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人教版高中数学选修2-1教案全套(80页)


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选修 2—1 教案
第一章 常用逻辑用语

1.1 命题及其关系
1.1.1 命题
(一)教学目标 1、知识与技能:理解命题的概念和命题的构成,能判断给定陈述句是否为命题,能判断命题的 真假;能把命题改写成“若 p,则

q”的形式; 2、过程与方法:多让学生举命题的例子,培养他们的辨析能力;以及培养他们的分析问题和解 决问题的能力; 3、情感、态度与价值观:通过学生的参与,激发学生学习数学的兴趣。 (二)教学重点与难点 重点:命题的概念、命题的构成 难点:分清命题的条件、结论和判断命题的真假 (三)教学过程 1.复习回顾 初中已学过命题的知识,请同学们回顾:什么叫做命题? 2.思考、分析 下列语句的表述形式有什么特点?你能判断他们的真假吗? (1)若直线 a∥b,则直线 a 与直线 b 没有公共点 . (2)2+4=7. (3)垂直于同一条直线的两个平面平行. 2 (4)若 x =1,则 x=1. (5)两个全等三角形的面积相等. (6)3能被2整除. 3.讨论、判断 学生通过讨论, 总结: 所有句子的表述都是陈述句的形式, 每句话都判断什么事情。 (1) 其中 (3) (5)的判断为真, (4) (2) (6)的判断为假。 教师的引导分析:所谓判断,就是肯定一个事物是什么或不是什么,不能含混不清。 4.抽象、归纳 定义:一般地,我们把用语言、符号或式子表达的,可以判断真假的陈述句叫做命题. 命题的定义的要点:能判断真假的陈述句. 在数学课中,只研究数学命题,请学生举几个数学命题的例子. 教师再与学生共同从命题 的定义,判断学生所举例子是否是命题,从“判断”的角度来加深对命题这一概念的理解. 5.练习、深化 判断下列语句是否为命题? (1)空集是任何集合的子集. (2)若整数 a 是素数,则是 a 奇数. (3)指数函数是增函数吗?
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(4)若平面上两条直线不相交,则这两条直线平行. (5)

(?2) 2

=-2.

(6)x>15. 让学生思考、辨析、讨论解决,且通过练习,引导学生总结:判断一个语句是不是命题,关 键看两点:第一是“陈述句” ,第二是“可以判断真假” ,这两个条件缺一不可.疑问句、祈使句、 感叹句均不是命题. 解略。 引申:以前,同学们学习了很多定理、推论,这些定理、推论是否是命题?同学们可否举出 一些定理、推论的例子来看看? 通过对此问的思考,学生将清晰地认识到定理、推论都是命题. 过渡:同学们都知道,一个定理或推论都是由条件和结论两部分构成(结合学生所举定理和 推论的例子,让学生分辨定理和推论条件和结论,明确所有的定理、推论都是由条件和结论两部 分构成) 。紧接着提出问题:命题是否也是由条件和结论两部分构成呢? 6.命题的构成――条件和结论 定义:从构成来看,所有的命题都具由条件和结论两部分构成.在数学中,命题常写成“若 p, 则 q”或者 “如果 p, 那么 q”这种形式, 通常, 我们把这种形式的命题中的 p 叫做命题的条件,q 叫做命题结论. 7.练习、深化 指出下列命题中的条件 p 和结论 q,并判断各命题的真假. (1)若整数 a 能被2整除,则 a 是偶数. (2)若四边行是菱形,则它的对角线互相垂直平分. (3)若 a>0,b>0,则 a+b>0. (4)若 a>0,b>0,则 a+b<0. (5)垂直于同一条直线的两个平面平行. 此题中的(1) (2) (3) (4) ,较容易,估计学生较容易找出命题中的条件 p 和结论 q, 并能判断命题的真假。其中设置命题(3)与(4)的目的在于:通过这两个例子的比较,学更 深刻地理解命题的定义——能判断真假的陈述句,不管判断的结果是对的还是错的。 此例中的命题(5) ,不是“若 P,则 q”的形式,估计学生会有困难,此时,教师引导学生 一起分析:已知的事项为“条件” ,由已知推出的事项为“结论” . 解略。 过渡:从例2中,我们可以看到命题的两种情况,即有些命题的结论是正确的,而有些命题的结 论是错误的,那么我们就有了对命题的一种分类:真命题和假命题. 8.命题的分类――真命题、假命题的定义. 真命题:如果由命题的条件 P 通过推理一定可以得出命题的结论 q,那么这样的命题叫做真 命题. 假命题:如果由命题的条件 P 通过推理不一定可以得出命题的结论 q,那么这样的命题叫做 假命题. 强调: (1)注意命题与假命题的区别.如:“作直线 AB”.这本身不是命题.也更不是假命题.
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(2)命题是一个判断,判断的结果就有对错之分.因此就要引入真命题、假命题的的概念,强 调真假命题的大前提,首先是命题。 9.怎样判断一个数学命题的真假? (1)数学中判定一个命题是真命题,要经过证明. (2)要判断一个命题是假命题,只需举一个反例即可. 10.练习、深化 例3:把下列命题写成“若 P,则 q”的形式,并判断是真命题还是假命题: (1) 面积相等的两个三角形全等。 (2) 负数的立方是负数。 (3) 对顶角相等。 分析:要把一个命题写成“若 P,则 q”的形式,关键是要分清命题的条件和结论,然后写成“若 条件,则结论”即“若 P,则 q”的形式.解略。 11、课堂练习:P4 2、3 12.课堂总结 师生共同回忆本节的学习内容. 1.什么叫命题?真命题?假命题? 2.命题是由哪两部分构成的? 3.怎样将命题写成“若 P,则 q”的形式. 4.如何判断真假命题. 教师提示应注意的问题: 1.命题与真、假命题的关系. 2.抓住命题的两个构成部分,判断一些语句是否 为命题. 3.判断假命题,只需举一个反例,而判断真命题,要经过证明. 13.作业:P9:习题 1.1A组第 1 题 课后反思:

1.1.2 四种命题

1.1.3 四种命题的相互关系

(一)教学目标 ◆知识与技能:了解原命题、逆命题、否命题、逆否命题这四种命题的概念,掌握四种命题的形 式和四种命题间的相互关系,会用等价命题判断四种命题的真假. ◆过程与方法:多让学生举命题的例子,并写出四种命题,培养学生发现问题、提出问题、分析 问题、有创造性地解决问题的能力;培养学生抽象概括能力和思维能力. ◆情感、态度与价值观:通过学生的举例,激发学生学习数学的兴趣和积极性,培养他们的辨析 能力以及培养他们的分析问题和解决问题的能力. (二)教学重点与难点 重点: (1)会写四种命题并会判断命题的真假; (2)四种命题之间的相互关系. 难点: (1)命题的否定与否命题的区别; (2)写出原命题的逆命题、否命题和逆否命题; (3)分析四种命题之间相互的关系并判断命题的真假.
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(三)教学过程 1.复习引入 初中已学过命题与逆命题的知识,请同学回顾:什么叫做命题的逆命题? 2.思考、分析 问题 1:下列四个命题中,命题(1)与命题(2)(3)(4)的条件与结论之间分别有什么关系? 、 、 (1)若 f(x)是正弦函数,则 f(x)是周期函数. (2)若 f(x)是周期函数,则 f(x)是正弦函数. (3)若 f(x)不是正弦函数,则 f(x)不是周期函数. (4)若 f(x)不是周期函数,则 f(x)不是正弦函数. 3.归纳总结 问题一通过学生分析、讨论可以得到正确结论.紧接结合此例给出四个命题的概念, (1) 和(2)这样的两个命题叫做互逆命题, (1)和(3)这样的两个命题叫做互否命题, (1)和 (4)这样的两个命题叫做互为逆否命题。 4.抽象概括 定义1:一般地,对于两个命题,如果一个命题的条件和结论分别是另一个命题的结论和条 件,那么我们把这样的两个命题叫做互逆命题.其中一个命题叫做原命题,另一个命题叫做原命 题的逆命题. 让学生举一些互逆命题的例子。 定义2:一般地,对于两个命题,如果一个命题的条件和结论恰好是另一个命题的条件的否 定和结论的否定,那么我们把这样的两个命题叫做互否命题.其中一个命题叫做原命题,另一个 命题叫做原命题的否命题. 让学生举一些互否命题的例子。 定义3:一般地,对于两个命题,如果一个命题的条件和结论恰好是另一个命题的结论的否 定和条件的否定,那么我们把这样的两个命题叫做互为逆否命题.其中一个命题叫做原命题,另 一个命题叫做原命题的逆否命题. 让学生举一些互为逆否命题的例子。 小结: (1) 交换原命题的条件和结论,所得的命题就是它的逆命题: (2) 同时否定原命题的条件和结论,所得的命题就是它的否命题; (3) 交换原命题的条件和结论,并且同时否定,所得的命题就是它的逆否命题. 强调:原命题与逆命题、原命题与否命题、原命题与逆否命题是相对的。 5.四种命题的形式 让学生结合所举例子,思考: 若原命题为“若 P,则 q”的形式,则它的逆命题、否命题、逆否命题应分别写成什么形式? 学生通过思考、分析、比较,总结如下: 原命题:若 P,则 q.则: 逆命题:若 q,则 P. 否命题:若¬P,则¬q. (说明符号“¬”的含义:符号“¬”叫做否定符号. “¬p”表示 p 的 否定;即不是 p;非 p) 逆否命题:若¬q,则¬P.
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6.练习巩固 写出下列命题的逆命题、否命题、逆否命题并判断它们的真假: (1) 若一个三角形的两条边相等,则这个三角形的两个角相等; (2) 若一个整数的末位数字是0,则这个整数能被5整除; 2 (3) 若 x =1,则 x=1; (4) 若整数 a 是素数,则是 a 奇数。 7.思考、分析 结合以上练习思考:原命题的真假与其它三种命题的真假有什么关系? 通过此问,学生将发现: ①原命题为真,它的逆命题不一定为真。 ②原命题为真,它的否命题不一定为真。 ③原命题为真,它的逆否命题一定为真。 原命题为假时类似。 结合以上练习完成下列表格: 原 真 假 假 命 题 逆 真 假 真 假 真 命 题 否 命 题 逆 否 命 题

由表格学生可以发现:原命题与逆否命题总是具有相同的真假性,逆命题与否命题也总是 具有相同的真假性. 由此会引起我们的思考: 一个命题的逆命题、否命题与逆否命题之间是否还存在着一定的关系呢? 让学生结合所做练习分析原命题与它的逆命题、否命题与逆否命题四种命题间的关系. 学生通过分析,将发现四种命题间的关系如下图所示: 8.总结归纳 若 P,则 q. 若 q,则 P. 原命题 互 互 否 互 否命题 互 若¬P,则¬q. 逆 若¬q,则¬P. 为 为 逆 逆 否 逆否命题 互 逆 否 互 否 逆命题

由于逆命题和否命题也是互为逆否命题,因此四种命题的真假性之间的关系如下: (1)两个命题互为逆否命题,它们有相同的真假性; (2)两个命题为互逆命题或互否命题,它们的真假性没有关系.
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由于原命题和它的逆否命题有相同的真假性,所以在直接证明某一个命题为真命题有困难 时,可以通过证明它的逆否命题为真命题,来间接地证明原命题为真命题. 9.例题分析 2 2 例 4: 证明:若 p + q =2,则 p + q ≤ 2. 分析:如果直接证明这个命题比较困难,可考虑转化为对它的逆否命题的证明。 2 2 将“若 p + q =2,则 p + q ≤ 2”视为原命题,要证明原命题为真命题,可以考虑证 2 2 明它的逆否命题“若 p + q >2,则 p + q ≠2”为真命题,从而达到证明原命题为真命题的目 的. 证明:若 p + q >2,则 p + q
2 2 2


2

1 1 1 2 2 2 2 [ -q) +(p +q) ]≥ (p +q) > ?2 =2 (p 2 2 2

所以 p + q ≠2. 这表明,原命题的逆否命题为真命题,从而原命题为真命题。 2 2 练习巩固:证明:若 a -b +2a-4b-3≠0,则 a-b≠1. 10:课堂总结 (1)逆命题、否命题与逆否命题的概念; (2)两个命题互为逆否命题,他们有相同的真假性; (3)两个命题为互逆命题或互否命题,他们的真假性没有关系; (4)原命题与它的逆否命题等价;否命题与逆命题等价. 11:作业 P9:习题 1.1A组第2、3、4题 课后反思:

1.2 充分条件与必要条件
(一)教学目标 1.知识与技能:正确理解充分不必要条件、必要不充分条件的概念;会判断命题的充分条件、必 要条件. 2.过程与方法:通过对充分条件、必要条件的概念的理解和运用,培养学生分析、判断和归纳的 逻辑思维能力. 3.情感、态度与价值观:通过学生的举例,培养他们的辨析能力以及培养他们的良好的思维品 质,在练习过程中进行辩证唯物主义思想教育. (二)教学重点与难点 重点:充分条件、必要条件的概念. (解决办法:对这三个概念分别先从实际问题引起概念,再详细讲述概念,最后再应用概念进行 论证.) 难点:判断命题的充分条件、必要条件 关键:分清命题的条件和结论,看是条件能推出结论还是结论能推出条件 (三)教学过程
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1.练习与思考 写出下列两个命题的条件和结论,并判断是真命题还是假命题? 2 2 (1)若 x > a + b ,则 x > 2ab, (2)若 ab = 0,则 a = 0. 学生容易得出结论;命题(1)为真命题,命题(2)为假命题. 置疑:对于命题“若 p,则 q”,有时是真命题,有时是假命题.如何判断其真假的? 答:看 p 能不能推出 q,如果 p 能推出 q,则原命题是真命题,否则就是假命题. 2.给出定义 命题“若 p,则 q” 为真命题,是指由 p 经过推理能推出 q,也就是说,如果 p 成立,那么 q 一定成立.换句话说,只要有条件 p 就能充分地保证结论 q 的成立,这时我们称条件 p 是 q 成 立的充分条件. 一般地, “若 p,则 q”为真命题,是指由 p 通过推理可以得出 q.这时,我们就说,由 p 可 推出 q,记作:p?q. 定义:如果命题“若 p,则 q”为真命题,即 p ? q,那么我们就说 p 是 q 的充分条件;q 是 p 必要条件. 上面的命题(1)为真命题,即 2 2 x > a + b ? x > 2ab, 2 2 2 2 " 所以“x > a + b ”是“x > 2ab”的充分条件, > 2ab”是“x > a + b ” 的必 “x 要条件. 3.例题分析: 例1:下列“若 p,则 q”形式的命题中,那些命题中的 p 是 q 的充分条件? 2 (1)若 x =1,则 x - 4x + 3 = 0; (2)若 f(x)= x,则 f(x)为增函数; 2 (3)若 x 为无理数,则 x 为无理数. 分析:要判断 p 是否是 q 的充分条件,就要看 p 能否推出 q. 解略. 例2:下列“若 p,则 q”形式的命题中,那些命题中的 q 是 p 的必要条件? 2 2 (1) 若 x = y,则 x = y ; (2) 若两个三角形全等,则这两个三角形的面积相等; (3) 若 a >b,则 ac>bc. 分析:要判断 q 是否是 p 的必要条件,就要看 p 能否推出 q. 解略. 4.练习巩固:P12 练习 第 1、2、3、4 题 5.课堂总结 充分、必要的定义. 在“若 p,则 q”中,若 p?q,则 p 为 q 的充分条件,q 为 p 的必要条件. 6.作业 P14:习题 1.2A 组第 1(1)(2),2(1)(2)题 注: (1)条件是相互的; (2)p 是 q 的什么条件,有四种回答方式:
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① p 是 q 的充分而不必要条件; ② p 是 q 的必要而不充分条件; ③ p 是 q 的充要条件; ④ p 是 q 的既不充分也不必要条件. 课后反思:

1.2.2 充要条件
(一)教学目标 1.知识与技能目标: (1) 正确理解充要条件的定义,了解充分而不必要条件, 必要而不充分条件, 既不充分 也不必要条件的定义. (2) 正确判断充分不必要条件、 必要不充分条件、充要条件、 既不充分也不必要条件. (3) 通过学习,使学生明白对条件的判定应该归结为判断命题的真假,. 2.过程与方法目标:在观察和思考中,在解题和证明题中,培养学生思维能力的严密性品质. 3. 情感、态度与价值观: 激发学生的学习热情,激发学生的求知欲,培养严谨的学习态度,培养积极进取的精神. (二)教学重点与难点 重点: 1、正确区分充要条件 2、正确运用“条件”的定义解题 难点:正确区分充要条件. (三)教学过程 1.思考、分析 已知 p:整数 a 是 2 的倍数;q:整数 a 是偶数. 请判断: p 是 q 的充分条件吗?p 是 q 的必要条件吗? 分析:要判断 p 是否是 q 的充分条件,就要看 p 能否推出 q,要判断 p 是否是 q 的必要条件,就 要看 q 能否推出 p. 易知:p?q,故 p 是 q 的充分条件; 又 q ? p,故 p 是 q 的必要条件. 此时,我们说, p 是 q 的充分必要条件 2.类比归纳 一般地,如果既有 p?q ,又有 q?p 就记作 p ? q. 此时,我们说,那么 p 是 q 的充分必要条件,简称充要条件.显然,如果 p 是 q 的充要条件,那么 q 也是 p 的充要条件. 概括地说,如果 p ? q,那么 p 与 q 互为充要条件. 3.例题分析
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例 1:下列各题中,哪些 p 是 q 的充要条件? 2 (1) p:b=0,q:函数 f(x)=ax +bx+c 是偶函数; (2) p:x > 0,y > 0,q: xy> 0; (3) p: a > b ,q: a + c > b + c; (4) p:x > 5, ,q: x > 10 2 2 (5) p: a > b ,q: a > b 分析:要判断 p 是 q 的充要条件,就要看 p 能否推出 q,并且看 q 能否推出 p. 解:命题(1)和(3)中,p?q ,且 q?p,即 p ? q,故 p 是 q 的充要条件; 命题(2)中,p?q ,但 q ?? p,故 p 不是 q 的充要条件; 命题(4)中,p??q ,但 q?p,故 p 不是 q 的充要条件; 命题(5)中,p??q ,且 q??p,故 p 不是 q 的充要条件; 4.类比定义 一般地, 若 p?q ,但 q ?? p,则称 p 是 q 的充分但不必要条件; 若 p??q,但 q ? p,则称 p 是 q 的必要但不充分条件; 若 p??q,且 q ?? p,则称 p 是 q 的既不充分也不必要条件. 在讨论 p 是 q 的什么条件时,就是指以下四种之一: ①若 p?q ,但 q ?? p,则 p 是 q 的充分但不必要条件; ②若 q?p,但 p ?? q,则 p 是 q 的必要但不充分条件; ③若 p?q,且 q?p,则 p 是 q 的充要条件; ④若 p ?? q,且 q ?? p,则 p 是 q 的既不充分也不必要条件. 5.练习巩固:P14 练习第 1、2 题 说明:要求学生回答 p 是 q 的充分但不必要条件、或 p 是 q 的必要但不充分条件、或 p 是 q 的 充要条件、或 p 是 q 的既不充分也不必要条件. 6.例题分析 例 2:已知:⊙O 的半径为 r,圆心 O 到直线 l 的距离为 d.求证:d=r 是直线 l 与⊙O 相切的充 要条件. 分析: p: 设 d=r, 直线 l 与⊙O 相切. q: 要证 p 是 q 的充要条件, 只需要分别证明充分性 (p?q) 和必要性(q?p)即可. 证明过程略. 例 3、设 p 是 r 的充分而不必要条件,q 是 r 的充分条件,r 成立,则 s 成立.s 是 q 的充分条件, 问(1)s 是 r 的什么条件?(2)p 是 q 的什么条件? 7.课堂总结: 充要条件的判定方法 如果“若 p,则 q”与“ 若 p 则 q”都是真命题,那么 p 就是 q 的充要条件,否则不是. 8.作业:P14:习题 1.2A 组第 1(3)(2),2(3),3 题 课后反思:

