、教学过程设计
第一课时
[问题1]如果你邀请朋友在你所在城市的某餐馆聚会,你会怎样告诉他(她)聚会地点?例如,如果聚会地点在“深圳市笋岗路南,宝安路东的澳葡街”(如图一),你会怎样说?
(图一) (图二)
意图:通过建立平面直角坐标系,用坐标来刻画点的位置,为后面用点与坐标的对应关系来研究曲线与方程的关系作准备,同时让学生体会坐标法思想.
师生活动:教师提出问题让学生思考,然后通过建立平面直角坐标系,给出聚会地点的坐标(如图二).
[问题2]请你先在纸上画出一条直线与一个圆,然后与你同桌同学所画的图形进行比较,你们所画的图形一致吗?如果要大家画的直线与圆都一样,然后研究直线与圆的位置关系,该怎么办?
意图:通常情况下,不同学生画出的图形是不一致的.如果是在平面直角坐标系中,只要给出了直线与圆的方程,那么不同学生画出的直线与圆应该是一样的位置关系,提此问题主要是让学生增加曲线与方程的感性认识,并由此认识坐标系的重要作用,进一步体会坐标法思想.
师生活动:(1)教师提出问题后让学生先画一条直线与一个圆,然后同桌进行比较.
(2)给出直线与圆的方程分别为、,然后让学生在同一坐标系(两轴上的单位长为1 cm)中画出图形.
(3)计算圆心与直线的距离,并回答直线与圆的位置关系.(4)学生回答问题.
[问题3]为什么说方程表示一、三象限的平分线?
意图:学生已经知道平面直角坐标系中的点与坐标是一一对应的,也知道方程确实可以表示一、三象限的平分线,但并不知道这是为什么,而这正是本节课要学习的内容.因此,本问题是为引出曲线与方程的概念作准备.
师生活动:(1)教师提出问题后让学生说说“为什么表示一、三象限的平分线?”
(2)指出:一、三象限的平分线上的点组成集合,方程的全部解组成集合,那么P、Q之间有什么关系呢?
(3)通过说明P、Q之间存在一一对应关系,让学生体会方程与一、三象限的平分线可以互相表示的原因.
[问题4]我们知道,圆心在(0,1),半径为2的圆C可用方程表示,可这是为什么呢?
意图:通过对本问题的研究,让学生发现圆与其方程之间的关系和直线与其方程之间的关系完全类似,以此丰富学生对曲线与方程的认识,为归纳得出曲线与方程的概念作进一步的准备.
师生活动:(1)教师结合讲解给出下列过程:
设点是圆C上任意一点,则
,
因此,即的坐标是方程的解.
反过来,设是方程的解,则
,
即 .
所以,对应的点M满足,即点M在(0,1)为圆心,2为半径的圆C上.
(2)给出,,帮助学生体会到:P、Q之间存在一一对应关系.
[问题5] 对一般的曲线与方程,你能给出方程是曲线的方程,曲线是方程的曲线的概念吗?
意图:让学生在归纳概括[问题3]、[问题4]的基础上,给出曲线的方程与方程的曲线的概念.
师生活动:(1)让学生先思考,然后教师引领学生阅读教科书上的“定义”,给出曲线的方程与方程的曲线的概念:如果曲线C上的点的坐标都是方程f (x,y) = 0 的解;反过来,以方程f (x,y) = 0 的解为坐标的点都是曲线C上的点,那么,方程f (x,y) = 0叫做曲线C的方程,曲线C叫做方程f (x,y) = 0的曲线.
(2)教师引导学生总结出:若,,则“方程f (x,y) = 0叫做曲线C的方程,曲线C叫做方程f (x,y) = 0的曲线”等价于“P、Q之间存在一一对应关系”.
[问题6]我们知道,直线x-y = 0上的点到两坐标轴的距离相等,你认为到两坐标轴的距离相等的点的轨迹方程是否为x-y = 0?
意图:让学生根据曲线与方程的概念来判断,以此加深对概念的理解,并得到“方程是曲线的方程”或“曲线是方程的曲线”否定方法.
师生活动:(1)学生思考、交流,发现“直线x-y = 0上的点到两坐标轴的距离相等”,但是,发现点(-1,1)到两坐标轴的距离相等,但(-1,1)的坐标不是方程的解,而是方程的解.
(2)得出结论:“到两坐标轴的距离相等的点的轨迹方程不是x-y = 0,而是”.
(3)在教师启发下,帮助学生总结出“方程是曲线的方程”或“曲线是方程的曲线”的否定方法:若曲线C上存在点,其坐标不是方程f (x,y) = 0 的解,或方程f (x,y) = 0存在解为坐标的点不是曲线C上的点,则方程f (x,y) = 0不是曲线C的方程,曲线C也不是方程f (x,y) = 0的曲线.
