观点求最值
(2) 双根号和→对称变换
(3) 同侧距离和→求对称点
(4) 异侧距离差→求对称点
现存问题
1. 公式推导环节,部分基础薄弱学生在向量坐标与两点坐标关联上仍有困惑,对"向量模长=距离"的等价关系理解不够深入,互动引导需更细致。
2. "已知距离求点坐标"的多解问题,部分学生易遗漏情况,缺乏检验多解的习惯。
3. 坐标法证明几何问题中,部分学生建系策略不当,导致计算复杂、容易出错,对建系三原则的灵活运用能力不足。
4. "距离型"最值问题中,学生对代数式几何意义的识别不够敏感,对称变换的运用不够熟练。
5. 课堂练习时间分配上,题型四(最值问题)内容较多,部分学生来不及完成,需要优化时间安排。
改进措施
1. 针对向量法推导难点,设计更细致的拆解步骤:先复习向量坐标表示→实例练习求两点向量→联系模长公式→推导距离公式,每一步设置检查点。
2. 增加"已知距离求参数"的变式练习,强化多解检验意识,养成"解完方程→检验多解→写出所有解"的习惯。
3. 对坐标法建系,设计对比练习——同一问题用不同建系方法求解,让学生亲身体会建系优劣,深化建系三原则的理解。
4. 对"距离型"最值问题,增加代数式几何意义识别的专项练习,从简单到复杂循序渐进;对对称变换,先复习点关于直线对称的求法,再应用于最值问题。
5. 优化课堂时间分配,将题型四拆为两个课时处理,第一课时聚焦函数观点和几何意义识别,第二课时聚焦对称变换的综合应用,确保学生充分消化。
学科网(北京)股份有限公司
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