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1.3 简单的逻辑联结词
1.3.1 且 1.3.2 或
(一)教学目标 1.知识与技能目标: (1) 掌握逻辑联结词“或、且”的含义 (2) 正确应用逻辑联结词“或、且”解决问题 (3) 掌握真值表并会应用真值表解决问题 2.过程与方法目标: 在观察和思考中,在解题和证明题中,本节课要特别注重学生思维的严密性品质的培养. 3.情感态度价值观目标: 激发学生的学习热情,激发学生的求知欲,培养严谨的学习态度,培养积极进取的精神. (二)教学重点与难点 重点:通过数学实例,了解逻辑联结词“或、且”的含义,使学生能正确地表述相关数学内 容。 难点: 1、正确理解命题“P∧q” “P∨q”真假的规定和判定. 2、简洁、准确地表述命题“P∧q” “P∨q”. (三)教学过程: 1、引入 在当今社会中,人们从事任何工作、学习,都离不开逻辑.具有一定逻辑知识是构成一个公 民的文化素质的重要方面.数学的特点是逻辑性强,特别是进入高中以后,所学的数学比初中更 强调逻辑性. 如果不学习一定的逻辑知识, 将会在我们学习的过程中不知不觉地经常犯逻辑性的 错误.其实,同学们在初中已经开始接触一些简易逻辑的知识. 在数学中,有时会使用一些联结词,如“且” “或” “非” 。在生活用语中,我们也使用这些 联结词, 但表达的含义和用法与数学中的含义和用法不尽相同。 下面介绍数学中使用联结词 “且” “或” “非”联结命题时的含义和用法。 为叙述简便,今后常用小写字母 p,q,r,s,?表示命题。 (注意与上节学习命题的条件 p 与结 论 q 的区别) 2、思考、分析 问题 1:下列各组命题中,三个命题间有什么关系? (1)①12 能被 3 整除; ②12 能被 4 整除; ③12 能被 3 整除且能被 4 整除。 (2)①27 是 7 的倍数; ②27 是 9 的倍数; ③27 是 7 的倍数或是 9 的倍数。 学生很容易看到,在第(1)组命题中,命题③是由命题①②使用联结词“且”联结得到的新命 题,在第(2)组命题中,命题③是由命题①②使用联结词“或”联结得到的新命题, 。 问题 2:以前我们有没有学习过象这样用联结词“且”或“或”联结的命题呢?你能否举一些例
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子? 例如:命题 p:菱形的对角线相等且菱形的对角线互相平分。 命题 q:三条边对应成比例的两个三角形相似或两个角相等的两个三角形相似。 3、归纳定义 一般地,用联结词“且”把命题 p 和命题 q 联结起来,就得到一个新命题,记作 p∧q 读作“p 且 q” 。 一般地,用联结词“或”把命题 p 和命题 q 联结起来,就得到一个新命题,记作 p∨q,读作 “p 或 q” 。 命题“p∧q”与命题“p∨q”即,命题“p 且 q”与命题“p 或 q”中的“且”字与“或” 字 与下面两个命题中的“且” 字与“或” 字的含义相同吗? (1)若 x∈A 且 x∈B,则 x∈A∩B。 (2)若 x∈A 或 x∈B,则 x∈A∪B。 定义中的“且”字与“或” 字与两个命题中的“且” 字与“或” 字的含义是类似。但这里的 逻辑联结词“且”与日常语言中的“和”“并且”“以及”“既?又?”等相当,表明前后两者 , , , 同时兼有,同时满足, 逻辑联结词“或”与生活中“或”的含义不同,例如“你去或我去”,理 解上是排斥你我都去这种可能. 说明:符号“∧”与“∩”开口都是向下,符号“∨”与“∪”开口都是向上。 注意:“p 或 q”,“p 且 q”,命题中的“p”、“q”是两个命题,而原命题,逆命题,否命 题,逆否命题中的“p”,“q”是一个命题的条件和结论两个部分. 4、命题“p∧q”与命题“p∨q”的真假的规定 你能确定命题“p∧q”与命题“p∨q”的真假吗?命题“p∧q”与命题“p∨q”的真假和命 题 p,q 的真假之间有什么联系? 引导学生分析前面所举例子中命题 p, 以及命题 p∧q 的真假性, q 概括出这三个命题的真假之间 的关系的一般规律。 例如:在上面的例子中,第(1)组命题中,①②都是真命题,所以命题③是真命题。 第(2)组命题中,①是假命题,②是真命题,但命题③是真命题。 p 真 真 假 假 q 真 假 真 假 p∧q 真 假 假 假 p 真 真 假 假 q 真 假 真 假 p∨q 真 真 真 假

(即一假则假) (即一真则真) 一般地,我们规定: 当 p,q 都是真命题时,p∧q 是真命题;当 p,q 两个命题中有一个命题是假命题时,p∧q 是假命题;当 p,q 两个命题中有一个是真命题时,p∨q 是真命题;当 p,q 两个命题都是假命 题时,p∨q 是假命题。 5、例题 例 1:将下列命题分别用“且”与“或” 联结成新命题“p∧q” 与“p∨q”的形式,并判断它
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们的真假。 (1)p:平行四边形的对角线互相平分,q:平行四边形的对角线相等。 (2)p:菱形的对角线互相垂直,q:菱形的对角线互相平分; (3)p:35 是 15 的倍数,q:35 是 7 的倍数. 解: (1)p∧q:平行四边形的对角线互相平分且平行四边形的对角线相等.也可简写成 平行四边形的对角线互相平分且相等. p∨q: 平行四边形的对角线互相平分或平行四边形的对角线相等. 也可简写成 平行四边形的对角线互相平分或相等. 由于 p 是真命题,且 q 也是真命题,所以 p∧q 是真命题, p∨q 也是真命题. (2)p∧q:菱形的对角线互相垂直且菱形的对角线互相平分. 也可简写成 菱形的对角线互相垂直且平分. p∨q: 菱形的对角线互相垂直或菱形的对角线互相平分. 也可简写成 菱形的对角线互相垂直或平分. 由于 p 是真命题,且 q 也是真命题,所以 p∧q 是真命题, p∨q 也是真命题. (3)p∧q:35 是 15 的倍数且 35 是 7 的倍数. 也可简写成 35 是 15 的倍数且是 7 的倍数. p∨q: 35 是 15 的倍数或 35 是 7 的倍数. 也可简写成 35 是 15 的倍数或是 7 的倍数. 由于 p 是假命题, q 是真命题,所以 p∧q 是假命题, p∨q 是真命题. 说明,在用"且"或"或"联结新命题时,如果简写,应注意保持命题的意思不变. 例 2:选择适当的逻辑联结词“且”或“或”改写下列命题,并判断它们的真假。 (1)1 既是奇数,又是素数; (2)2 是素数且 3 是素数; (3)2≤2. 解略. 例 3、判断下列命题的真假; (1)6 是自然数且是偶数 (2)?是 A 的子集且是 A 的真子集; (3)集合 A 是 A∩B 的子集或是 A∪B 的子集; (4)周长相等的两个三角形全等或面积相等的两个三角形全等. 解略. 6.练习 P20 练习第 1 , 2 题 7.课堂总结 (1) 掌握逻辑联结词“或、且”的含义 (2) 正确应用逻辑联结词“或、且”解决问题 (3) 掌握真值表并会应用真值表解决问题 p 真 真 q 真 假 P∧q 真 假 P∨q 真 真
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假 假

真 假

假 假

真 假

8.作业: P20:习题1.3A组第 1、2 题 课后反思:

1.3.3 非
(一)教学目标 1.知识与技能目标: (1)掌握逻辑联结词“非”的含义 (2)正确应用逻辑联结词“非”解决问题 (3)掌握真值表并会应用真值表解决问题 2.过程与方法目标: 观察和思考中,在解题和证明题中,本节课要特别注重学生思维能力中严密性品质的培养. 3.情感态度价值目标: 激发学生的学习热情,激发学生的求知欲,培养严谨的学习态度,培养积极进取的精神. (二)教学重点与难点 重点:通过数学实例,了解逻辑联结词“非”的含义,使学生能正确地表述相关数学内容. 难点: 1、正确理解命题 “¬P”真假的规定和判定. 2、简洁、准确地表述命题 “¬P”. (三)教学过程: 1、思考、分析 问题 1:下列各组命题中的两个命题间有什么关系? (1) ①35 能被 5 整除; ②35 不能被 5 整除; 2 2 (2) ①方程 x +x+1=0 有实数根。 ②方程 x +x+1=0 无实数根。 学生很容易看到,在每组命题中,命题②是命题①的否定。 2、归纳定义 一般地,对一个命题 p 全盘否定,就得到一个新命题,记作 ¬p 读作“非 p”或“p 的否定” 。 3、命题“¬p”与命题 p 的真假间的关系 命题“¬p”与命题 p 的真假之间有什么联系? 引导学生分析前面所举例子中命题 p 与命题¬p 的真假性,概括出这两个命题的真假之间的关系 的一般规律。 例如:在上面的例子中,第(1)组命题中,命题①是真命题,而命题②是假命题。 第(2)组命题中,命题①是假命题,而命题②是真命题。
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由此可以看出,既然命题¬P 是命题 P 的否定,那么¬P 与 P 不能同时为真命题,也不能同时为 假命题,也就是说, 若 p 是真命题,则¬p 必是假命题;若 p 是假命题,则¬p 必是真命题; p 真 假 ¬P 假 真

4、命题的否定与否命题的区别 让学生思考:命题的否定与原命题的否命题有什么区别? 命题的否定是否定命题的结论,而命题的否命题是对原命题的条件和结论同时进行否定,因此 在解题时应分请命题的条件和结论。 例:如果命题 p:5 是 15 的约数,那么 命题¬p:5 不是 15 的约数; p 的否命题:若一个数不是 5,则这个数不是 15 的约数。 显然,命题 p 为真命题,而命题 p 的否定¬p 与否命题均为假命题。 5.例题分析 例 1 写出下表中各给定语的否定语。 若给定语为 其否定语分别为 分析:“等于”的否定语是“不等于”; “大于”的否定语是“小于或者等于”; “是”的否定语是“不是”; “都是”的否定语是“不都是”; “至多有一个”的否定语是“至少有两个”; “至少有一个”的否定语是“一个都没有”; 例 2:写出下列命题的否定,判断下列命题的真假 (1)p:y = sinx 是周期函数; (2)p:3<2; (3)p:空集是集合 A 的子集。 解略. 6.练习巩固:P20 练习第 3 题 7.小结 (1)正确理解命题 “¬P”真假的规定和判定. (2)简洁、准确地表述命题 “¬P”. 8.作业 P20:习题1.3A组第 3 题 课后反思: 等于 大于 是 都是 至多有一 至少有 个 一个

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1.4 全称量词与存在量词
1.4.1 全称量词 1.4.2 存在量词
(一)教学目标 1.知识与技能目标 (1)通过生活和数学中的丰富实例理解全称量词与存在量词的含义,熟悉常见的全称量词和存 在量词. (2)了解含有量词的全称命题和特称命题的含义,并能用数学符号表示含有量词的命题及 判断其命题的真假性. 2.过程与方法目标 使学生体会从具体到一般的认知过程,培养学生抽象、概括的能力. 3.情感态度价值观 通过学生的举例, 培养他们的辨析能力以及培养他们的良好的思维品质, 在练习过程中进行 辩证唯物主义思想教育. (二)教学重点与难点 重点:理解全称量词与存在量词的意义 难点: 全称命题和特称命题真假的判定. (三)教学过程 1.思考、分析 下列语句是命题吗?假如是命题你能判断它的真假吗? (1)2x+1是整数; (2) x>3; (3) 如果两个三角形全等,那么它们的对应边相等; (4)平行于同一条直线的两条直线互相平行; (5) 海师附中今年所有高中一年级的学生数学课本都是采用人民教育出版社 A 版的教科书; (6)所有有中国国籍的人都是黄种人; (7)对所有的 x∈R, x>3; (8)对任意一个 x∈Z,2x+1是整数。 1. 推理、判断 (让学生自己表述) (1)(2)不能判断真假,不是命题。 、 (3) 、(4)是命题且是真命题。 (5)-(8)如果是假,我们只要举出一个反例就行。 注:对于(5)-(8)最好是引导学生将反例用命题的形式写出来。因为这些命题的反例涉 及到“存在量词” “特称命题” “全称命题的否定”这些后续内容。 (5)的真假就看命题:海师附中今年存在个别(部分)高一学生数学课本不是采用人民教育 出版社 A 版的教科书;这个命题的真假,该命题为真,所以命题(5)为假; 命题(6)是假命题.事实上,存在一个(个别、部分)有中国国籍的人不是黄种人. 命题(7)是假命题.事实上,存在一个(个别、某些)实数(如 x=2) x<3. , (至少有一个 x∈R, x≤3)
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命题(8)是真命题。事实上不存在某个 x∈Z,使 2x+1不是整数。也可以说命题:存在某 个 x∈Z使 2x+1不是整数,是假命题. 3.发现、归纳 命题(5)-(8)跟命题(3)(4)有些不同,它们用到 “所有的” 、 “任意一个” 这样的 词语,这些词语一般在指定的范围内都表示整体或全部,这样的词叫做全称量词,用符号“?” 表示,含有全称量词的命题,叫做全称命题。命题(5)-(8)都是全称命题。 通常将含有变量 x 的语句用 p(x) ,q(x) ,r(x) ??表示,变量 x 的取值范围用 M 表示。 , 那么全称命题“对 M 中任意一个 x,有 p(x)成立”可用符号简记为:?x?M, p(x) ,读做“对 任意 x 属于 M,有 p(x)成立” 。 刚才在判断命题(5)-(8)的真假的时候,我们还得出这样一些命题: , (5)存在个别高一学生数学课本不是采用人民教育出版社 A 版的教科书; , (6)存在一个(个别、部分)有中国国籍的人不是黄种人. , (7) 存在一个(个别、某些)实数 x(如 x=2) ,使 x≤3. (至少有一个 x∈R, x≤3) , (8)不存在某个 x∈Z使 2x+1不是整数. 这些命题用到了“存在一个” “至少有一个”这样的词语,这些词语都是表示整体的一部分 的词叫做存在量词。并用符号“ ? ”表示。含有存在量词的命题叫做特称命题(或存在命题)命 , , 题(5)-(8)都是特称命题(存在命题) . 特称命题: “存在 M 中一个 x,使 p(x)成立”可以用符号简记为:?x ? M , p( x) 。读做“存 在一个 x 属于 M,使 p(x)成立” . 全称量词相当于日常语言中“凡”“所有”“一切”“任意一个”等;存在量词相当于日常 , , , 语言中“存在一个”“有一个”“有些”“至少有一个”“ 至多有一个”等. , , , , 4.练习、感悟 (1)下列全称命题中,真命题是: A. 所有的素数是奇数; C. ?x ? R, x ? B. ?x ? R,( x ?1) ? 0 ;
2

1 ?2 x

D. ?x ? (0,

?
2

),sin x ?

1 ?2 sin x

(2)下列特称命题中,假命题是: A.

?x ? R, x2 ? 2x ? 3 ? 0

B.至少有一个 x ? Z , x 能被 2 和 3 整除 D. ?x ?{x | x是无理数},x 是有理数.
2

C. 存在两个相交平面垂直于同一直线 (3)已知:对 ?x ? R , a ? x ?
? 2
?

1 恒成立,则 a 的取值范围是 x

; ;

变式:已知:对 ?x ? R , x ? ax ? 1 ? 0 恒成立,则 a 的取值范围是 (4)求函数 f ( x) ? ? cos x ? sin x ? 3 的值域;
2

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2

变式:已知:对 ?x ? R, 方程 cos x ? sin x ? 3 ? a ? 0 有解,求 a 的取值范围. 5.作业、探究 (1)作业:P29 习题 1.4A 组 1、2 题: 判断下列全称命题的真假: ①末位是 o 的整数,可以被 5 整除; ②线段的垂直平分线上的点到这条线段两个端点的距离相等; ③负数的平方是正数; ④梯形的对角线相等。 (2)判断下列特称命题的真假: ①有些实数是无限不循环小数; ②有些三角形不是等腰三角形; ③有些菱形是正方形。 (3)探究: , , ①请课后探究命题(5)-(8)跟命题(5)-(8)分别有什么关系? ②请你自己写出几个全称命题,并试着写出它们的否命题.写出几个特称命题,并试着写 出它们的否命题。 课后反思:

1.4.3 含有一个量词的命题的否定
(一)教学目标 1.知识与技能目标 (1)通过探究数学中一些实例,使学生归纳总结出含有一个量词的命题与它们的否定在形式上 的变化规律. (2)通过例题和习题的教学,使学生能够根据含有一个量词的命题与它们的否定在形式上的变 化规律,正确地对含有一个量词的命题进行否定. 2.过程与方法目标 使学生体会从具体到一般的认知过程,培养学生抽象、概括的能力. 3.情感态度价值观 通过学生的举例, 培养他们的辨析能力以及培养他们的良好的思维品质, 在练习过程中进行 辩证唯物主义思想教育. (二)教学重点与难点 教学重点:通过探究,了解含有一个量词的命题与它们的否定在形式上的变化规律,会正确地对 含有一个量词的命题进行否定. 教学难点:正确地对含有一个量词的命题进行否定. (三)教学过程 1.回顾
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我们在上一节中学习过逻辑联结词“非”.对给定的命题 p ,如何得到命题 p 的否定(或 非p ) ,它们的真假性之间有何联系? 2.思考、分析 判断下列命题是全称命题还是特称命题,你能写出下列命题的否定吗? (1)所有的矩形都是平行四边形; (2)每一个素数都是奇数; 2 (3)?x∈R, x -2x+1≥0。 (4)有些实数的绝对值是正数; (5)某些平行四边形是菱形; 2 (6)? x∈R, x +1<0。 3.推理、判断 你能发现这些命题和它们的否定在形式上有什么变化? (让学生自己表述) 前三个命题都是全称命题,即具有形式“ ?x ? M , p( x) ” 。 其中命题(1)的否定是“并非所有的矩形都是平行四边形” ,也就是说, 存在一个矩形不都是平行四边形; 命题(2)的否定是“并非每一个素数都是奇数;,也就是说, ” 存在一个素数不是奇数; 2 命题(3)的否定是“并非?x∈R, x -2x+1≥0” ,也就是说, 2 ?x∈R, x -2x+1<0; 后三个命题都是特称命题,即具有形式“ ?x ? M , p( x) ” 。 其中命题(4)的否定是“不存在一个实数,它的绝对值是正数” ,也就是说, 所有实数的绝对值都不是正数; 命题(5)的否定是“没有一个平行四边形是菱形” ,也就是说, 每一个平行四边形都不是菱形; 2 命题(6)的否定是“不存在 x∈R, x +1<0” ,也就是说, 2 ?x∈R, x +1≥0; 4.发现、归纳 从命题的形式上看, 前三个全称命题的否定都变成了特称命题。 后三个特称命题的否定都变 成了全称命题。 一般地,对于含有一个量词的全称命题的否定,有下面的结论: 全称命题 P:

?x ? M , p( x)
它的否定¬P

?x ? M , p( x)

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特称命题 P:

?x ? M , p( x)
它的否定¬P: ?x∈M,¬P(x) 全称命题和否定是特称命题。特称命题的否定是全称命题。 5.练习、感悟 判断下列命题是全称命题还是特称命题,并写出它们的否定: (1) p:所有能被 3 整除的整数都是奇数; (2) p:每一个四边形的四个顶点共圆; 2 (3) p:对?x∈Z,x 个位数字不等于 3; 2 (4) p:? x∈R, x +2x+2≤0; (5) p:有的三角形是等边三角形; (6) p:有一个素数含三个正因数。 6.小结与作业 (1)小结:如何写出含有一个量词的命题的否定,原先的命题与它的否定在形式上有什么 变化? (2)作业:P29 习题 1.4A 组第 3 题:B 组(1) (3) (2) (4) 课后反思:

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第二章 圆锥曲线与方程
2.1 曲线与方程
2.1.1 曲线与方程 2.1.2 求曲线的轨迹方程
一、教学目标 (一)知识教学点 使学生掌握常用动点的轨迹以及求动点轨迹方程的常用技巧与方法.(二)能力训练点 通过对求轨迹方程的常用技巧与方法的归纳和介绍,培养学生综合运用各方面知识的能力. (三)学科渗透点 通过对求轨迹方程的常用技巧与方法的介绍, 使学生掌握常用动点的轨迹, 为学习物理等学科打 下扎实的基础. 二、教材分析 1.重点:求动点的轨迹方程的常用技巧与方法. (解决办法:对每种方法用例题加以说明,使学生掌握这种方法.)2.难点:作相关点法求动点 的轨迹方法. (解决办法:先使学生了解相关点法的思路,再用例题进行讲解.) 三、活动设计 提问、讲解方法、演板、小测验. 四、教学过程 (一)复习引入 大家知道,平面解析几何研究的主要问题是: (1)根据已知条件,求出表示平面曲线的方程; (2)通过方程,研究平面曲线的性质. 我们已经对常见曲线圆、椭圆、双曲线以及抛物线进行过这两个方面的研究,今天在上面已经研 究的基础上来对根据已知条件求曲线的轨迹方程的常见技巧与方法进行系统分析. (二)几种常见求轨迹方程的方法 1.直接法 由题设所给(或通过分析图形的几何性质而得出)的动点所满足的几何条件列出等式,再用坐标代 替这等式,化简得曲线的方程,这种方法叫直接法. 例 1(1)求和定圆 x2+y2=k2 的圆周的距离等于 k 的动点 P 的轨迹方程; (2)过点 A(a,o)作圆 O∶x2+y2=R2(a>R>o)的割线,求割线被圆 O 截得弦的中点的轨迹. 对(1)分析: 动点 P 的轨迹是不知道的,不能考查其几何特征,但是给出了动点 P 的运动规律:|OP|=2R 或 |OP|=0. 解:设动点 P(x,y),则有|OP|=2R 或|OP|=0. 即 x2+y2=4R2 或 x2+y2=0. 故所求动点 P 的轨迹方程为 x2+y2=4R2 或 x2+y2=0. 对(2)分析: 题设中没有具体给出动点所满足的几何条件, 但可以通过分析图形的几何性质而得出, 即圆心与
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弦的中点连线垂直于弦,它们的斜率互为负倒数.由学生演板完成,解答为: 设弦的中点为 M(x,y),连结 OM, 则 OM⊥AM. ∵kOM?kAM=-1,

其轨迹是以 OA 为直径的圆在圆 O 内的一段弧(不含端点). 2.定义法 利用所学过的圆的定义、椭圆的定义、双曲线的定义、抛物线的定义直接写出所求的动点的轨迹 方程, 这种方法叫做定义法. 这种方法要求题设中有定点与定直线及两定点距离之和或差为定值 的条件,或利用平面几何知识分析得出这些条件.

直平分线 l 交半径 OQ 于点 P(见图 2-45),当 Q 点在圆周上运动时,求点 P 的轨迹方程.

分析: ∵点 P 在 AQ 的垂直平分线上, ∴|PQ|=|PA|. 又 P 在半径 OQ 上. ∴|PO|+|PQ|=R,即|PO|+|PA|=R. 故 P 点到两定点距离之和是定值,可用椭圆定义 写出 P 点的轨迹方程. 解:连接 PA ∵l⊥PQ,∴|PA|=|PQ|. 又 P 在半径 OQ 上. ∴|PO|+|PQ|=2.

由椭圆定义可知:P 点轨迹是以 O、A 为焦点的椭圆.
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3.相关点法 若动点 P(x,y)随已知曲线上的点 Q(x0,y0)的变动而变动,且 x0、y0 可用 x、y 表示,则将 Q 点坐标表达式代入已知曲线方程,即得点 P 的轨迹方程.这种方法称为相关点法(或代换法). 例 3 已知抛物线 y2=x+1,定点 A(3,1)、B 为抛物线上任意一点,点 P 在线段 AB 上,且有 BP∶PA=1∶2,当 B 点在抛物线上变动时,求点 P 的轨迹方程. 分析: P 点运动的原因是 B 点在抛物线上运动,因此 B 可作为相关点,应先找出点 P 与点 B 的联系. 解:设点 P(x,y),且设点 B(x0,y0)

∵BP∶PA=1∶2,且 P 为线段 AB 的内分点.

4.待定系数法 求圆、椭圆、双曲线以及抛物线的方程常用待定系数法求. 例 4 已知抛物线 y2=4x 和以坐标轴为对称轴、实轴在 y 轴上的双曲
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曲线方程. 分析: 因为双曲线以坐标轴为对称轴,实轴在 y 轴上,所以可设双曲线方

ax2-4b2x+a2b2=0 ∵抛物线和双曲线仅有两个公共点,根据它们的对称性,这两个点的横坐标应相等,因此方程 ax2-4b2x+a2b2=0 应有等根. ∴△=1664-4Q4b2=0,即 a2=2b. (以下由学生完成)

由弦长公式得:

即 a2b2=4b2-a2.

(三)巩固练习 用十多分钟时间作一个小测验,检查一下教学效果.练习题用一小黑板给出. 1.△ABC 一边的两个端点是 B(0,6)和 C(0,-6),另两边斜率的

2.点 P 与一定点 F(2,0)的距离和它到一定直线 x=8 的距离的比是 1∶2,求点 P 的轨迹方程, 并说明轨迹是什么图形? 3.求抛物线 y2=2px(p>0)上各点与焦点连线的中点的轨迹方程. 答案:
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义法)

由中点坐标公式得:

(四)小结 求曲线的轨迹方程一般地有直接法、定义法、相关点法、待定系数法,还有参数法、复数法也是 求曲线的轨迹方程的常见方法,这等到讲了参数方程、复数以后再作介绍. 五、布置作业 1.两定点的距离为 6,点 M 到这两个定点的距离的平方和为 26,求点 M 的轨迹方程. 2.动点 P 到点 F1(1,0)的距离比它到 F2(3,0)的距离少 2,求 P 点的轨迹. 3.已知圆 x2+y2=4 上有定点 A(2,0),过定点 A 作弦 AB,并延长到点 P,使 3|AB|=2|AB|,求 动点 P 的轨迹方程.作业答案: 1.以两定点 A、B 所在直线为 x 轴,线段 AB 的垂直平分线为 y 轴建立直角坐标系,得点 M 的 轨迹方程 x2+y2=4 2.∵|PF2|-|PF|=2,且|F1F2|∴P 点只能在 x 轴上且 x<1,轨迹是一条射线

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六、板书设计

课后反思:

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2.2





2.2.1 椭圆及其标准方程
◆ 知识与技能目标 理解椭圆的概念,掌握椭圆的定义、会用椭圆的定义解决实际问题;理解椭圆标准方程的推 导过程及化简无理方程的常用的方法;了解求椭圆的动点的伴随点的轨迹方程的一般方法. ◆ 过程与方法目标 (1)预习与引入过程 当变化的平面与圆锥轴所成的角在变化时, 观察平面截圆锥的截口曲线 (截面与圆锥侧面的 交线) 是什么图形?又是怎么样变化的?特别是当截面不与圆锥的轴线或圆锥的母线平行时, 截 口曲线是椭圆,再观察或操作了课件后,提出两个问题:第一、你能理解为什么把圆、椭圆、双 曲线和抛物线叫做圆锥曲线;第二、你能举出现实生活中圆锥曲线的例子.当学生把上述两个问 题回答清楚后,要引导学生一起探究 P41 页上的问题(同桌的两位同学准备无弹性的细绳子一条 (约 10cm 长,两端各结一个套) ,教师准备无弹性细绳子一条(约 60cm,一端结个套,另一端 是活动的) ,图钉两个) .当套上铅笔,拉紧绳子,移动笔尖,画出的图形是椭圆.启发性提问: 在这一过程中,你能说出移动的笔小(动点)满足的几何条件是什么?〖板书〗2.1.1 椭圆及 其标准方程. (2)新课讲授过程 (i)由上述探究过程容易得到椭圆的定义. 〖板书〗把平面内与两个定点 F , F2 的距离之和等于常数(大于 F1 F2 )的点的轨迹叫做 1 椭圆(ellipse) .其中这两个定点叫做椭圆的焦点,两定点间的距离叫做椭圆的焦距.即当动点 设为 M 时,椭圆即为点集 P ? M | MF1 ? MF2 ? 2a . (ii)椭圆标准方程的推导过程 提问:已知图形,建立直角坐标系的一般性要求是什么?第一、充分利用图形的对称性;第 二、注意图形的特殊性和一般性关系. 无理方程的化简过程是教学的难点,注意无理方程的两次移项、平方整理. 设参量 b 的意义:第一、 便于写出椭圆的标准方程; 第二、a, b, c 的关系有明显的几何意义.

?

?

y 2 x2 类比:写出焦点在 y 轴上,中心在原点的椭圆的标准方程 2 ? 2 ? 1? a ? b ? 0 ? . a b
(iii)例题讲解与引申 例 1 已知椭圆两个焦点的坐标分别是 ? ?2,0 ? , ? 2, 0 ? ,并且经过点 ? 方程. 分析:由椭圆的标准方程的定义及给出的条件,容易求出 a, b, c .引导学生用其他方法来
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?5 3? , ? ? ,求它的标准 ?2 2?

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解. 另解:设椭圆的标准方程为

x2 y 2 ?5 3? ? 2 ? 1? a ? b ? 0 ? ,因点 ? , ? ? 在椭圆上, 2 a b ?2 2?

9 ? 25 ? 2 ? 2 ? 1 ?a ? 10 ? 则 ? 4a . ?? 4b ?b ? 6 ?a 2 ? b 2 ? 4 ? ?
例 2 如图,在圆 x ? y ? 4 上任取一点 P ,过点 P 作 x 轴的
2 2

垂线段 PD , D 为垂足.当点 P 在圆上运动时,线段 PD 的中点 M 的轨迹是什么? 分析:点 P 在圆 x ? y ? 4 上运动,由点 P 移动引起点 M 的运动,则称点 M 是点 P 的
2 2

伴随点,因点 M 为线段 PD 的中点,则点 M 的坐标可由点 P 来表示,从而能求点 M 的轨迹方 程. 引申:设定点 A? 6,2? , P 是椭圆

x2 y 2 ? ? 1 上动点,求线段 AP 中点 M 的轨迹方程. 25 9

解法剖析:①(代入法求伴随轨迹)设 M ? x, y ? , P ? x1 , y1 ? ;②(点与伴随点的关系) ∵ M 为线段 AP 的中点,∴ ?

? x1 ? 2 x ? 6 x2 y 2 ;③(代入已知轨迹求出伴随轨迹) ,∵ 1 ? 1 ? 1 , 25 9 ? y1 ? 2 y ? 2
2

∴点 M 的轨迹方程为

? x ? 3?
25

?

? y ? 1?
9

2

1 ? ;④伴随轨迹表示的范围. 4

例 3 如图,设 A , B 的坐标分别为 ? ?5,0? , ? 5,0 ? .直线 AM , BM 相交于点 M ,且它 们的斜率之积为 ?

4 ,求点 M 的轨迹方程. 9

分析:若设点 M ? x, y ? ,则直线 AM , BM 的斜率就可以用含

x, y 的式子表示,由于直线 AM , BM 的斜率之积是 ?
可以求出 x, y 之间的关系式,即得到点 M 的轨迹方程. 解法剖析:设点 M ? x, y ? ,则 k AM ? 代入点 M 的集合有

4 ,因此, 9

y y ? x ? ?5? , k BM ? ? x ? 5? ; x?5 x?5

y y 4 ? ? ? ,化简即可得点 M 的轨迹方程. x?5 x?5 9
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引申: 如图, 设△ ABC 的两个顶点 A ? ?a,0 ? ,B ? a,0? , 顶点 C 在移动, k AC ? kBC ? k , 且 且 k ? 0 ,试求动点 C 的轨迹方程. 引申目的有两点:①让学生明白题目涉及问题的一般情形;②当 k 值 在变化时,线段 AB 的角色也是从椭圆的长轴→圆的直径→椭圆的短轴. ◆ 情感、态度与价值观目标 通过作图展示与操作,必须让学生认同:圆、椭圆、双曲线和抛物线 都是圆锥曲线,是因它们都是平面与圆锥曲面相截而得其名;必须让学生 认同与体会:椭圆的定义及特殊情形当常数等于两定点间距离时,轨迹是线段;必须让学生认同 与理解:已知几何图形建立直角坐标系的两个原则,及引入参量 b ?

a2 ? c2 的意义,培养学

生用对称的美学思维来体现数学的和谐美;让学生认同与领悟:例 1 使用定义解题是首选的,但 也可以用其他方法来解, 培养学生从定义的角度思考问题的好习惯; 2 是典型的用代入法求动 例 点的伴随点的轨迹,培养学生的辩证思维方法,会用分析、联系的观点解决问题;通过例 3 培养 学生的对问题引申、分段讨论的思维品质. ◆能力目标 (1) 想象与归纳能力:能根据课程的内容能想象日常生活中哪些是椭圆、双曲线和抛物 线的实际例子,能用数学符号或自然语言的描述椭圆的定义,能正确且直观地绘作 图形,反过来根据图形能用数学术语和数学符号表示. (2) 思维能力:会把几何问题化归成代数问题来分析,反过来会把代数问题转化为几何 问题来思考,培养学生的数形结合的思想方法;培养学生的会从特殊性问题引申到 一般性来研究,培养学生的辩证思维能力. (3) 实践能力:培养学生实际动手能力,综合利用已有的知识能力. (4) 数学活动能力:培养学生观察、实验、探究、验证与交流等数学活动能力. (5) 创新意识能力:培养学生思考问题、并能探究发现一些问题的能力,探究解决问题 的一般的思想、方法和途径. 练习:第 45 页 1、2、3、4、 作业:第 53 页 2、3、 课后反思:

2.1.2

椭圆的简单几何性质

◆ 知识与技能目标 了解用方程的方法研究图形的对称性;理解椭圆的范围、对称性及对称轴,对称中心、离心 率、顶点的概念;掌握椭圆的标准方程、会用椭圆的定义解决实际问题;通过例题了解椭圆的第 二定义,准线及焦半径的概念,利用信息技术初步了解椭圆的第二定义. ◆ 过程与方法目标 (1)复习与引入过程
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引导学生复习由函数的解析式研究函数的性质或其图像的特点,在本节中不仅要注意通过 对椭圆的标准方程的讨论, 研究椭圆的几何性质的理解和应用, 而且还注意对这种研究方法的培 养. ①由椭圆的标准方程和非负实数的概念能得到椭圆的范围; ②由方程的性质得到椭圆的对称 性;③先定义圆锥曲线顶点的概念,容易得出椭圆的顶点的坐标及长轴、短轴的概念;④通过 P48 的思考问题,探究椭圆的扁平程度量椭圆的离心率. 〖板书〗§2.1.2 椭圆的简单几何性质. (2)新课讲授过程 (i)通过复习和预习,知道对椭圆的标准方程的讨论来研究椭圆的几何性质. 提问:研究曲线的几何特征有什么意义?从哪些方面来研究? 通过对曲线的范围、 对称性及特殊点的讨论, 可以从整体上把握曲线的形状、 大小和位置. 要 从范围、对称性、顶点及其他特征性质来研究曲线的几何性质. (ii)椭圆的简单几何性质 ①范围:由椭圆的标准方程可得,

y2 x2 ? 1 ? 2 ? 0 ,进一步得: ?a ? x ? a ,同理可得: b2 a

?b ? y ? b ,即椭圆位于直线 x ? ? a 和 y ? ?b 所围成的矩形框图里;
②对称性:由以 ?x 代 x ,以 ? y 代 y 和 ?x 代 x ,且以 ? y 代 y 这三个方面来研究椭圆的 标准方程发生变化没有,从而得到椭圆是以 x 轴和 y 轴为对称轴,原点为对称中心; ③顶点:先给出圆锥曲线的顶点的统一定义,即圆锥曲线的对称轴与圆锥曲线的交点叫做 圆锥曲线的顶点. 因此椭圆有四个顶点, 由于椭圆的对称轴有长短之分, 较长的对称轴叫做长轴, 较短的叫做短轴; ④离心率: 椭圆的焦距与长轴长的比 e ?

c 叫做椭圆的离心率( 0 ? e ?1 ) , a

?当e ? 1时,c ? a,,b ? 0 ?当e ? 0时,c ? 0,b ? a ;? . ? 椭圆图形越扁 椭圆越接近于圆 ? ?
(iii)例题讲解与引申、扩展 例 4 求椭圆 16 x ? 25 y ? 400 的长轴和短轴的长、离心率、焦点和顶点的坐标.
2 2

分析:由椭圆的方程化为标准方程,容易求出 a, b, c .引导学生用 椭圆的长轴、短轴、离心率、焦点和顶点的定义即可求相关量. 扩展:已知椭圆 mx ? 5 y ? 5m ? m ? 0? 的离心率为 e ?
2 2

10 , 5

求 m 的值. 解法剖析:依题意,m ? 0, m ? 5 ,但椭圆的焦点位置没有确定,应分类讨论:①当焦点在 x

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轴上,即 0 ? m ? 5 时,有 a ? 5, b ?

m, c ? 5 ? m ,∴

5?m 5

?

2 5 ?