(4)学生完成教科书P37练习第1题,并将题中的“中线AO(O为原点)所在直线的方程”修改为“中线AO(O为原点)的方程”后,提问学生结论有无改变?
(5)学生完成P37练习第2题.
[问题7] 你能画出函数的图象吗?图象上的点相应于坐标轴的距离而言具有怎样的几何特征?是否具有这些几何特征的点都在图象上?
意图:在一定意义上,这个问题是[问题6]的延续,用以帮助学生巩固刚得到的认识,进一步体会如何判断“方程不是曲线的方程”或“曲线不是方程的曲线”.同时使学生认识到,用解析式表示的函数与其图象之间的关系,其实就是方程与曲线之间的关系,以此可以丰富并巩固对曲线与方程之间的关系的认识.
师生活动:(1)师生画出函数的图象(可以利用信息技术工具).
(2)学生思考“图象上的点相应于坐标轴的距离而言具有怎样的几何特征”,利用信息技术工具探究,可能归纳出的几何特征是“图象上的点到两坐标轴的距离的乘积是常数”.
(3)学生思考:“到两坐标轴的距离的乘积是常数的点都在图象上”吗?
(4)师生得出“到两坐标轴的距离的乘积是常数的点的轨迹方程是”.
(5)证明所得结论,完成教科书P35例1.
[问题8]你能说说本节课学习的主要内容是什么吗?
意图:对本节课进行总结,并以此帮助学生归纳与概括学习内容.
师生活动:让学生明确本节课主要研究的内容是:(1)满足怎样的条件,方程f (x,y) = 0与曲线C的可以互相表示?(2)怎样证明一个方程是曲线的方程,或曲线是方程的曲线?
第二课时
[问题9] 阅读教科书P35“2.1.2求曲线的方程”的第一段内容,你能得出什么结论?
意图:明确解析几何研究的基本内容:(1)根据已知条件,求出表示曲线的方程;(2)通过曲线的方程,研究曲线的性质.
师生活动:学生阅读教科书并提炼回答内容,请学生回答,教师点评.教师指出,本节课的主要任务是求曲线的方程.
[问题10]我们知道,在平面直角坐标系中,经过点,且方向向量为的直线是惟一确定的,你能求出这条直线的方程吗?怎么说明你所求得的方程就是这条直线的方程呢?
意图:直线是没有定义的,因此要想像圆那样把直线上的点所满足的几何特征表达出来是一件困难的事情,但[问题10]蕴含了刻画直线上的点应满足的几何特征的一种方式,并且这种方式具有普遍意义.同时,[问题10]还给出了求曲线方程的最重要的环节:将曲线上的点应满足的“几何特征”等价转化为点的坐标应满足的“数量关系”.
师生活动:(1)教师引导学生复习两个向量平行的刻画方式:在平面直角坐标系中,若,则
(2)教师讲解:设点是所求直线上的任一点,则点应满足的几何特征是:
.
因此,所求直线可以看成点集.
因为,又,所以
.
设,下面证明所求的直线方程为:
. ①
设点是所求直线上的任一点,由上面的过程知点的坐标是方程①的解;反过来,设是方程①的解,由于以上每一步都可逆,所以对应的点在所求直线上.
所以,方程①就是所求的直线方程.
(3)教师引导学生对[问题10]中的直线进行分析,然后指出:方程①可以表示平面直角坐标系中的任意一条直线,由此可以看到:任何直线的方程均是二元一次方程,任何一个二元一次方程均表示直线.
[问题11] 如果给出A,B两点的坐标是(-1,-1),(3,7),动点P到A,B的距离相等. 你知道动点P的轨迹是什么吗?如何证明你的结论?
意图:学生通过已学知识知道,本问题中的点的轨迹是直线(而且是线段AB的垂直平分线),他们可能会用中点公式求出线段AB的中点,并通过求出AB的斜率而得出直线的斜率,最后用直线的点斜式写出直线方程.但如果问学生:为什么问题中的点的轨迹是直线?如果所求轨迹不是直线,你怎么能用求直线方程的方法去求呢?很有可能学生回答不出原因来,这就为用求曲线方程的一般方法求出轨迹方程,并用[问题10]的结论说明“点P的轨迹是直线”提供了可能.这个问题的另一个意图是让学生体会求曲线方程的步骤.
师生活动:(1)教师给出问题后问学生:你知道点P的轨迹是什么吗?你会怎样求出点P的轨迹?
(2)如果学生是用求线段AB的中垂线的方式求出点P的轨迹方程,那么问点P的轨迹为什么是线段AB的中垂线?
(3)教师按教科书P35例2 的方式求出点P的轨迹方程,并按定义证明自己的结论.
[问题12] 已知A,B 是平面上两个定点,动点P到A,B的距离相等. 你知道动点P的轨迹是什么吗?如何证明你的结论?
