3.1.1直线的倾斜角与斜率
笛卡儿1596年3月31日生于法国土伦省莱耳市的一个贵族之家,1650年2月11日卒于斯德哥尔摩。笛卡儿生平笛卡儿的父亲是布列塔尼地方议会的议员,同时也是地方法院的法官,笛卡儿在豪华的生活中无忧无虑地度过了童年。他幼年体弱多病,母亲病故后就一直由一位保姆照看。他对周围的事物充满了好奇,父亲见他颇有哲学家的气质,亲昵地称他为“小哲学家”。父亲希望笛卡儿将来能够成为一名神学家,于是在笛卡儿八岁时,便将他送入拉弗莱什的耶稣会学校,接受古典教育。校方为照顾他的孱弱的身体,特许他可以不必受校规的约束,早晨不必到学校上课,可以在床上读书。因此,他从小养成了喜欢安静,善于思考的习惯。
解析几何的诞生在笛卡儿所处的时代,代数还是一门比较新的科学,几何学的思维还在数学家的头脑中占有统治地位。1637年,笛卡儿发表了《几何学》,它确定了笛卡儿在数学史上的地位。文艺复兴使欧洲学者继承了古希腊的几何学,也接受了东方传入的代数学。利学技术的发展,使得用数学方法描述运动成为人们关心的中心问题。笛卡儿分析了几何学与代数学的优缺点,表示要去“寻求另外一种包含这两门科学的好处,而没有它们的缺点的方法”。在《几何学》卷一中,他用平面上的一点到两条固定直线的距离来确定点的距离,用坐标来描述空间上的点。他进而创立了解析几何学,表明了几何问题不仅可以归结成为代数形式,而且可以通过代数变换来实现发现几何性质,证明几何性质。
笛卡儿把几何问题化成代数问题,提出了几何问题的统一作图法。为此,他引入了单位线段,以及线段的加、减、乘、除、开方等概念,从而把线段与数量联系起来,通过线段之间的关系,“找出两种方式表达同一个量,这将构成一个方程”,然后根据的解所表示的线段间的关系作图。在卷二中,笛卡儿用这种新方法解决帕普斯问题时,在平面上以一条直线为基线,为它规定一个起点,又选定与之相交的另一条直线,它们分别相当于x轴、原点、y轴,构成一个斜坐标系。那么该平面上任一点的位置都可以用(x,y)惟一地确定。帕普斯问题就化成了一个含两个未知数的二次不定方程。笛卡儿指出,方程的次数与坐标系的选择无关,因此可以根据方程的次数将曲分类。
在平面直角坐标系中,点用坐标表示,直线如何表示呢?问题引入xyOlP(x,y)为了用代数方法研究直线的有关问题,首先探索确定直线位置的几何要素,然后在坐标系中用代数方法把这些几何要素表示出来.问题
对于平面直角坐标系内的一条直线l,它的位置由哪些条件确定?问题引入问题xyOl
我们知道,两点确定一条直线.一点能确定一条直线的位置吗?已知直线l经过点P,直线l的位置能够确定吗?问题引入问题xyOll’l’’P
过一点P可以作无数条直线l1,l2,l3,…它们都经过点P(组成一个直线束),这些直线区别在哪里呢?问题xyOll’l’’P问题引入
容易看出,它们的倾斜程度不同.怎样描述直线的倾斜程度呢?问题xyOll’l’’P问题引入
当直线l与x轴相交时,我们取x轴作为基准,x轴正向与直线l向上方向之间所成的角α叫做直线l的倾斜角(angleofinclination).xyOl当直线l与x轴平行或重合时,规定它的倾斜角为.直线的倾斜角的取值范围为:直线的倾斜角
直线的倾斜程度与倾斜角有什么关系?平面直角坐标系中每一条直线都有确定的倾斜角,倾斜程度不同的直线有不同的倾斜角,度相同的直线其倾斜角相同.倾斜程xyOl已知直线上的一个点不能确定一条直线的位置;同样已知直线的倾斜角α.也不能确定一条直线的位置.但是,直线上的一个点和这条直线的倾斜角可以唯一确定一条直线.直线的倾斜角
确定平面直角坐标系中一条直线位置的几何要素是:直线上的一个定点以及它的倾斜角,二者缺一不可.确定直线的要素xyOlP
日常生活中,还有没有表示倾斜程度的量?前进量升高量问题问题引入
问题前进升高例如,“进2升3”与“进2升2”比较,前者更陡一些,因为坡度(比)问题引入
通常用小写字母k表示,即一条直线的倾斜角 的正切值叫做这条直线的斜率(slope).倾斜角是的直线有斜率吗?倾斜角是的直线的斜率不存在.直线的斜率如果使用“倾斜角”这个概念,那么这里的“坡度(比)”实际就是“倾斜角α的正切”.
如:倾斜角时,直线的斜率当为锐角时,如:倾斜角为时,由即这条直线的斜率为直线的斜率倾斜角α不是90°的直线都有斜率,并且倾斜角不同,直线的斜率也不同.因此,可以用斜率表示直线的倾斜程度.
已知直线上两点的坐标,如何计算直线的斜率?两点的斜率公式问题给定两点P1(x1,y1),P2(x2,y2),并且x1≠x2,如何计算直线P1P2的斜率k.
当为锐角时,在直角中设直线P1P2的倾斜角为α(α≠90°),当直线P1P2的方向(即从P1指向P2的方向)向上时,过点P1作x轴的平行线,过点P2作y轴的平行线,两线相交于点Q,于是点Q的坐标为(x2,y1).两点的斜率公式
当为钝角时,在直角中两点的斜率公式
同样,当的方向向上时,也有两点的斜率公式
1.已知直线上两点,运用上述公式计算直线斜率时,与两点坐标的顺序有关吗?无关两点的斜率公式思考2.当直线平行于y轴,或与y轴重合时,上述斜率公式还适用吗?为什么?不适用
当直线与轴平行或重合时,上述式子还成立吗?为什么?经过两点的直线的斜率公式为:两点的斜率公式思考成立
例1如图,已知,求直线AB,BC,CA的斜率,并判断这些直线的倾斜角是锐角还是钝角.解:直线AB的斜率直线BC的斜率直线CA的斜率由及知,直线AB与CA的倾斜角均为锐角;由知,直线BC的倾斜角为钝角.典型例题
例2在平面直角坐标系中,画出经过原点且斜率分别为1,-1,2及-3的直线及.即解:取上某一点为的坐标是,根据斜率公式有:设,则,于是的坐标是.过原点及的直线即为.xy是过原点及的直线,是过原点及的直线,是过原点及的直线.典型例题
两点间斜率公式知识小结倾斜角斜率
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