,得 m ? 3 ;②当

焦点在 y 轴上,即 m ? 5 时,有 a ?

m, b ? 5, c ? m ? 5 ,∴

m?5 m

10 25 . ?m? 5 3

例 5 如图,一种电影放映灯的反射镜面是旋转椭圆面的一部分.过对对称的截口 BAC 是椭 圆的一部分,灯丝位于椭圆的一个焦点 F 上,片门位于另一个焦点 F2 上,由椭圆一个焦点 F 发 1 1 出的光线,经过旋转椭圆面反射后集中到另一个焦点 F2 .已知 BC ? F F2 , F B ? 2.8cm , 1 1

F1 F2 ? 4.5cm .建立适当的坐标系,求截口 BAC 所在椭圆的方程.
解法剖析:建立适当的直角坐标系,设椭圆的标准方程为

x2 y 2 ? ? 1 ,算出 a, b, c 的值; a 2 b2

此题应注意两点:①注意建立直角坐标系的两个原则;②关于 a, b, c 的近似值,原则上在没有注 意精确度时,看题中其他量给定的有效数字来决定. 引申:如图所示, “神舟”截人飞船发射升空,进入预定轨道 开始巡天飞行,其轨道是以地球的中心 F2 为一个焦点的椭圆,近地 点 A 距地面 200km ,远地点 B 距地面 350km ,已知地球的半径 R ? 6371km .建立适当的直角坐标系,求出椭圆的轨迹方程. 例 6 如图,设 M ? x, y ? 与定点 F ? 4,0? 的距离和它到直线 l :

x?

25 4 的距离的比是常数 ,求点 M 的轨迹方程. 4 5

分析:若设点 M ? x, y? ,则 MF ?

? x ? 4?

2

? y2 ,到直线 l :

x?

25 25 的距离 d ? x ? ,则容易得点 M 的轨迹方程. 4 4

引申: (用《几何画板》探究)若点 M ? x, y ? 与定点 F ? c,0? 的距离和它到定直线 l : x ? 的距离比是常数 e ?

a2 c

c ? a ? c ? 0? ,则点 M 的轨迹方程是椭圆.其中定点 F ?c,0? 是焦点,定 a

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直线 l : x ?

a2 相应于 F 的准线;由椭圆的对称性,另一焦点 F ? ? ?c,0? ,相应于 F ? 的准线 l ? : c

x??

a2 . c

◆ 情感、态度与价值观目标 在合作、互动的教学氛围中,通过师生之间、学生之间的交流、合作、互动实现共同探究, 教学相长的教学活动情境,结合教学内容,培养学生科学探索精神、审美观和科学世界观,激励 学生创新.必须让学生认同和掌握:椭圆的简单几何性质,能由椭圆的标准方程能直接得到椭圆 的范围、对称性、顶点和离心率;必须让学生认同与理解:已知几何图形建立直角坐标系的两个 原则,①充分利用图形对称性,②注意图形的特殊性和一般性;必须让学生认同与熟悉:取近似 值的两个原则:①实际问题可以近似计算,也可以不近似计算,②要求近似计算的一定要按要求 进行计算,并按精确度要求进行,没有作说明的按给定的有关量的有效数字处理;让学生参与并 掌握利用信息技术探究点的轨迹问题, 培养学生学习数学的兴趣和掌握利用先进教学辅助手段的 技能. ◆能力目标 (1) 分析与解决问题的能力:通过学生的积极参与和积极探究,培养学生的分析问题和 解决问题的能力. (2) 思维能力:会把几何问题化归成代数问题来分析,反过来会把代数问题转化为几何 问题来思考;培养学生的会从特殊性问题引申到一般性来研究,培养学生的辩证思 维能力. (3) 实践能力:培养学生实际动手能力,综合利用已有的知识能力. (4) 创新意识能力:培养学生思考问题、并能探究发现一些问题的能力,探究解决问题 的一般的思想、方法和途径. 练习:第 52 页 1、2、3、4、5、6、7 作业:第 53 页 4、5 课后反思:

补充:

1.课题:椭圆的第二定义

学法指导:以问题为诱导,结合图形,引导学生进行必要的联想、类比、化归、转化.

复习回顾

问题推广

引出课题

归纳小结

课堂练习
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典型例题
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教学目标 知识目标:椭圆第二定义、准线方程; 能力目标:1 使学生了解椭圆第二定义给出的背景; 2 了解离心率的几何意义; 3 使学生理解椭圆第二定义、椭圆的准线定义; 4 使学生掌握椭圆的准线方程以及准线方程的应用; 5 使学生掌握椭圆第二定义的简单应用; 情感与态度目标: 通过问题的引入和变式, 激发学生学习的兴趣, 应用运动变化的观点看待问题, 体现数学的美学价值. 教学重点:椭圆第二定义、焦半径公式、准线方程; 教学难点:椭圆的第二定义的运用; 教学方法:创设问题、启发引导、探究活动、归纳总结. 教学过程 复习回顾 1.椭圆 9 x 2 ? y 2 ? 81的长轴长为 18 ,短轴长为 6 ,半焦距为 6 2 ,离心率为
2 2 ,焦点 3

坐标为 (0,?6 2 ) ,顶点坐标为 (0,?9) (?3,0) , (准线方程为 y ? ?

27 2 ). 4

2.短轴长为 8,离心率为 则 ?ABF2 的周长为 20 引入课题

3 的椭圆两焦点分别为 F1 、 F2 ,过点 F1 作直线 l 交椭圆于 A、B 两点, 5
.

【习题 4(教材 P50 例 6) 】椭圆的方程为

x2 y2 ? ? 1 ,M1,M2 为椭圆上的点 25 16

① 求点 M1(4,2.4)到焦点 F(3,0)的距离 2.6 . ② 若点 M2 为(4,y0)不求出点 M2 的纵坐标,你能求出这点到焦点 F(3,0)的距离吗? 解: | MF |?
2 (4 ? 3) 2 ? y 0 且

169 13 4 2 y0 2 ? ? 1 代入消去 y 0 得 | MF |? ? 25 16 25 5

2

【推广】你能否将椭圆 横坐标 x 的函数吗?

x2 y2 ? ? 1上任一点 M ( x, y) 到焦点 F (c,0)(c ? 0) 的距离表示成点 M a2 b2

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?| MF |? ( x ? c) 2 ? y 2 ? ?x2 y2 ? 2 ? 2 ?1 b ?a









y2



| MF |? x 2 ? 2cx ? c 2 ? b 2 ?

b2 2 c x ? ( x ? a) 2 2 a a

c c a2 a2 ?| x ? a |? | x ? |? e | x ? | a a c c
问题 1:你能将所得函数关系叙述成命题吗?(用文字语言表述) 椭圆上的点 M 到右焦点 F (c,0) 的距离与它到定直线 x ?

a2 c 的距离的比等于离心率 a c

问题 2:你能写出所得命题的逆命题吗?并判断真假?(逆命题中不能出现焦点与离心率) 动点 M 到定点 F (c,0) 的距离与它到定直线 x ? 是椭圆. 【引出课题】椭圆的第二定义 当点 M 与一个定点的距离和它到一条定直线的距离的比是常数 e ?

c a2 的距离的比等于常数 ( a ? c ) 的点的轨迹 a c

c (0 ? e ? 1) 时, 这个点 a

的轨迹是椭圆.定点是椭圆的焦点,定直线叫做椭圆的准线,常数 e 是椭圆的离心率. 对于椭圆

a2 x2 y2 ? 2 ? 1 ,相应于焦点 F (c,0) 的准线方程是 x ? .根据对称性,相应于焦点 c a2 b

y2 x2 a2 a2 F ?(?c,0) 的准线方程是 x ? ? .对于椭圆 2 ? 2 ? 1 的准线方程是 y ? ? . c c a b
可见椭圆的离心率就是椭圆上一点到焦点的距离与到相应准线距离的比, 这就是离心率的几何意 义. 由椭圆的第二定义?

| MF | a2 ? e 可得:右焦半径公式为 | MF右 |? ed ? e | x ? |? a ? ex ; d c

左焦半径公式为 | MF左 |? ed ? e | x ? (? 典型例题

a2 ) |? a ? ex c

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例 1、求椭圆

x2 y2 ? ? 1 的右焦点和右准线;左焦点和左准线; 25 16
a2 a2 ;左焦点 F (?c,0) 和左准线 x ? ? c c

解:由题意可知右焦点 F (c,0) 右准线 x ?

变式:求椭圆 9 x 2 ? y 2 ? 81方程的准线方程;

解:椭圆可化为标准方程为:

y2 x2 a2 27 2 ? ? 1 ,故其准线方程为 y ? ? ?? 81 9 c 4

小结:求椭圆的准线方程一定要化成标准形式,然后利用准线公式即可求出 例 2、 椭圆

x2 y2 ? ? 1 上的点 M 到左准线的距离是 2 .5 ,求 M 到左焦点的距离为 25 16
.

.

变式:求 M 到右焦点的距离为

解:记椭圆的左右焦点分别为 F1 , F2 到左右准线的距离分别为 d1 , d 2 由椭圆的第二定义可知:

| MF1 | | MF | 3 c 3 ?e | ? e ? ? ?| MF1 |? ed 1 ? ? 2.5 ? 1.5 ? MF1 |? 1.5 d 5 d1 a 5
又由椭的第一定义可知: | MF1 | ? | MF2 |? 2a ? 10? MF2 |? 8.5 | 另解:点 M 到左准线的距离是 2.5,所以点 M 到右准线的距离为 2

a2 50 5 85 ? 2.5 ? ? ? c 3 2 6

?

| MF2 | 3 85 ? e ? MF2 |? ed 2 ? ? ? 8.5 | d2 5 6

小结:椭圆第二定义的应用和第一定义的应用 例1、 点 P 与定点 A(2,0)的距离和它到定直线 x ? 8 的距离的比是 1:2,求点 P 的轨迹; 解法一:设 P( x, y) 为所求轨迹上的任一点,则 所的轨迹是椭圆。 解法二:因为定点 A(2,0)所以 c ? 2 ,定直线 x ? 8 所以 x ?

( x ? 2) 2 ? y 2 1 x2 y2 ? ? 1 ,故 由化简得 ? 16 12 | x ?8| 2

a2 ? 8 解得 a ? 4 ,又因为 c

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e?

c 1 x2 y2 ? 故所求的轨迹方程为 ? ?1 a 2 16 12

变式:点 P 与定点 A(2,0)的距离和它到定直线 x ? 5 的距离的比是 1:2,求点 P 的轨迹; 分析: 这道题目与刚才的哪道题目可以说是同一种类型的题目, 那么能否用上面的两种方法来解 呢? 解 法 一 : 设 P( x, y) 为 所 求 轨 迹 上 的 任 一 点 , 则

( x ? 2) 2 ? y 2 1 ? 由化简得 | x?5| 2

( x ? 1) 2 y 2 ? ? 1 ,故所的轨迹是椭圆,其中心在(1,0) 3x ? 6 x ? 4 y ? 9 ? 0 配方得 4 3
2 2

解法二:因为定点 A(2,0)所以 c ? 2 ,定直线 x ? 8 所以 x ?

a2 ? 5 解得 a 2 ? 10 ,故所求 c

的轨迹方程为

x2 y2 ? ?1 10 6

x2 y2 ( x ? 1) 2 y 2 ? ? 1 的长半轴长、短半轴长、半焦距、离心 ? ? 1和 问题 1:求出椭圆方程 4 3 4 3
率; 问题 2:求出椭圆方程

x2 y2 ( x ? 1) 2 y 2 ? ? 1 长轴顶点、焦点、准线方程; ? ? 1和 4 3 4 3

解: 因为把椭圆

x2 y2 ( x ? 1) 2 y 2 ? ? 1 所以问题 1 中 ? ? 1 向右平移一个单位即可以得到椭圆 4 3 4 3
3 , c ? 1, e ? c 1 ? a 2

的所有问题均不变,均为 a ? 3, b ?

x2 y2 ? ? 1 长轴顶点、焦点、准线方程分别为: (?2,0) , (?1,0) x ? ?4 ; 4 3
( x ? 1) 2 y 2 ? ? 1 长轴顶点、焦点、准线方程分别为: (?2 ? 1,0) , (?1 ? 1,0) x ? ?4 ? 1 ; 4 3
反思:由于是标准方程,故只要有两上独立的条件就可以确定一个椭圆,而题目中有三个条件, 所以我们必须进行检验,又因为 e ?

1 c 2 ? 另一方面离心率就等于 这是两上矛盾的结果, 2 a 10
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所以所求方程是错误的。又由解法一可知,所求得的椭圆不是标准方程。 小结:以后有涉及到“动点到定点的距离和它到定直线的距离的比是常数时”最好的方法是采用 求轨迹方程的思路,但是这种方法计算量比较大; 解法二运算量比较小, 但应注意到会不会是标准方程, 即如果三个数据可以符合课本例 4 的关系 的话,那么其方程就是标准方程,否则非标准方程,则只能用解法一的思维来解。 例 4、设 AB 是过椭圆右焦点的弦,那么以 AB 为直径的圆必与椭圆的右准线( ) A.相切 B.相离 C.相交 D.相交或相切 分析:如何判断直线与圆的位置关系呢? 解:设 AB 的中点为 M,则 M 即为圆心,直径是|AB|;记椭圆的右焦点为 F,右准线为 l ; 过点 A、B、M 分别作出准线 l 的垂线,分别记为 d1 , d 2 , d 由梯形的中位线可知 d ?

d1 ? d 2 2

又由椭圆的第二定义可知

| AF | | BF | ?e ? e 即 | AF | ? | BF |? e(d1 ? d 2 ) d1 d2

又?

d ? d2 | AB | | AB | | AF | ? | BF | ? ? e? 1 且 0 ? e ? 1? d ? 故直线与圆相离 2 2 2 2

x2 y2 ? ? 1 的上任意一点, F1 、 F2 分别为左右焦点;且 A(1,2) 求 例 5、已知点 M 为椭圆 25 16
5 | MA | ? | MF1 | 的最小值 3 5 分析:应如何把 | MF1 | 表示出来 3
解:左准线 l1 : x ? ?

a2 25 ? ? ,作 MD ? l1 于点 D,记 d ?| MD | c 3
?

由第二定义可知: 故有 | MA | ?

| MF1 | c 3 ?e? ? d a 5

| MF1 |?

3 d ? 5

d?

5 | MF1 | 3

5 | MF1 |?| MA | ? d ?| MA | ? | MD | 3 25 3

所以有当 A、M、D 三点共线时,|MA|+|MD|有最小值: 1? 即 | MA | ?

5 28 | MF1 | 的最小值是 3 3

变式 1: 3 | MA | ?5 | MF1 | 的最小值;

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解: 3 | MA | ?5 | MF1 |? 3( | MA | ? 变式 2:

5 28 | MF1 | ) ? 3 ? ? 28 3 3

3 | MA | ? | MF1 | 的最小值; 5 3 3 5 3 28 28 ? 解: | MA | ? | MF1 |? (| MA | ? | MF1 |) ? ? 5 5 3 5 3 5
课堂练习

1.已知 是椭圆 离为_____________.

上一点,若

到椭圆右准线的距离是

,则

到左焦点的距

2.若椭圆

的离心率为

,则它的长半轴长是______________.

答案:1. 归纳小结:

2.1 或 2

1.椭圆第二定义、焦半径公式、准线方程; 2.椭圆定义的简单运用; 3.离心率的求法以及焦半径公式的应用; 课后作业 1.例题 5 的两个变式;

2. 已知



为椭圆

上的两点,

是椭圆的右焦点.若



的中点到椭圆左准线的距离是

,试确定椭圆的方程.

解:由椭圆方程可知

、两准线间距离为

.设



到右准线距离分别为





由椭圆定义有

,所以

,则



中点

到右准线距离为

,于是

到左准线距离为
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,所求椭

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圆方程为 思考:



2 2 1.方程 2 ( x ? 1) ? ( y ? 1) ?| x ? y ? 2 | 表示什么曲线?

( x ? 1) 2 ? ( y ? 1) 2 2 2 ? 解: ? ? 1 ;即方程表示到定点的距离与到定直线的距离的比常数 | x? y?2| 2 2 2
(且该常数小于 1)? 方程表示椭圆 例Ⅱ、 (06 四川高考 15)如图把椭圆的长轴 AB 分成 8 等分,过每个等分点作 x 轴的垂线交椭圆 的上半部分于 P , P2 ? P7 七个点,F 是椭圆的一个焦点,则 | P F | ? | P2 F | ? ? ? | P7 F | = 1 1 解法一: e ?

c 3 5 ? ,设 Pi 的横坐标为 x i ,则 xi ? ?5 ? i 不妨设其焦点为左焦点 a 5 4



| Pi F | a2 3 5 3 c 3 ? e ? ? 得 | Pi F |? e( x i ? ) ? a ? exi ? 5 ? ? (?5 ? i) ? 2 ? i d a 5 c 5 4 4
3 (1 ? 2 ? ? ? 7) ? 35 4

| P1 F | ? | P2 F | ? ? ? | P7 F |? 2 ? 7 ?

解 法 二 : 由 题 意 可 知 P 和 P7 关 于 y 轴 对 称 , 又 由 椭 圆 的 对 称 性 及 其 第 一 定 义 可 知 1

| P1 F | ? | P7 F |? 2a ,同理可知 | P2 F | ? | P6 F |? 2a , | P3 F | ? | P5 F |? 2a , | P4 F |? a
故 | P F | ? | P2 F | ? ? ? | P7 F |? 7a ? 35 1 板书设计:
复习回顾 引入课题 问题: 推广: 椭圆第二定义

典型例题 1. 2. 3. 4. 5.

课堂练习: 课堂小结: 课后作业: 思考:

课后反思:

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2. 椭圆中焦点三角形的性质及应用
定义:椭圆上任意一点与两焦点所构成的三角形称为焦点三角形。 性质一:已知椭圆方程为

x2 y2 ? ? 1(a ? b ? 0), 两焦点分别为 F1 , F2 , 设焦点三角形 PF1 F2 中 a2 b2

?F1PF2 ? ? , 则 S ?F1PF2 ? b 2 tan
? (2c) 2 ? F1 F2
2 2

?
2


2

? PF1 ? PF2 ? 2 PF1 PF2 cos ?

? ( PF ? PF2 ) 2 ? 2 PF PF2 (1 ? cos? ) 1 1
? PF1 PF2 ? ( PF1 ? PF2 ) 2 ? 4c 2 2(1 ? cos? ) ? 4a 2 ? 4c 2 2b 2 ? 2(1 ? cos? ) 1 ? cos?

? S?F1PF2 ?

1 b2 ? PF1 PF2 sin ? ? sin ? ? b 2 tan 2 1 ? cos ? 2

x2 y2 性质二:已知椭圆方程为 2 ? 2 ? 1(a ? b ? 0), 左右两焦点分别为 F1 , F2 , 设焦点三角形 a b

PF1 F2 ,若 ?F1 PF2 最大,则点 P 为椭圆短轴的端点。
证明:设 P( xo , yo ) ,由焦半径公式可知: PF ? a ? exo , PF ? a ? exo 1 1 在 ?F1 PF2 中, cos? ?

PF1 ? PF1 ? F1 F2
2 2

2

2 PF1 PF2

?