意图:[问题11]可以让学生体会到求曲线方程的基本步骤,但由于问题中已经建立了坐标系,所以步骤不完整.本问题的一个重要作用就是让学生体会如何建立平面直角坐标系,并以此完善求曲线方程的步骤.
师生活动:(1)让学生比较[问题12]与[问题11]有什么相同点与不同点.
(2)让学生尝试着建立平面直角坐标系,体会建立平面直角坐标系的要点.
(3)教师帮助学生总结出以下两种建立坐标系的方式:
(4)师生一起总结建立坐标系的要点:如果曲线(或轨迹)有对称中心,通常以对称中心为原点;如果曲线(或轨迹)有对称轴,通常以对称轴为坐标轴;尽可能使曲线上的关键点在坐标轴上.
[问题13] 你能简要地说出求曲线方程的步骤吗?
意图:帮助学生总结求曲线方程的基本步骤,并了解各个步骤的地位与作用.
师生活动:通过引导学生归纳总结[问题11]与[问题12]的求解过程,得出下列求曲线方程的步骤:
(1)建系设点:设动点M的坐标为(x,y);
(2)写出集合:P={M|p(M)};
(3)写出方程:根据p(M)写出f(x,y)=0;
(4)化简方程:化f(x,y)=0为最简形式;
(5)验证结论:解为坐标的点在曲线上.
[问题14]已知平面上的线段的长为,动点位于线段所在直线的同一侧,且向线段所张的角恒为,动点的轨迹是否有有限长度?若有,你能求出其长度吗?
意图:学生通过平面几何知识可以知道动点的轨迹是一段圆弧,但他们并不知道这是为什么,或者说很难由平面几何的方法证明他们的结论.通过求曲线方程的方法,我们可以得出点的轨迹方程,并可由方程说明轨迹是一段圆弧.因此,本问题可以让学生更深刻地感受曲线与方程之间的关系,体会求曲线的方程的重要意义不仅在于寻求曲线的表示,而且在于研究曲线的性质.
师生活动:
(1)教师讲解:以所在的直线为x轴,以线段的中垂线为y轴建立平面直角坐标系,则,.设点在x轴的上方,坐标为,则点的集合为
.
由于
因为 所以
所以,点的坐标满足方程;
反过来,由于上述的步骤均可逆,所以方程①的解作为坐标的点都在集合P中.
所以,点的轨迹方程是①,点的轨迹是一段以2为半径的圆弧,它的长度是整个圆的.因此,动点的轨迹的长度为
(2)提问学生,有无其它建立坐标系的方法使点的轨迹方程更简单,更简单的原因是什么?
(3)提问学生思考:为什么不能把作为点的轨迹方程?
(4)学生练习教科书P37练习第3题.
[问题15] 已知一条直线和一个点,点到的距离是2.一条曲线上面的点到的距离减去到的距离所得的差都是2.你能建立适当的坐标系,求出这条曲线的方程吗?
意图:这是根据教科书P36的例3改编的问题,意在帮助学生熟悉和巩固求曲线方程的步骤.
师生活动:
(1)师生一起讨论如何画出图形,如何建立坐标系.
(2)让学生按步骤求出曲线的方程.
(3)师生一起讨论如何避免轨迹中出现多余的点或方程中出现多余的解.
(4)简化求解步骤.
[问题16]建立坐标系后,是否存在一条曲线有两个不同的方程?你能以[问题14]和[问题15]为例,归纳一下你本节课学得的东西吗?
意图:归纳总结本节内容.
师生活动:学生思考交流,教师帮助总结出以下值得关注的问题:
(1)如何建立平面直角坐标系?
(2)准确写出几何特征p(M).
(3)将几何特征转化为数量关系而得出方程.
(4)简化方程的过程是否同解变形.
六、目标检测设计
1.求中心在原点,半径为2的圆位于直线上方部分所对应的方程.
设计意图:让学生体会曲线与方程之间的对应关系.
2.教科书P37,习题2.1:A组第3、4题;B组第1题.
设计意图:巩固曲线与方程的概念,体会如何求曲线的方程(或求轨迹方程).
3.已知平面上的线段的长为,动点向线段所张的角恒为,你能求出动点运动的轨迹的长度吗?
设计意图:让学生学会用方程来判定轨迹是什么,并进一步研究曲线的几何性质.
结语:“世界上所有的勇士,无不为这伟大的心灵而心潮澎湃,从中国的高山到海岸,我们依然能听到李小龙的呐喊.”这是人们对中国功夫“截拳道”的创立者李小龙的赞美!李小龙说过,“截拳道”不是一种拳术,不是一个门派,它是一种融会贯通的武学思想.李小龙正是由于掌握和运用了武学思想,才使得他打败众多敌手,并使中国功夫名扬天下,他也因此获得人们的崇敬和赞美,并永远地活在人们心中.我在想,一个学生的数学功夫要好,是只掌握解题中的“一招一式”就行呢,还是要更多地关注“招式”中的数学思想呢?
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