( PF1 ? PF2 ) 2 ? 2 PF1 PF2 ? 4c 2 2 PF1 PF2

?
? ?a ? x 0 ? a

2b 2 4a 2 ? 4c 2 4b 2 ?1 ?1 ? ?1= 2 2 2 PF1 PF2 2(a ? exo )(a ? exo ) a ? e 2 xo
2 ? xo ? a 2

性质三:已知椭圆方程为

x2 y2 ? ? 1(a ? b ? 0), 两焦点分别为 F1 , F2 , 设焦点三角形 PF1 F2 中 a2 b2

?F1 PF2 ? ? , 则 cos? ? 1 ? 2e 2 .
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证明:设 PF ? r1 , PF2 ? r2 , 则在 ?F1 PF2 中,由余弦定理得: 1

cos? ?

r12 ? r22 ? F1 F2 (r ? r ) 2 ? 2r1r2 ? 4c 2 2a 2 ? 2c 2 ? 1 2 ? ?1 2r1r2 2r1r2 2r1r2
2

?

2a 2 ? 2c 2 2a 2 ? 2c 2 ?1 ? ? 1 ? 1 ? 2e 2 . r1 ? r2 2 2a 2 2( ) 2

命题得证。

x2 y2 (2000 年高考题)已知椭圆 2 ? 2 ? 1(a ? b ? 0) 的两焦点分别为 F1 , F2 , 若椭圆上存在一点 a b
P, 使得 ?F1 PF2 ? 1200 , 求椭圆的离心率 e 的取值范围。
简解:由椭圆焦点三角形性质可知 cos120 ? 1 ? 2e . 即 ?
0 2

1 ? 1 ? 2e 2 2

,

于是得到 e 的取值范围是 ?

? 3 ? ,1?. 2 ? ? ?

x2 y2 性质四:已知椭圆方程为 2 ? 2 ? 1(a ? b ? 0), 两焦点分别为 F1 , F2 , 设焦点三角形 PF F2 , 1 a b

?PF1 F2 ? ? , ?PF2 F1 ? ? , 则椭圆的离心率 e ? ?PF1 F2 ? ? , ?PF2 F1 ? ? ,
由正弦定理得:

sin(? ? ? ) 。 sin ? ? sin ?

F 1F2 sin(180o ? ? ? ? )
?

?

PF2 sin ?

?

PF1 sin ?

由等比定理得:

F 1F2 sin(? ? ? )

PF 1 ? PF2 sin ? ? sin ?
∴e ?



F 1F2 sin(? ? ? )

?

PF 1 ? PF2 2c 2a , ? sin(? ? ? ) sin ? ? sin ? sin ? ? sin ?

c sin(? ? ? ) ? 。 a sin ? ? sin ?

已知椭圆的焦点是 F1(-1,0)、F2(1,0),P 为椭圆上一点,且|F1F2|是|PF1|和|PF2| 的等差中项. (1)求椭圆的方程; (2)若点 P 在第三象限,且∠PF1F2=120°,求 tanF1PF2.
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解:(1)由题设 2|F1F2|=|PF1|+|PF2| ∴2a=4,又 2c=2,∴b= 3 ∴椭圆的方程为

x2 y2 ? =1. 4 3

(2)设∠F1PF2=θ ,则∠PF2F1=60°-θ

1 ? 椭圆的离心率 e ? 2

1 sin(180o ? ? ) 则 ? ? 2 sin 120o ? sin(60o ? ? )

sin ? 3 ? sin(60o ? ? ) 2



整理得:5sinθ = 3 (1+cosθ )

3 2? ? 3 sin ? 3 5 ?5 3. ? ∴ 故 tan ? ,tanF1PF2=tanθ = 3 1 ? cos ? 5 11 2 5 1? 25 课后反思:

2.3 双曲线
2.2.1 双曲线及其标准方程
◆ 知识与技能目标 理解双曲线的概念,掌握双曲线的定义、会用双曲线的定义解决实际问题;理解双曲线标准 方程的推导过程及化简无理方程的常用的方法;了解借助信息技术探究动点轨迹的《几何画板》 的制作或操作方法. ◆ 过程与方法目标 (1)预习与引入过程 预习教科书 56 页至 60 页, 当变化的平面与圆锥轴所成的角在变化时, 观察平面截圆锥的截 口曲线 (截面与圆锥侧面的交线) 是什么图形?又是怎么样变化的?特别是当截面与圆锥的轴线 或平行时,截口曲线是双曲线,待观察或操作了课件后,提出两个问题:第一、你能理解为什么 此时的截口曲线是双曲线而不是两条抛物线;第二、你能举出现实生活中双曲线的例子.当学生 把上述两个问题回答清楚后,要引导学生一起思考与探究 P56 页上的问题(同桌的两位同学准备 无弹性的细绳子两条(一条约 10cm 长,另一条约 6cm 每条一端结一个套)和笔尖带小环的铅笔 一枝,教师准备无弹性细绳子两条(一条约 20cm,另一条约 12cm,一端结个套,另一端是活动 的) 图钉两个) 当把绳子按同一方向穿入笔尖的环中, , . 把绳子的另一端重合在一起, 拉紧绳子, 移动笔尖,画出的图形是双曲线.启发性提问:在这一过程中,你能说出移动的笔小(动点)满 足的几何条件是什么?〖板书〗§2.2.1 双曲线及其标准方程. (2)新课讲授过程
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(i)由上述探究过程容易得到双曲线的定义. 〖板书〗把平面内与两个定点 F , F2 的距离的差的绝对值等于常数(小于 F1 F2 )的点的 1 轨迹叫做双曲线(hyperbola) .其中这两个定点叫做双曲线的焦点,两定点间的距离叫做双曲线 的焦距.即当动点设为 M 时,双曲线即为点集 P ? M MF1 ? MF2 ? 2a . (ii)双曲线标准方程的推导过程 提问: 已知椭圆的图形, 是怎么样建立直角坐标系的?类比求椭圆标准方程的方法由学生来 建立直角坐标系. 无理方程的化简过程仍是教学的难点,让学生实际掌握无理方程的两次移项、平方整理的数 学活动过程. 类比椭圆:设参量 b 的意义:第一、便于写出双曲线的标准方程;第二、 a, b, c 的关系有明 显的几何意义. 类比:写出焦点在 y 轴上,中心在原点的双曲线的标准方程 (iii)例题讲解、引申与补充 例 1 已知双曲线两个焦点分别为 F ? ?5,0? , F2 ? 5,0? ,双曲线上一点 P 到 F , F2 距离差 1 1 的绝对值等于 6 ,求双曲线的标准方程. 分析:由双曲线的标准方程的定义及给出的条件,容易求出 a, b, c .
2 补充:求下列动圆的圆心 M 的轨迹方程:① 与⊙ C : ? x ? 2 ? ? y ? 2 内切,且过点 2

?

?

y 2 x2 ? ? 1? a ? 0, b ? 0 ? . b2 a 2

A? 2,0? ;② 与⊙ C1 : x 2 ? ? y ? 1? ? 1 和⊙ C2 : x 2 ? ? y ? 1? ? 4 都外切;③ 与⊙ C1 :
2 2

? x ? 3?

2

? y 2 ? 9 外切,且与⊙ C2 : ? x ? 3? ? y 2 ? 1 内切.
2

解题剖析: 这表面上看是圆与圆相切的问题, 实际上是双曲线的定义问题. 具体解: 设动圆 M 的 半径为 r . ① ∵ ⊙ C 与 ⊙ M 内 切 , 点 A 在 ⊙ C 外 , ∴ MC ? r? 2 , MA ? r , 因 此 有

MA ? MC ? 2 ,∴点 M 的轨迹是以 C 、 A 为焦点的双曲线的左支,即 M 的轨迹方程是
2 x2 ? 2 y2 ?1 x ? ? 2 ; 7

?

?

② ∵ ⊙ M 与 ⊙ C1 、 ⊙ C2 均 外 切 , ∴ M C ? r 1 , MC2 ? r ? 2 , 因 此 有 ? 1
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MC2 ? MC1 ? 1 ,∴点 M 的轨迹是以 C2 、 C1 为焦点的双曲线的上支,∴ M 的轨迹方程是
4 y2 ? 4 x2 ? ? 1? y ? 3 ? 3? ?; 4?

③ ∵ ? M 与 ? C1 外切,且 ? M 与 ? C2 内切,∴ MC1 ? r ? 3 , MC2 ? r ? 1 ,因此

MC1 ? MC2 ? 4 ,∴点 M 的轨迹是以 C1 、 C2 为焦点的双曲线的右支,∴ M 的轨迹方程是
x2 y 2 ? ? 1? x ? 2 ? . 4 5
例 2 已知 A , B 两地相距 800m ,在 A 地听到炮弹爆炸声比在 B 地晚 2s ,且声速为 340m / s ,求炮弹爆炸点的轨迹方程. 分析:首先要判断轨迹的形状,由声学原理:由声速及 A , B 两地听到爆炸声的时间差, 即可知 A , B 两地与爆炸点的距离差为定值.由双曲线的定义可求出炮弹爆炸点的轨迹方程. 扩展:某中心接到其正东、正西、正北方向三个观察点的报告:正西、正北两个观察点同时 听到了一声巨响,正东观察点听到该巨响的时间比其他两个观察点晚 4s .已知各观察点到该中 心的距离都是 1020m .试确定该巨响发生的位置(假定当时声音传播的速度为 340m / s ;相关 点均在同一平面内) . 解法剖析:因正西、正北同时听到巨响,则巨响应发生在西北方向或东南方向,以因正东比正西 晚 4s ,则巨响应在以这两个观察点为焦点的双曲线上. 如图,以接报中心为原点 O ,正东、正北方向分别为 x 轴、 y 轴方 向,建立直角坐标系,设 A 、 B 、 C 分别是西、东、北观察点,则

A ? ?1020,0? , B ?1020,0? , C ? 0,1020? .
设 P ? x, y ? 为巨响发生点,∵ A 、 C 同时听到巨响,∴ OP 所在直线 为 y ? ? x ??①,又因 B 点比 A 点晚 4s 听到巨响声,∴ PB ? PA ? 4 ? 340 ? 1360 ? m? .由 双 曲 线 定 义 知 , a ? 680 , c ? 1020 , ∴ b ? 3 4 0 , 5 ∴ P 点在双曲线方程为

x2 y2 ? ? 1 ? x ? ?680? ??②.联立①、②求出 P 点坐标为 6802 5 ? 3402
P ?680 5, 680 5 .即巨响在正西北方向 680 10m 处.
探究:如图,设 A , B 的坐标分别为 ? ?5,0? , ? 5,0 ? .直线 AM , BM 相交于点 M ,且
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?

?

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它们的斜率之积为

4 ,求点 M 的轨迹方程,并与§2.1.例 3 比较,有什么发现? 9

探究方法:若设点 M ? x, y ? ,则直线 AM , BM 的斜率就可以用含 x, y 的式子表示,由于 直线 AM , BM 的斜率之积是 程. ◆ 情感、态度与价值观目标 通过课件( a )的展示与操作,必须让学生认同:与圆锥的轴平行的平面去截圆锥曲面所得 截口曲线是一条双曲线而不是两条抛物线; 必须让学生认同与体会: 双曲线的定义及特殊情形当 常数等于两定点间距离时,轨迹是两条射线;必须让学生认同与理解:已知几何图形建立直角坐 标系的两个原则,及引入参量 b ? c2 ? a2 的意义,培养学生用对称的美学思维来体现数学的 和谐美;让学生认同与领悟:像例 1 这基础题配备是必要的,但对定义的理解和使用是远远不够 的,必须配备有一定灵活性、有一定的思维空间的补充题;例 2 是典型双曲线实例的题目,对培 养学生的辩证思维方法,会用分析、联系的观点解决问题有一定的帮助,但要准确判定爆炸点, 必须对此题进行扩展,培养学生归纳、联想拓展的思维能力. ◆能力目标 (1) 想象与归纳能力:能根据课程的内容能想象日常生活中哪些是双曲线的实际例子, 能用数学符号或自然语言的描述双曲线的定义,能正确且直观地绘作图形,反过来 根据图形能用数学术语和数学符号表示. (2) 思维能力:会把几何问题化归成代数问题来分析,反过来会把代数问题转化为几何 问题来思考,培养学生的数形结合的思想方法;培养学生的会从特殊性问题引申到 一般性来研究,培养学生的辩证思维能力. (3) 实践能力:培养学生实际动手能力,综合利用已有的知识能力. (4) 数学活动能力:培养学生观察、实验、探究、验证与交流等数学活动能力. (5) 创新意识能力:培养学生思考问题、并能探究发现一些问题的能力,探究解决问题 的一般的思想、方法和途径. 练习:第 60 页 1、2、3、 作业:第 66 页 1、2、 课后反思:

4 ,因此,可以求出 x, y 之间的关系式,即得到点 M 的轨迹方 9

2.2.2

双曲线的简单几何性质

◆ 知识与技能目标 了解平面解析几何研究的主要问题: (1)根据条件,求出表示曲线的方程; (2)通过方程, 研究曲线的性质.理解双曲线的范围、对称性及对称轴,对称中心、离心率、顶点、渐近线的概 念;掌握双曲线的标准方程、会用双曲线的定义解决实际问题;通过例题和探究了解双曲线的第
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二定义,准线及焦半径的概念,利用信息技术进一步见识圆锥曲线的统一定义. ◆ 过程与方法目标 (1)复习与引入过程 引导学生复习得到椭圆的简单的几何性质的方法,在本节课中不仅要注意通过对双曲线的 标准方程的讨论, 研究双曲线的几何性质的理解和应用, 而且还注意对这种研究方法的进一步地 培养. ①由双曲线的标准方程和非负实数的概念能得到双曲线的范围; ②由方程的性质得到双曲 线的对称性; ③由圆锥曲线顶点的统一定义, 容易得出双曲线的顶点的坐标及实轴、 虚轴的概念; ④应用信息技术的《几何画板》探究双曲线的渐近线问题;⑤类比椭圆通过 P 的思考问题,探 56 究双曲线的扁平程度量椭圆的离心率. 〖板书〗§2.2.2 双曲线的简单几何性质. (2)新课讲授过程 (i)通过复习和预习,对双曲线的标准方程的讨论来研究双曲线的几何性质. 提问:研究双曲线的几何特征有什么意义?从哪些方面来研究? 通过对双曲线的范围、对称性及特殊点的讨论,可以从整体上把握曲线的形状、大小和位 置.要从范围、对称性、顶点、渐近线及其他特征性质来研究曲线的几何性质. (ii)双曲线的简单几何性质 ①范围:由双曲线的标准方程得,

y 2 x2 ? ? 1 ? 0 ,进一步得: x ? ? a ,或 x ? a .这 b2 a 2

说明双曲线在不等式 x ? ? a ,或 x ? a 所表示的区域; ②对称性:由以 ?x 代 x ,以 ? y 代 y 和 ?x 代 x ,且以 ? y 代 y 这三个方面来研究双曲线 的标准方程发生变化没有,从而得到双曲线是以 x 轴和 y 轴为对称轴,原点为对称中心; ③顶点:圆锥曲线的顶点的统一定义,即圆锥曲线的对称轴与圆锥曲线的交点叫做圆锥曲 线的顶点.因此双曲线有两个顶点,由于双曲线的对称轴有实虚之分,焦点所在的对称轴叫做实 轴,焦点不在的对称轴叫做虚轴; ④渐近线:直线 y ? ?

b x2 y 2 x 叫做双曲线 2 ? 2 ? 1 的渐近线; a a b c 叫做双曲线的离心率( e ? 1 ) . a

⑤离心率: 双曲线的焦距与实轴长的比 e ? (iii)例题讲解与引申、扩展

例 3 求双曲线 9 y ? 16 x ? 144 的实半轴长和虚半轴长、焦点的坐标、离心率、渐近线
2 2

方程. 分析:由双曲线的方程化为标准方程,容易求出 a, b, c .引导学生用双曲线的实半轴长、虚 半轴长、离心率、焦点和渐近线的定义即可求相关量或式子,但要注意焦点在 y 轴上的渐近线是

y??

a x. b
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扩展: 求与双曲线

x2 y 2 ? ? 1 共渐近线, 且经过 A 2 3, ?3 点的双曲线的标准方及离心率. 16 9
3 x2 y 2 ? ? 1 的渐近线方程为 y ? ? x .①焦点在 x 轴上时,设所求的双 4 16 9

?

?

解法剖析:双曲线

曲线为

1 x2 y2 ? 2 ? 1 ,∵ A 2 3, ? 3 点在双曲线上,∴ k 2 ? ? ,无解;②焦点在 y 轴上 2 4 16k 9k

?

?

1 x2 y2 3 ? 2 ? 1 ,∵ A 2 3, ? 点在双曲线上,∴ k 2 ? ,因此,所 时,设所求的双曲线为 ? 2 4 16k 9k
求双曲线的标准方程为

?

?

y2 x2 5 ? ? 1 ,离心率 e ? .这个要进行分类讨论,但只有一种情形有 9 3 4 4

解,事实上,可直接设所求的双曲线的方程为

x2 y 2 ? ? m ? m ? R, m ? 0 ? . 16 9

例 4 双曲线型冷却塔的外形,是双曲线的一部分绕其虚轴旋转所成的曲面如图(1) ,它的 最小半径为 12m ,上口半径为 13m ,下口半径为 25m ,高为 55m .试选择适当的坐标系,求出 双曲线的方程(各长度量精确到 1m ) . 解法剖析:建立适当的直角坐标系,设双曲线的标准方程 为

x2 y 2 ? ? 1 ,算出 a, b, c 的值;此题应注意两点:①注意建 a 2 b2

立直角坐标系的两个原则; ②关于 a, b, c 的近似值, 原则上在没 有注意精确度时,看题中其他量给定的有效数字来决定. 引申:如图所示,在 P 处堆放着刚购买的草皮,现要把这些草皮沿 着 道 路 PA 或 PB 送 到 呈 矩 形 的 足 球 场 ABCD 中 去 铺 垫 , 已 知

AP ? 150m , BP ? 100m , BC ? 60m , ?APB ? 60? .能否在足
球场上画一条“等距离”线,在“等距离”线的两侧的区域应该选择怎 样的线路?说明理由. 解题剖析:设 M 为“等距离”线上任意一点,则 ,∴“等距离”线是以 PA ? AM ? PB ? BM ,即 BM ? AM ? AP ? BP ? 50 (定值)

A 、 B 为焦点的双曲线的左支上的一部分,容易“等距离”线方程为
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x2 y2 ? ? 1? ?35 ? x ? ?25, 0 ? y ? 60 ? .理由略. 625 3750
例 5 如图,设 M ? x, y ? 与定点 F ?5,0? 的距离和它到直线 l : x ? 求点 M 的轨迹方程. 分析:若设点 M ? x, y? ,则 MF ?

16 5 的距离的比是常数 , 5 4

? x ? 5?

2

? y2 ,到直线 l :

x?

16 16 的距离 d ? x ? ,则容易得点 M 的轨迹方程. 5 5

引申:用《几何画板》探究点的轨迹:双曲线 若 点 M ? x y 与 定 点 F ? c,0? 的 距 离 和 它 到 定 直 线 l : x ? , ?

a2 的距离比是常数 c

e?

c a2 ?c ? a ? 0? ,则点 M 的轨迹方程是双曲线.其中定点 F ?c,0? 是焦点,定直线 l :x ? a c

相应于 F 的准线;另一焦点 F ? ? ?c,0? ,相应于 F ? 的准线 l ? : x ? ?

a2 . c

◆ 情感、态度与价值观目标 在合作、互动的教学氛围中,通过师生之间、学生之间的交流、合作、互动实现共同探究, 教学相长的教学活动情境,结合教学内容,培养学生科学探索精神、审美观和科学世界观,激励 学生创新.必须让学生认同和掌握:双曲线的简单几何性质,能由双曲线的标准方程能直接得到 双曲线的范围、对称性、顶点、渐近线和离心率;必须让学生认同与理解:已知几何图形建立直 角坐标系的两个原则,①充分利用图形对称性,②注意图形的特殊性和一般性;必须让学生认同 与熟悉:取近似值的两个原则:①实际问题可以近似计算,也可以不近似计算,②要求近似计算 的一定要按要求进行计算, 并按精确度要求进行, 没有作说明的按给定的有关量的有效数字处理; 让学生参与并掌握利用信息技术探究点的轨迹问题, 培养学生学习数学的兴趣和掌握利用先进教 学辅助手段的技能. ◆能力目标 (1) 分析与解决问题的能力:通过学生的积极参与和积极探究,培养学生的分析问题和 解决问题的能力. (2) 思维能力:会把几何问题化归成代数问题来分析,反过来会把代数问题转化为几何 问题来思考;培养学生的会从特殊性问题引申到一般性来研究,培养学生的辩证思 维能力. (3) 实践能力:培养学生实际动手能力,综合利用已有的知识能力. (4) 创新意识能力:培养学生思考问题、并能探究发现一些问题的能力,探究解决问题 的一般的思想、方法和途径.
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练习:第 66 页 1、2、3、4、5 作业:第 3、4、6
课后反思:

补充:
教学目标:

3.课题:双曲线第二定义

11111.知识目标:掌握双曲线第二定义与准线的概念,并会简单的应用。 11112.能力目标:培养学生分析问题和解决问题的能力及探索和创新意识。

教学重点:双曲线的第二定义 教学难点:双曲线的第二定义及应用. 教学方法:类比法(类比椭圆的第二定义) 教学过程:111111111111111111111111111111 一、复习引入:
1、 (1)、双曲线的定义:平面上到两定点 F1、F2 距离之差的绝对值等于常数(小于 | F1 F2 | ) 的点的 轨迹叫做双曲线.定点 F1、F2 叫做双曲线的焦点,两焦点的距离叫做双曲线的焦距。 (2)、双曲线的标准方程: 焦点在 x 轴:

x2 y2 ? ? 1 (a ? 0, b ? 0) a2 b2

焦点在 y 轴:

y 2 x2 ? ? 1 (a ? 0, b ? 0) 其中 a 2 b2

a 2 ? b2 ? c2 2、 对于焦点在 x 轴上的双曲线的有关性质:
(1)、焦点:F1(-c,0),F2(c,0);(2)、渐近线: y ? ?

b c x ;(3)、离心率: e ? >1 a a

3、今节课我们来学习双曲线的另一定义。(板书课题:双曲线第二定义)

二、新课教学:
1、引例(课本 P64 例 6):点 M(x,y) 与定点 F(5,0)距离 y

16 5 和它到定直线 l : x ? 的距离之比是常数 ,求点 M 的轨 5 4
迹方程. 分析:利用求轨迹方程的方法。 解:设 d 是点 M 到直线 l 的距离,根据题意,所求轨迹就是 集合 P={M| F1 o

H H F2 x

| MF | 5 ? }, d 4
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a2 c 今日用大师 明日做大师! x?

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( x ? 5)2 ? y 2 5 ? 16 4 x? 5

x2 y 2 化简得 ? ?1 16 9

所以,点 M 的轨迹是实轴、虚轴长分别为 8、6 的双曲线。由例 6 可知:定点 F(5,0)为该双曲线 的焦点,定直线 l : x ?

16 a2 c 为x ? ,常数为离心率 e ? >1. a 5 c

a2 [提出问题]:从特殊到一般) ( 将上题改为: M(x,y)与定点 F(c,0)距离和它到定直线 l : x ? 点 c
的距离之比是常数 e ?

c ? 1 ,求点 M 的轨迹方程。 a
根据题意,所求轨迹就是集合 P={M|

解:设 d 是点 M 到直线 l 的距离,

| MF | 5 ? }, 即 d 4

( x ? c)2 ? y 2 x? a c
2

?

c a

化简得 (c2 ? a2 ) x2 ? a2 y 2 ? a2 (c2 ? a2 ) 两边同时除以 a2 (c2 ? a2 ) 得

x2 y 2 ? ? 1 (其中a ? 0, b ? 0) a 2 b2
2、小结: 双曲线第二定义:当动点 M(x,y) 到一定点 F(c,0)的距离和它到一定直线 l : x ? 之比是常数 e ?

a2 的距离 c

c ? 1 时,这个动点 M(x,y)的轨迹是双曲线。其中定点 F(c,0)是双曲线的一个焦 a

a2 点,定直线 l : x ? 叫双曲线的一条准线,常数 e 是双曲线的离心率。双曲线上任一点到焦点 c
的线段称为焦半径。例如 PF 是双曲线的焦半径。 (P65 思考)与椭圆的第二定义比较,你有什么发现?(让学生讨论) 答:只是常数 e 的取值范围不同,椭圆的 0 ? e ?

c c ? 1,而双曲线的 e ? ? 1 . a a

三、课堂练习
1. 求

x2 y 2 ? ? 1 的准线方程、两准线间的距离。 3 4
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解:由

x2 y 2 3 ? ? 1 可知,焦点在 x 轴上,且 c ? 3 ? 4 ? 7 所以准线方程为: x ? ? ; 故两 3 4 7

准线的距离为

3 3 6 7 . ? (? )? 7 7 7

2、(2006 年广东高考第 8 题选择题)已知双曲线 3x 2-y 2 = 9,则双曲线右支上的点 P 到右焦点 的距离与点 P 到右准线的距离之比等于( )。 (A) 2 (B) 2 3 3 (C) 2 (D) 4

解:

3、如果双曲线

x2 y2 ? ? 1 上的一点 P 到左焦点的距离为 9,则 P 到右准线的距离是____ 25 144
c 13 ? a 5

解: P 到左准线的距离为 m,由双曲线方程可知 a=5,b=12,c=13, e ?

a 2 25 ? 准线方程为 x ? ? c 13
又 ? 两准线间的距离为

根据双曲线第二定义得,

9 13 45 ?e? ?m? m 5 13 50 45 95 ? ? 。 13 13 13

25 25 50 ? (? ) ? 13 13 13

? P到右准线的距离为

4、双曲线两准线把两焦点连线段三等分,求 e. 解:由题意可知,

c a2 a2 1 c2 ? (? ) ? ? 2c 即 2 ? 3, 又? e ? 1 所以 e ? ? 3 a c c 3 a

x2 y2 5. 双 曲 线 的 2 ? 2 ? 1 a b
是 .

?a > 0

, b > 0? 渐 近 线 与 一 条 准 线 围 成 的 三 角 形 的 面 积

解:由 题意可知,一条准线方程为 : x ?

b a2 a2 ,渐近线方程为 y ? ? x 因为 当 x ? 时 a c c

b a2 ab 1 ab ab a 2 a3b y?? ? ?? [ ? (? )]? ? 2 所以所求的三角形面积为: ? a c c 2 c c c c

四、课后练习:
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1.已知双曲线 积为

x2 a2

?

y

2

b2

= 1(a>0,b>0)的右焦点为 F,右准线与一条渐近线交于 A,△OAF 面 ) C.60° D.90°

a2 (O 为原点) ,则两条渐近线夹角为( 2 A.30° B.45°

解: 由题意可得, OAF 的底边|OC|=c,高 h= ? △

b a 2 ab ? a c c

1 ab a 2 ? a ?b因 ? ? S△OAF= c 2 c 2

此可知该双曲线为等轴双曲线。所以两条渐近线夹角为 90°。
2.
已知点(3, A 1)、F 2, , ( 0)在双曲线x ?
2

y2 1 ? 1上求一点P,使得 PA ? PF 的值最小,并求出最小值。 3 2
1 2 PF 中的 1 2 PF 转化。

分析:本题的关键是利用双曲线的第二定义将 PA ?

解:由题意得e ? 2,设点P到右准线的距离为d,

PF 1 则由双曲线第二定义得: ? 2 ? PF ? d 2 d
结合图形得 : 最小值为:? 3

即 PA ?

1 PF ? PA ? d 2

a2 c

?

5 2

, 这时P为:(

2 3 3

,。 1 )

五、小结:
(1) 知识内容:双曲线的第二定义及应用。 (2) 数学方法:类比法, (3) 数学思想: 从特殊到一般

六、作业:
1、双曲线 2mx ? m y ? 2 的一条准线是 y=1,则 m 的值。
2 2

2、求渐近线方程是 4x ? 3 y ? 0 ,准线方程是 5y ? 16 ? 0 的双曲线方程. 3、已知双曲线的离心率为 2,准线方程为 y ? ?2 x ,焦点 F(2,0),求双曲线标准方程. 4、 (请你编题)若双曲线标准方程为__上一点 p 到(左,右)焦点的距离是___则点 p 到(左, 右) 准线的距离___.

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七、板书设计 课题:双曲线的第二定义及应用 1、 复习引入 (1)、双曲线的定义 (2)、双曲线的标准方程 (3)、关于焦点在 x 轴上的双曲线的有关 性质 2、 新内容 双曲线第二定义: 课后反思: 例题: 课堂练习: 1、 2、 3、 4、 5、 课后练习: 1、 2、 作业: 1、 2、 3、 4、

2.4 抛物线
一 教学设想 1 2. 3 1 抛物线及标准方程 (1) 教具的准备 问题 1:同学们对抛物线已有了哪些认识? 在物理中,抛物线被认为是抛射物体的运行轨道;在数学中,抛物线是二次函数的图象? 问题 2:在二次函数中研究的抛物线有什么特征? 在二次函数中研究的抛物线, 它的对称轴是平行于 y 轴、 开口向上或开口向下两种情形. 引 导学生进一步思考: 如果抛物线的对称轴不平行于 y 轴, 那么就不能作为二次函数的图象来研究 了.今天,我们突破函数研究中这个限制,从更一般意义上来研究抛物线. 通过提问来激发学生的探究欲望,首先研究抛物线的定义,教师可以用直观的教具叫学生 参与进行演示,再由学生归纳出抛物线的定义. (2) 抛物线的标准方程 设定点 F 到定直线 l 的距离为 p(p 为已知数且大于 0).下面,我们来求抛物线的方程.怎 样选择直角坐标系,才能使所得的方程取较简单的形式呢? 让学生议论一下,教师巡视,启发辅导,最后简单小结建立直角坐标系的方案

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方案 1:(由第一组同学完成,请一优等生演板.)以 l 为 y 轴,过点 F 与直线 l 垂直的直线 为 x 轴建立直角坐标系(图 2-30).设定点 F(p,0),动点 M 的坐标为(x,y),过 M 作 MD⊥y 轴于

D,抛物线的集合为:p={M||MF|=|MD|}.

化简后得:y2=2px-p2(p>0). 方案 2:(由第二组同学完成,请一优等生演板) 以定点 F 为原点,平行 l 的直线为 y 轴建立直角坐标系(图 2-31).设动点 M 的坐标为(x, y),且设直线 l 的方程为 x=-p,定点 F(0,0),过 M 作 MD⊥l 于 D,抛物线的集合为: p={M||MF|=|MD|}.

化简得:y2=2px+p2(p>0). 方案 3:(由第三、四组同学完成,请一优等生演板.) 取过焦点 F 且垂直于准线 l 的直线为 x 轴,x 轴与 l 交于 K,以线段 KF 的垂直平分线为 y 轴,建立直角坐标系(图 2-32).

抛物线上的点 M(x,y)到 l 的距离为 d,抛物线是集合 p={M||MF|=d}.

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化简后得:y2=2px(p>0). (3) 例题讲解与引申 教材中选取了 2 个例题,例 1 是让学生会应用公式求抛物线的焦点坐标和准线方程。例 2 是应用方面的问题,关键是由题意设出抛物线的方程即可。 2。 3 2 抛物线的几何性质 (1) 抛物线的几何性质 下面我们类比椭圆、双曲线的几何性质,从抛物线的标准方程 y2=2px(p>0)出发来研究它 的几何性质. (二)几何性质 怎样由抛物线的标准方程确定它的几何性质?以 y2=2px(p>0)为例,用小黑板给出下表, 请学生对比、研究和填写. 2

(2) 例题的讲解与引申
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例 3 有 2 种解法; 解法一运用了抛物线的重要性质: 抛物线上任一点到焦点的距离(即 此点的焦半径)等于此点到准线的距离.可得焦半径公式设 P(x0,

这个性质在解决许多有关焦点的弦的问题中经常用到,因此必须熟练掌握. (2)由焦半径不难得出焦点弦长公式:设 AB 是过抛物线焦点的一条弦(焦点弦),若 A(x1, y1)、B(x2,y2)则有|AB|=x1+x2+p.特别地:当 AB⊥x 轴,抛物线的通径|AB|=2p 例 4 涉及直线与圆锥曲线相交时,常把直线与圆锥曲线方程联立,消去一个变量,得到关 于另一变量的一元二次方程,然后用韦达定理求解,这是解决这类问题的一种常用方法. 附 教学教案

2.4.1 抛物线及标准方程
知识与技能目标 使学生掌握抛物线的定义、抛物线的标准方程及其推导过程. 要求学生进一步熟练掌握解析几何的基本思想方法,提高分析、对比、概括、转化等方面 的能力. 过程与方法目标 情感,态度与价值观目标 (1)培养学生用对称的美学思维来体现数学的和谐美。 (2)培养学生观察,实验,探究与交流的数学活动能力。 能力目标:(1)重视基础知识的教学、基本技能的训练和能力的培养; (2)启发学生能够发现问题和提出问题,善于独立思考,学会分析问题和创造地解 决问题;

(3)通过教师指导发现知识结论,培养学生抽象概括能力和逻辑思 维能力
(1) 复习与引入过程 回忆平面内与一个定点 F 的距离和一条定直线 l 的距离的比是常数 e 的轨迹,当 0<e<1 时是椭圆,当 e>1 时是双曲线,那么当 e=1 时,它又是什么曲线? 2.简单实验 如图 2-29,把一根直尺固定在画图板内直线 l 的位置上,一块三角板的一条直角边紧靠直 尺的边缘;把一条绳子的一端固定于三角板另一条直角边上的点 A,截取绳子的长等于 A 到直线 l 的距离 AC,并且把绳子另一端固定在图板上的一点 F;用一支铅笔扣着绳子,紧靠着三角板的 这条直角边把绳子绷紧,然后使三角板紧靠着直尺左右滑动,这样铅笔就描出一条曲线,这条曲 线叫做抛物线.反复演示后,请同学们来归纳抛物线的定义,教师总结. (3) 新课讲授过程 (i)由上面的探究过程得出抛物线的定义 《板书》平面内与一定点 F 和一条定直线 l 的距离相等的点的轨迹叫做抛物线(定点 F 不在 定直线 l 上).定点 F 叫做抛物线的焦点,定直线 l 叫做抛物线的准线. (ii) 抛物线标准方程的推导过程 引导学生分析出:方案 3 中得出的方程作为抛物线的标准方程.这是因为这个方程不仅具 有较简的形式,而方程中的系数有明确的几何意义:一次项系数是焦点到准线距离的 2 倍.
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由于焦点和准线在坐标系下的不同分布情况,抛物线的标准方程有四种情形(列表如下):

将上表画在小黑板上,讲解时出示小黑板,并讲清为什么会出现四种不同的情形,四种情 形中 P>0;并指出图形的位置特征和方程的形式应结合起来记忆.即:当对称轴为 x 轴时,方 程等号右端为±2px,相应地左端为 y2;当对称轴为 y 轴时,方程等号的右端为±2py,相应地 左端为 x2.同时注意:当焦点在正半轴上时,取正号;当焦点在负半轴上时,取负号. (iii)例题讲解与引申 例1 已知抛物线的标准方程是 y2=6x,求它的焦点坐标和准线方程 已知抛物线的焦点是 F(0,-2),求它的标准方程 解 因为 p=3,所以抛物线的焦点坐标是(3/2,0)准线方程是 x=-3/2 因为抛物线的焦点在轴的负半轴上,且 p/2=2,p=4,所以抛物线的标准方程是 x2=-8y 例 2 一种卫星接收天线的轴截面如图所示。卫星拨束近似平行状态社如轴截面为抛物线的接 受天线,经反射聚焦到焦点处。已知接收天线的口径为 4.8m 深度为 0.5m,求抛物线的标准方程 和焦点坐标。
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解;设抛物线的标准方程是 y2=2px (p>0)。有已知条件可得,点 A 的坐标是(0.5,2.4) 代入方程,得 2.4=2p*0.5 即=5.76 所以,抛物线的标准方程是 y2=11.52x,焦点坐标是(2.88,0) 练习:第 72 页 1、2、3、 作业:第 78 页 1、2、3、4、 课后反思:

2.4.2 抛物线的几何性质
知识与技能目标 使学生理解并掌握抛物线的几何性质,并能从抛物线的标准方程出发,推导这些性质. 从抛物线的标准方程出发,推导抛物线的性质,从而培养学生分析、归纳、推理等能力 过程与方法目标 复习与引入过程 1.抛物线的定义是什么? 请一同学回答.应为:“平面内与一个定点 F 和一条定直线 l 的距离相等的点的轨迹叫做 抛物线.” 2.抛物线的标准方程是什么? 再请一同学回答.应为:抛物线的标准方程是 y2=2px(p>0),y2=-2px(p>0),x2=2py(p >0)和 x2=-2py(p>0). 下面我们类比椭圆、双曲线的几何性质,从抛物线的标准方程 y2=2px(p>0)出发来研究它 的几何性质.《板书》抛物线的几何性质 (2)新课讲授过程 (i)抛物线的几何性质 通过和椭圆、双曲线的几何性质相比,抛物线的几何性质有什么特点? 学生和教师共同小结: (1)抛物线只位于半个坐标平面内,虽然它也可以无限延伸,但是没有渐近线. (2)抛物线只有一条对称轴,这条对称轴垂直于抛物线的准线或与顶点和焦点的连线重合, 抛物线没有中心. (3)抛物线只有一个顶点,它是焦点和焦点在准线上射影的中点. (4)抛物线的离心率要联系椭圆、双曲线的第二定义,并和抛物线的定义作比较.其结果是 应规定抛物线的离心率为 1.注意:这样不仅引入了抛物线离心率的概念,而且把圆锥曲线作为 点的轨迹统一起来了 (ii)例题讲解与引申 .例题 3 已知抛物线的顶点在原点,对称轴是 x 轴,抛物线上的点 M(-3,m)到焦点的距离 等于 5,求抛物线的方程和 m 的值. 解法一:由焦半径关系,设抛物线方程为 y2=-2px(p>0),则准线方
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因为抛物线上的点 M(-3,m)到焦点的距离|MF|与到准线的距离

得 p=4. 因此,所求抛物线方程为 y2=-8x. 又点 M(-3,m)在此抛物线上,故 m2=-8(-3).

解法二:由题设列两个方程,可求得 p 和 m.由学生演板.由题意

在抛物线上且|MF|=5,故

例 4 过抛物线 y2=2px(p>0)的焦点 F 的一条直线与这抛物线相交于 A、 两点, A(x1, B 且 y1)、B(x2,y2)(图 2-34).

证明:

(1)当 AB 与 x 轴不垂直时,设 AB 方程为:
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此方程的两根 y1、y2 分别是 A、B 两点的纵坐标,则有 y1y2=-p2.

或 y1=-p,y2=p,故 y1y2=-p2. 综合上述有 y1y2=-p2 又∵A(x1,y1)、B(x2,y2)是抛物线上的两点,

练习:第 78 页:1、2、3、4、 作业:5、6、7 课后反思:

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第三章

空间向量与立体几何

3.1 空间向量及其运算(一)
教学目标: ㈠知识目标:⒈空间向量;⒉相等的向量;⒊空间向量的加减与数乘运算及运算律; ㈡能力目标:⒈理解空间向量的概念,掌握其表示方法; ⒉会用图形说明空间向量加法、减法、数乘向量及它们的运算律; ⒊能用空间向量的运算意义及运算律解决简单的立体几何中的问题. ㈢德育目标:学会用发展的眼光看问题,认识到事物都是在不断的发展、进化的,会 用联系的观点看待事物. 教学重点:空间向量的加减与数乘运算及运算律. 教学难点:应用向量解决立体几何问题. 教学方法:讨论式. 教学过程: Ⅰ.复习引入 [师]在必修四第二章《平面向量》中,我们学习了有关平面向量的一些知识,什么叫做向 量?向量是怎样表示的呢? [生]既有大小又有方向的量叫向量.向量的表示方法有:

①用有向线段表示; ②用字母 a、b 等表示; ③用有向线段的起点与终点字母: AB .
[师]数学上所说的向量是自由向量,也就是说在保持向量的方向、大小的前提下可以将向 量进行平移,由此我们可以得出向量相等的概念,请同学们回忆一下. [生]长度相等且方向相同的向量叫相等向量. [师]学习了向量的有关概念以 后,我们学习了向量的加减以及数乘 向量运算:

⒈向量的加法:

⒉向量的减法: ⒊实数与向量的积:

实数 λ 与向量 a 的积是一个向量,记作 λa,其 长度和方向规定如下: (1)|λa|=|λ||a| (2)当 λ>0 时,λa 与 a 同向;
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当 λ<0 时,λa 与 a 反向; 当 λ=0 时,λa=0.
[师]关于向量的以上几种运算,请同学们回忆一下,有哪些运算律呢? [生]向量加法和数乘向量满足以下运算律

加法交换律:a+b=b+a 加法结合律:(a+b)+c=a+(b+c) 数乘分配律:λ(a+b)=λa+λb
[师]今天我们将在必修四第二章平面向量的基础上,类比地引入空间向量的概念、表示方 法、相同或向等关系、空间向量的加法、减法、数乘以及这三种运算的运算率,并进行一些简单 的应用.请同学们阅读课本 P26~P27. Ⅱ.新课讲授 [师]如同平面向量的概念,我们把空间中具有大小和方向的量叫做向量.例如空间 的一个平移就是一个向量.那么我们怎样表示空间向量呢?相等的向量又是怎样表示的呢? [生]与平面向量一样,空间向量也用有向线段表示,并且同向且等长的有向线段表示 同一向量或相等的向量. [师]由以上知识可知,向量在空间中是可以平移的.空间任意两个向量都可以用同一平面 内的两条有向线段表示.因此我们说空间任意两个向量是共面的. [师]空间向量的加法、减法、数乘向量各是怎样定义的呢? [生]空间向量的加法、减法、数乘向量的定义与平面向量的运算一样:

OB ? OA ? AB =a+b,
, AB ? OB ? OA (指向被减向量)

OP ? λa (? ? R)
[师]空间向量的加法与数乘向量有哪些运算律呢?请大家验证这些运算律. [生]空间向量加法与数乘向量有如下运算律:

⑴加法交换律:a + b = b + a; ⑵加法结合律: + b) + c =a + (b + c); 课件验证) (a ( ⑶数乘分配律:λ(a + b) =λa +λb.
[师]空间向量加法的运算律要注意以下几点: ⑴首尾相接的若干向量之和,等于由起始向量的起点指向末尾 向量的终点的向量.即:

A1 A2 ? A2 A3 ? A3 A4 ? ? ? An?1 An ? A1 An
因此, 求空间若干向量之和时, 可通过平移使它们转化为首尾相接 的向量. ⑵首尾相接的若干向量若构成一个封闭图形,则它们的和为零向 量.即:
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A1 A2 ? A2 A3 ? A3 A4 ? ? ? An?1 An ? An A1 ? 0 .
⑶两个向量相加的平行四边形法则在空间仍然成立. 因此,求始点相同的两个向量之和时,可以考虑用平行四边 形法则.

例1已知平行六面体 ABCD ? A' B' C ' D'(如图) ,化简 下列向量表达式,并标出化简结果的向量:

⑴AB ? BC;

⑶ ⑵AB ? AD ? AA'; AB ? AD ?
1 ⑷ ( AB ? AD ? AA' ). 3

1 CC ' 2

说明:平行四边形 ABCD 平移向量 a 到 A’B’C’D’的 轨迹所形成的几何体,叫做平行六面体.记作 ABCD—A’B’C’D’. 平行六面体的六个面都是平行四边形,每个面的边叫做平行六面体的棱. 解: (见课本 P27) 说明:由第 2 小题可知,始点相同且不在同一个平面内的三个向量之和,等于以 这三个向量为棱的平行六面体的以公共始点为始点的对角线所表示的向量,这是平 面向量加法的平行四边形法则向空间的推广.
Ⅲ.课堂练习 课本 P92 练习 Ⅳ.课时小结 平面向量仅限于研究平面图形在它所在的平面内的平移,而空间向量研究的是空间的平移, 它们的共同点都是指“将图形上所有点沿相同的方向移动相同的长度” ,空间的平移包含平面的 平移. 关于向量算式的化简,要注意解题格式、步骤和方法. Ⅴ.课后作业 ⒈课本 P106 1、2、 ⒉预习课本 P92~P96,预习提纲: ⑴怎样的向量叫做共线向量? ⑵两个向量共线的充要条件是什么? ⑶空间中点在直线上的充要条件是什么? ⑷什么叫做空间直线的向量参数表示式? ⑸怎样的向量叫做共面向量? ⑹向量 p 与不共线向量 a、b 共面的充要条件是什么? ⑺空间一点 P 在平面 MAB 内的充要条件是什么? 板书设计:
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§3.1 空间向量及其运算(一) 一、平面向量复习 二、空间向量 ⒈定义及表示方法 ⒈定义及表示 ⒉加减与数乘运算 ⒉加减与数乘向量 ⒊运算律 ⒊运算律 课后反思:

三、例 1 小结

空间向量及其运算(2)
一、课题:空间向量及其运算(2) 二、教学目标:1.理解共线向量定理和共面向量定理及它们的推论; 2.掌握空间直线、空间平面的向量参数方程和线段中点的向量公式. 三、教学重、难点:共线、共面定理及其应用. 四、教学过程: (一)复习: 1.空间向量的概念及表示; (二)新课讲解: 1.共线(平行)向量: 如果表示空间向量的有向线段所在的直线互相平行或重合, 则这些向量叫做共线向量或平行 向量。读作: a 平行于 b ,记作: a // b . 2.共线向量定理: 对空间任意两个向量 a, b (b ? 0), a // b 的充要条件是存在实数 ? ,使 a ? ?b ( ? 唯一) . 推论:如果 l 为经过已知点 A ,且平行于已知向量 a 的直线,那么对任一点 O ,点 P 在直线 l 上 的充要条件是存在实数 t ,满足等式 OP ? OA ? t AB ① ,其中向量 a 叫做直线 l 的方向向量。在 l 上取 AB ? a ,则① 式可化为 OP ? OA ? t AB 或 OP ? (1 ? t )OA ? tOB ②

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??? 1 ??? ??? ? ? ? 1 当 t ? 时,点 P 是线段 AB 的中点,此时 OP ? (OA ? OB) ③ 2 2 ①和②都叫空间直线的向量参数方程,③是线段 AB 的中点公式.
3.向量与平面平行:

l P B

a

A

O

已知平面 ? 和向量 a , O ? , 作 A a 如果直线 OA 平行于 ? 或在 ? 内, 那么我们说向量 a 平 行于平面 ? ,记作: a // ? .
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?

?? ? ?

?

?

?

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通常我们把平行于同一平面的向量,叫做共面向量. 说明:空间任意的两向量都是共面的. 4.共面向量定理: 如果两个向量 a, b 不共线, p 与向量 a, b 共面的充要条件是存 在实数 x, y 使 p ? xa ? yb .

? a

? ?

?

? ?

? a

?

?

?

?

推 论 : 空 间 一 点 P 位 于 平 面 MAB 内 的 充 分 必 要 条 件 是 存 在 有 序 实 数 对 x, y , 使

???? ??? ? ???? ??? ???? ? ? ???? ???? 或对空间任一点 O ,有 OP ? OM ? xMA ? yMB ① MP ? x MA y MB ?
上面①式叫做平面 MAB 的向量表达式. (三)例题分析: 例 1.已知 A, B, C 三点不共线,对平面外任一点,满足条件 OP ? 试判断:点 P 与 A, B, C 是否一定共面? 解:由题意: 5OP ? OA ? 2OB ? 2OC , ∴ (OP ? OA) ? 2(OB ? OP) ? 2(OC ? OP) , ∴ AP ? 2PB ? 2PC ,即 PA ? ?2PB ? 2PC , 所以,点 P 与 A, B, C 共面. 说明: 在用共面向量定理及其推论的充要条件进行向量共面判断的时候, 首先要选择恰当的充要 条件形式,然后对照形式将已知条件进行转化运算. 【练习】 :对空间任一点 O 和不共线的三点 A, B, C ,问满足向量式 OP ? xOA ? yOB ? zOC (其中 x ? y ? z ? 1 )的四点 P, A, B, C 是否共面? 解:∵ OP ? (1 ? z ? y)OA ? yOB ? zOC , ∴ OP ? OA ? y(OB ? OA) ? z(OC ? OA) ,

??? ?

? ? 1 ??? 2 ??? 2 ???? OA ? OB ? OC , 5 5 5

??? ?

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O
D

??? ??? ? ?

??? ??? ? ?

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C
B

??? ? ??? ? ??? ? ∴ AP ? y AB ? z AC ,∴点 P 与点 A, B, C 共面.
例 2.已知

A

H
E F

ABCD ,从平面 AC 外一点 O 引向量 ??? ??? ??? ? ? ? ??? ???? ???? ???? ???? ? ? OE ? kOA, OF ? KOB, OG ? kOC, OH ? kOD ,

?

G

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(1)求证:四点 E , F , G, H 共面; (2)平面 AC // 平面 EG . 解: (1)∵四边形 ABCD 是平行四边形,∴ AC ? AB ? AD , ∵ EG ? OG ? OE ,

??? ?

??? ???? ?

??? ?

???? ??? ?

???? ??? ? ???? ??? ? ???? ??? ???? ? ? k ? OC ? k ? OA ? k (OC ? OA) ? k AC ? k ( AB ? AD) ??? ??? ???? ??? ? ? ? ??? ??? ???? ??? ? ? ? ? ? k (OB ? OA ? OD ? OA) ? OF ? OE ? OH ? OE ??? ???? ? ? EF ? EH
∴ E , F , G, H 共面; (2)∵ EF ? OF ? OE ? k (OB ? OA) ? k ? AB ,又∵ EG ? k ? AC , ∴ EF // AB, EG // AC 所以,平面 AC // 平面 EG . 五、课堂练习:课本第 96 页练习第 1、2、3 题. 六、课堂小结:1.共线向量定理和共面向量定理及其推论; 2.空间直线、平面的向量参数方程和线段中点向量公式. 七、作业: 1.已知两个非零向量 e1 , e2 不共线,如果 AB ? e1 ? e2 , AC ? 2e1 ? 8e2 , AD ? 3e1 ? 3e2 , 求证: A, B, C , D 共面. 2.已知 a ? 3m ? 2n ? 4 p, b ? ( x ? 1)m ? 8n ? 2 yp , a ? 0 ,若 a // b ,求实数 x, y 的值。 3.如图, E , F , G, H 分别为正方体 AC1 的棱 A1B1 , A1D1 , B1C1 , D1C1 的中点, 求证: (1) E , F , D, B 四点共面; (2)平面 AEF // 平面 BDHG . 4.已知 E , F , G, H 分别是空间四边形 ABCD 边 AB, BC, CD, DA 的中点,
D1 H G E B1 C1

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A
E

(1)用向量法证明: E , F , G, H 四点共面; (2)用向量法证明: BD // 平面 EFGH .

F

A1

H
D G

B
D A B C

F

C
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课后反思:

3.1.3.空间向量的数量积(1)
教学目标:1.掌握空间向量夹角和模的概念及表示方法; 2.掌握两个向量的数量积的计算方法,并能利用两个向量的数量积解决立体几 何中的一些简单问题。 教学重、难点:空间数量积的计算方法、几何意义、立体几何问题的转化。 教学过程: (一)复习: 空间向量基本定理及其推论; (二)新课讲解: 1.空间向量的夹角及其表示:

? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 的夹角,记作 ? a, b ? ;且规定 0 ?? a, b ?? ? ,显然有 ? a, b ??? b , a ? ; ? ? ? ? ? ? ? 若 ? a , b ?? ,则称 a 与 b 互相垂直,记作: a ? b ; 2

已知两非零向量 a, b ,在空间任取一点 O ,作 OA ?a OB ? ,则 ?AOB 叫做向量 a 与 b , b

? ?

??? ?

?

?

2.向量的模:

设 OA ? a ,则有向线段 OA 的长度叫做向量 a 的长度或模,记作: | a | ; 3.向量的数量积:

??? ?

?

??? ?

?

?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 作 a ? b ,即 a ? b ? | a | ? | b | ? cos ? a, b ? . ??? ? ? ? 已知向量 AB ? a 和轴 l , e 是 l 上与 l 同方向的单位向量, ???? ? 作点 A 在 l 上的射影 A? ,作点 B 在 l 上的射影 B? ,则 A?B? 叫做 ??? ? ???? ? ? 向量 AB 在轴 l 上或在 e 上的正射影;可以证明 A?B? 的长度 ???? ??? ? ? ? ? ? ? | A? B? |? | AB | cos a ,e?? | a e . ? ? |
已知向量 a, b ,则 | a | ? | b | ? cos ? a, b ? 叫做 a, b 的数量积,记

? ?

?

?

? e

B

A

A? B? C

4.空间向量数量积的性质: ? ? ? ? ? (1) a ? e ?| a | cos ? a, e ? .

? ? ? ? ?2 ? ? (3) | a | ? a ? a .

(2) a ? b ? a ? b ? 0 .

5.空间向量数量积运算律:

(1) (?a) ? b ? ?(a ? b ) ? a ? (?b ) .
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? ?

? ?

?

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? ? ? ? (2) a ? b ? b ? a (交换律) . ? ? ? ? ? ? ? (3) a ? (b ? c ) ? a ? b ? a ? c (分配律) .

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(三)例题分析: 例 1.用向量方法证明:直线和平面垂直的判定定理。 已知: m, n 是平面 ? 内的两条相交直线,直线 l 与平面 ? 的交点为 B ,且 l ? m, l ? n 求证: l ? ? . 证明:在 ? 内作不与 m, n 重合的任一直线 g , 在 l , m, n, g 上取非零向量 l , m, n, g ,∵ m, n 相交, ∴向量 m, n 不平行,由共面定理可知,存在 唯一有序实数对 ( x, y ) ,使 g ? xm ? yn ,

? ? ? ?
? ?

l

? ?

?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ∴ l ? g ? xl ? m ? yl ? n ,又∵ l ? m ? 0, l ? n ? 0 , ? ? ? ? ∴ l ? g ? 0 ,∴ l ? g ,∴ l ? g , 所以,直线 l 垂直于平面内的任意一条直线,即得 l ? ? .
证明: (法一) AD ? BC ? ( AB ? BD) ? ( AC ? AB)

g n

m l m g n

例 2.已知空间四边形 ABCD 中, AB ? CD , AC ? BD ,求证: AD ? BC .

??? ??? ? ?

??? ??? ? ?

??? ??? ? ?

??? ??? ??? ??? ??? 2 ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? AB ? AC ? BD ? AC ? AB ? AB ? BD ??? ??? ??? ??? ? ? ? ? ??? ???? ? ? AB ? ( AC ? AB ? BD) ? AB ? DC ? 0 . ??? ? ??? ? ??? ? ? ? ? (法二)选取一组基底,设 AB ? a, AC ? b, AD ? c , ? ? ? ? ? ? ? ∵ AB ? CD ,∴ a ? (c ? b) ? 0 ,即 a ? c ? b ? a , ? ? ? ? 同理: a ? b ? b ? c , , ? ? ? ? ∴ a?c ? b?c , ???? ??? ? ? ? ? ∴ c ? (b ? a) ? 0 ,∴ AD ? BC ? 0 ,即 AD ? BC .
说明: 用向量解几何题的一般方法: 把线段或角度转化为向量表示, 并用已知向量表示未知向量, 然后通过向量运算取计算或证明。
? 例 3.如图,在空间四边形 OABC 中, OA ? 8 , AB ? 6 , AC ? 4 , BC ? 5 , ?OAC ? 45 , ?OAB ? 60? ,求 OA 与 BC 的夹角的余弦值。

解:∵ BC ? AC ? AB ,

??? ??? ??? ? ? ? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ∴ OA ? BC ? OA ? AC ? OA ? AB ??? ??? ? ? ??? ??? ? ? ??? ??? ? ? ??? ??? ? ? ?| OA | ? | AC | ? cos ? OA, AC ? ? | OA | ? | AB | ? cos ? OA, AB ?
? 8 ? 4 ? cos135? ? 8 ? 6 ? cos120? ? 24 ?16 2 ??? ??? ? ? ??? ??? ? ? OA ? BC 24 ? 16 2 3 ? 2 2 ? ??? ? ? ∴ cos ? OA, BC ?? ??? , ? 8? 5 5 | OA | ? | BC |

O

A

C
B

3? 2 2 所以, OA 与 BC 的夹角的余弦值为 . 5
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说明:由图形知向量的夹角时易出错,如 ? OA, AC ?? 135? 易错写成 ? OA, AC ?? 45? ,切记! 五.课堂练习:课本第 99 页练习第 1、2、3 题。 六.课堂小结:空间向量数量积的概念和性质。 七.作业:课本第 106 页第 3、4 题 补充: 1.已知向量 a ? b ,向量 c 与 a, b 的夹角都是 60 ,且 | a |? 1,| b |? 2,| c |? 3,
?

??? ??? ? ?

??? ??? ? ?

?

?

?

? ?

?

?

?

试求: (1) (a ? b)2 ; (2) (a ? 2b ? c)2 ; (3) (3a ? 2b) ? (b ? 3c) . 课后反思:

? ?

?

? ?

?

?

?

?

向量的数量积(2)
一、教学目标:①向量的数量积运算 ②利用向量的数量积运算判定垂直、求模、求角 二、教学重点:①向量的数量积运算 ②利用向量的数量积运算判定垂直、求模、求角 三、教学方法:练习法,纠错法,归纳法 四、教学过程: 考点一:向量的数量积运算 (一) 、知识要点: ? ? ? ? 1)定义:① 设< a, b >= ? ,则 a ? ? ( ? 的范围为 b

) 。

? ? ? ? b ②设 a ? ( x1 , y1 ) , b ? ( x2 , y2 ) 则 a ? ? ? ? ?? ? ? 注:① a ?b 不能写成 ab ,或 a ? b

? ? ② a ?b 的结果为一个数值。


? ? 2)投影: b 在 a 方向上的投影为
3)向量数量积运算律: ?? ?? ? ? ?? ? ? b a ① a? ? b? ② (? a)? ? ?(a? ) ? a? ?b) b b (

? ? ? ?? ?? ③ (a ? b)? ? a? ? b? c c c

?? ? ? ?? 注:①没有结合律 (a? )? ? a? b? ) b c ( c
二)例题讲练
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?? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? 1、下列命题:①若 a? ? 0 ,则 a , b 中至少一个为 0 ②若 a ? 0 且 a? ? a? ,则 b ? c b b c

? ? ? ? ?2 ?2 ?? ? ? ?? ③ (a? )? ? a? b? ) ④ (3a ? 2b)? a ? 2b) ? 9 a ? 4 b (3 b c ( c
中正确有个数为 ( ) A. 0 个 B. 1 个 C. 2 个 D. 3 个 2 、 已 知 ?ABC 中 , A , B , C 所 对 的 边 为 a,b,c , 且 a=3,b=1,C=30 ° , 则 ??? ??? ? ? 。 BC? = CA

? ? ? ? ? ? ? 3 、 若 a , b , c 满 足 a?b?c ? 0 , 且

? ? ? a ?3 , b ? 1 c ?, 4 , 则

?? ?? ?? a? ? ? b ? = a b ? c

c

。 。

? ? ? ? ? ? ? ? 4、 已知 a ? b ? 2 , a 与 b 的夹角为 , a ? b 在 a 上的投影为 且 则 3 考点二:向量数量积性质应用 一) 、知识要点: ? ? ?? ① a ? b ? a? ? 0 (用于判定垂直问题) b

? ?2 ② a ? a (用于求模运算问题) ? ? a ?b ③ cos ? ? ? ? (用于求角运算问题) a b
二)例题讲练 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1、已知 a ? 2 , b ? 3 ,且 a 与 b 的夹角为 , c ? 3a ? 2b , d ? ma ? b ,求当 m 2 ? ? ? 为何值时 c ? d
? ? ? ? ? ? 2、已知 a ? 1 , b ? 1 , 3a ? 2b ? 3 ,则 3a ? b ?



? ? ? ? ? ? ? ? ? 3、已知 a 和 b 是非零向量,且 a = b = a ? b ,求 a 与 a ? b 的夹角 ? ? ? ? ? ? ? ? 4、已知 a ? 4 , b ? 2 ,且 a 和 b 不共线,求使 a ? ? b 与 a ? ? b 的夹角是锐角时 ?

的取值范围 课堂练习 ?? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? 1、已知 e1 和 e2 是两个单位向量,夹角为 ,则( e1 ? e2 ) ? ?3e1 ? 2e2 ) 等于( ( 3
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A.-8

B.

?? ?? ? ?? ? ? ? ? 2、已知 e1 和 e2 是两个单位向量,夹角为 ,则下面向量中与 2e2 ? e1 垂直的是( 3 ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? A. e1 ? e2 B. e1 ? e2 C. e1 D. e2
3、在 ?ABC 中,设 AB ? a , BC ? b , CA ? c ,若 a (a ? b) ? 0 ,则 ?ABC (
( A) 直角三角形 (B ) 锐角三角形 (C ) 钝角三角形 (D) 无法判定

9 2

C. ?

5 2

D.8 )



? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4、已知 a 和 b 是非零向量,且 a ? 3b 与 7a ? 5b 垂直, a ? 4b 与 7a ? 2b 垂直,求 a 与 b
的夹角。 ??? ??? ??? ? ? ? ??? ??? ??? ? ? ? ? 5、已知 OA 、 OB 、 OC 是非零的单位向量,且 OA + OB + OC = 0 ,求证:
?ABC
课后反思:

为正三角形。

3.1.5 空间向量运算的坐标表示
课题 向量的坐标

教学目的要求

1.理解空间向量与有序数组之间的 1-1 对应关系 2.掌握投影定理、分向量及方向余弦的坐标表示 1 . 投 影 25 分钟 2 . 分 向 量 30 分钟 3 . 模 与 方 向 35 分钟 1.投影定理 2.分向量 3.方向余弦的坐标表示 启发式教学法,使用电子教案
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与 与 余

投 向 弦 量 的

影 的 坐 标

定 坐 表

理 标 示

主要内容与时间分配

重点难点

教学方法和手段

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一、向量在轴上的投影 1.几个概念 (1) 轴上有向线段的值:设有一轴 u , AB 是轴 u 上的有向线段,如果数 ? 满足

? ? AB ,

且当 AB 与轴 u 同向时 ? 是正的,当 AB 与轴 u 反向时 ? 是负的,那么数 ? 叫做轴 u 上有向线段

AB 的值,记做 AB,即 ? ? AB 。设 e 是与 u 轴同方向的单位向量,则 AB ? ?e
(2) 设 A、B、C 是 u 轴上任意三点,不论三点的相互位置如何,总有 AC ? AB ? BC (3) 两向量夹角的概念:设有两个非零向量 a 和 b,任取空间一点 O,作 OA ? a ,OB ? b , 规定不超过 ? 的 ?AOB 称为向量 a 和 b 的夹角,记为
?

(a,b)
'

(4) 空间一点 A 在轴 u 上的投影:通过点 A 作轴 u 的垂直平面,该平面与轴 u 的交点 A 叫 做点 A 在轴 u 上的投影。 (5) 向量 AB 在轴 u 上的投影:设已知向量 AB 的起点 A 和终点 B 在轴 u 上的投影分别为点

A ' 和 B ' ,那么轴 u 上的有向线段的值 A ' B ' 叫做向量 AB 在轴 u 上的投影,记做 Pr ju AB 。
2.投影定理 性质 1:向量在轴 u 上的投影等于向量的模乘以轴与向量的夹角 ? 的余弦:

Pr ju AB ? AB cos?
性质 2:两个向量的和在轴上的投影等于两个向量在该轴上的投影的和,即

Pr ju (a1 ? a 2 ) ? Pr ja1 ? Pr ja 2
性质 3:向量与数的乘法在轴上的投影等于向量在轴上的投影与数的乘法。即

Pr ju (?a) ? ? Pr ja
二、向量在坐标系上的分向量与向量的坐标 1.向量在坐标系上的分向量与向量的坐标 通过坐标法, 使平面上或空间的点与有序数组之间建立了一
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一对应关系, 同样地, 为了沟通数与向量的研究, 需要建立向量与有序数之间的对应关系。 设 a = M 1 M 2 是以 M 1 ( x1 , y1 , z1 ) 为起点、 M 2 ( x2 , y 2 , z 2 ) 为终点的向量,i、j、k 分别表 示 图 7-5 沿 x,y,z 轴正向的单位向量,并称它们为这一坐标系的基本单位向量,由图 7-5,并应用向量 的加法规则知:

M1M 2 ? ( x2 ? x1 ) i + ( y2 ? y1 ) j+ ( z 2 ? z1 ) k
或 a = ax i + ayj + azk

上式称为向量 a 按基本单位向量的分解式。 有序数组 ax、ay、az 与向量 a 一一对应,向量 a 在三条坐标轴上的投影 ax、ay、az 就叫做 向量 a 的坐标,并记为 a = {ax,ay,az}。 上式叫做向量 a 的坐标表示式。 于是,起点为 M 1 ( x1 , y1 , z1 ) 终点为 M 2 ( x2 , y 2 , z 2 ) 的向量可以表示为

M1M 2 ? {x2 ? x1 , y2 ? y1 , z2 ? z1}
特别地,点 M ( x, y, z ) 对于原点 O 的向径

OM ? {x, y, z}
注意:向量在坐标轴上的分向量与向量在坐标轴上的投影有本质区别。 向量 a 在坐标轴上的投影是三个数 ax、ay、az, 向量 a 在坐标轴上的分向量是三个向量 ax i 、 ayj 、 azk. 2.向量运算的坐标表示 设 a ? {a x , a y , a z } , b ? {bx , by , bz } 即 a ? a x i ? a y j ? a z k , b ? bx i ? by j ? bz k 则 (1) 加法: ◆ 减法: ◆ 乘数:

a ? b ? (ax ? bx )i ? (a y ? by ) j ? (az ? bz )k

a ? b ? (ax ? bx )i ? (a y ? by ) j ? (az ? bz )k

?a ? (?ax )i ? (?a y ) j ? (?az )k
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◆ 或

a ? b ? {ax ? bx , a y ? by , az ? bz } a ? b ? {ax ? bx , a y ? by , az ? bz }

?a ? {?ax , ?a y , ?az }
◆ 平行:若 a≠0 时,向量 b // a 相当于 b ? ?a ,即

{bx , by , bz } ? ?{ax , a y , az }
也相当于向量的对应坐标成比例即

bx b y bz ? ? ax a y az
三、向量的模与方向余弦的坐标表示式 设 a ? {a x , a y , a z } ,可以 用它与三个坐标轴的夹 角

?、?、? (均大于等于 0,小于等于 ? )来表示它的方向,
称 ?、?、? 为非零向量 a 的方向角,见图 7-6,其余弦表

cos cos 示形式 cos?、 ?、 ? 称为方向余弦。
1. 模
2 2 a ? a x ? a y ? a z2

图 7-6

2. 方向余弦

? a ? M M cos? ? a cos? 1 2 ? x ? 2 2 2 由性质 1 知 ?a y ? M 1 M 2 cos ? ? a cos ? ,当 a ? a x ? a y ? a z ? 0 时,有 ? ? a z ? M 1 M 2 cos? ? a cos? ?

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? a ax ? cos? ? x ? 2 2 a ? a x ? a y ? a z2 ? ay ay ? ? ?cos ? ? 2 2 a a x ? a y ? a z2 ? ? a az ? cos? ? z ? 2 2 a ? a x ? a y ? a z2 ?
◆ 任意向量的方向余弦有性质: cos
2

? ? cos2 ? ? cos2 ? ? 1

◆ 与非零向量 a 同方向的单位向量为:

a0 ?

a a

?

1 a

{a x , a y , a z } ? {cos? , cos ? , cos? }

3. 例子:已知两点 M1(2,2, 2 )、M2(1,3,0),计算向量 M 1 M 2 的模、方向余弦、方向角以及与

M 1 M 2 同向的单位向量。
解: M 1 M 2 ={1-2,3-2,0- 2 }={-1,1,- 2 }

M 1 M 2 ? (?1) 2 ? 12 ? (? 2 ) 2 ? 2
1 1 2 cos ? ? ? , cos ? ? , cos? ? ? 2 2 2

??
0

2? ? 3? , ? ? ,? ? 3 3 4
0

设 a 为与 M 1 M 2 同向的单位向量,由于 a ? {cos? , cos ? , cos? } 即得 a ? {?
0

1 1 2 , ,? } 2 2 2

课后反思:

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3.2 立体几何中的向量方法 空间距离
利用向量方法求解空间距离问题,可以回避此类问题中大量的作图、证明等步 骤,而转化为向量间的计算问题. 例1如图,已知正方形 ABCD 的边长为 4,E、F 分别是 AB、AD 的中点,GC ⊥平面 ABCD,且 GC=2,求点 B 到平面 EFG 的距离. 分析:由题设可知 CG、CB、CD 两两互相垂直,可以由此建立空间直角坐标 系.用向量法求解,就是求出过 B 且垂直于平面 EFG 的向量,它的长即为点 B 到平 面 EFG 的距离. 解:如图,设 CD ? 4i, CB ? 4j, CG ? 2k,以 i、j、k 为坐标向量建立空间直角坐标系 C-xyz. 由题设 C(0,0,0),A(4,4,0),B(0,4,0),D(4,0,0), E(2,4,0),F(4,2,0),G(0,0,2). ∴

BE ? (2,0,0) , BF ? (4,?2,0) ,
BG ? (0,?4,2) , GE ? (2,4,?2) ,

EF ? (2,?2,0) .
设 BM ? 平面 EFG,M 为垂足,则 M、G、E、F 四点共面,由共面向量定理知, 存在实数 a、b、c,使得 BM ? a BE ? bBF ? c BG (a ? b ? c ? 1) , ∴

BM ? a(2,0,0) ? b(4,?2,0) ? c(0,?4,2) =(2a+4b,-2b-4c,2c).
BM ? GE ? 0 , BM ? EF ? 0 .

由 BM ? 平面 EFG,得 BM ? GE , BM ? EF ,于是
?(2a ? 4b,?2b ? 4c,2c) ? (2,4,?2) ? 0 ? ?(2a ? 4b,?2b ? 4c,2c) ? (2,?2,0) ? 0 ?a ? b ? c ? 1 ?



15 ? ?a ? 11 ?a ? 5c ? 0 ? 7 ? ? 整理得: ?a ? 3b ? 2c ? 0 ,解得 ?b ? ? . 11 ? ?a ? b ? c ? 1 ? 3 ? ?c ? 11 ?
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∴ ∴

BM =(2a+4b,-2b-4c,2c)= (
2 2 2

2 2 6 , , ). 11 11 11

2 11 ?2? ?2? ?6? | BM |? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 11 ? 11? ? 11? ? 11?

故点 B 到平面 EFG 的距离为

2 11 . 11

说明:用向量法求点到平面的距离,常常不必作出垂线段,只需利用垂足在平 面内、共面向量定理、两个向量垂直的充要条件解出垂线段对应的向量就可以了. 例 2 已知正方体 ABCD- A' B' C ' D' 的棱长为 1,求直线 DA' 与 AC 的距离. 分析: 设异面直线 DA' 、 的公垂线是直线 l, AC 则线段 AA' 在直线 l 上的射影就是两异面直线的公垂线段, 所以此题可以 利用向量的数量积的几何意义求解. 解:如图,设 B' A' ? i, B'C ' ? j, B' B ? k,以 i、j、k 为 坐标向量建立空间直角坐标系 B' -xyz,则有
A' (1,0,0) , D(1,1,1) , A(1,0,1) , C (0,1,1) .



DA' ? (0,?1,?1) , AC ? (?1,1,0) , A' A ? (0,0,1) .

设 n ? ( x, y, z ) 是直线 l 方向上的单位向量,则 x 2 ? y 2 ? z 2 ? 1. ∵ n ? DA' ,n ? AC ,
?? y ? z ? 0 3 3 ? ,解得 x ? y ? ? z ? 或 x ? y ? ?z ? ? . ?? x ? y ? 0 3 3 ?x 2 ? y 2 ? z 2 ? 1 ?



取 n? (

3 3 3 , ,? ) ,则向量 A' A 在直线 l 上的投影为 3 3 3 3 3 3 3 . , ,? ) ? (0,0,1) ? ? 3 3 3 3

n? A' A ? (

由两个向量的数量积的几何意义知,直线 DA' 与 AC 的距离为
课后反思:
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3 . 3

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向量的内积与二面角的计算
在《高等代数与解析几何》课程第一章向量代数的教学中,讲到几何空间的内 积时,有一个例题(见[1],p53)要求证明如下的公式:
cos? ? cos? cos ? ? sin ? sin ? cos? ,

(1)

其中点 O 是二面角 P-MN-Q 的棱 MN 上的点,OA、OB 分别在平面 P 和平面 Q 内。
?AON ? ? , ?BON ? ? , ?AOB ? ? 。 ? 为二面角 P-MN-Q(见图 1) 。
z P

D

A

? a

?
M O

?
? b
x

y

N

B

Q

图1

公式(1)可以利用向量的内积来加以证明: 以 Q 为坐标平面,直线 MN 为 y 轴,如图 1 建立直角坐标系。 记 xOz 平面与平 面 P 的交线为射线 OD,则 OD?MN ,得
?AOD ?

?
2

? ? , ?DOx ? ? , ?DOz ?

?
2

?? 。

? ? ? ? 分别沿射线 OA、OB 的方向上作单位向量 a , b ,则 a , b ? ? 。 ? ? 由计算知 a , b 的坐标分别为
(sin? cos? , cos? , sin ? sin ? ) , (sin ? , cos ? ,0) ,

于是,
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? ? ? ? a ?b ? ? a ? b ? cos? cos ? ? sin ? sin ? cos? 。 cos? ? ? | a |?|b |
公式(1)在立体几何计算二面角的平面角时是有用的。我们来介绍如下的两个 应用。 例 1.立方体 ABCD-A1B1C1D1 的边长为 1,E、F、G、H、I 分别为 A1D1、A1A、 A1B1、B1C1、B1B 的中点。 求面 EFG 和面 GHI 的夹角 ? 的大小(用反三角函数表示) 。 解 由于图 2 中所画的两平面 EFG 和 GHI 只有一个公共点,没有交线,所以我 们可以将该立方体沿 AB 方向平移 1 个单位。这样就使平面 EFG 平移至平面 HI G ? 。 而 ? 就是二面角 G-IH- G ? (见图 3) 。利用公式(1) ,只要知道了 ? , ? 和 ? 的大小, 我们就能求出 ? 。
D1 E G A1 B1 H C1

F

D

I C

A

B

图2

由 已 知 条 件 , ?GHI 和 ?HI G ? 均 为 等 边 三 角 形 , 所 以 ? ? ? ?

?
3

,而

? ? ?GI G ? ?

?
2

。因此,
D1 E G A1 B1 H G' C1

F

D

I

C

A

B

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图3

cos

?
2

? cos

?
3

cos

?
3

? sin

?
3

sin

?
3

cos ? ,


0? 1 1 3 3 ? ? ? cos? 。 2 2 2 2

解得
1 1 cos ? ? ? , ? ? ? ? a r c c o s。 3 3 当然,在建立了直角坐标系之后,通过计算向量的外积可计算出两平面的法向

量,利用法向量同样也可算出夹角 ? 来。 例 2.计算正十二面体的两个相邻面的夹角 ? 的大小。 解 我们知道正十二面体的每个面都是大小相同的正五边形,且在正十二面体的 每个顶点上均有 3 个面围绕。 P 和 Q 是两个相邻的面, 是它们的交线 设 MN (如图 4) , 则公式(1)中的 ? , ? , ? 分别为:

? ? ?AMN , ? ? ?BMN , ? ? ?AMB ,
因此它们均为正五边形的内角。所以

? ? ? ? ? ? 108? 。
N

P
M A B

Q

图4

所以,由公式(1)知
cos108? ? cos108? ? cos108? ? sin 108? ? sin 108? ? cos? ,

或 cos? ?

cos108?(1 ? cos108?) 5 。 ?? 2 5 sin 108?
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因此, ? ? ? ? arccos

5 ,或 ? ? 116?33?54?? 。 5

如果不使用公式(1) ,要求出例 2 中的夹角 ? 的大小在计算上要复杂很多。 利用例 2 的结果,我们可以容易地计算出单位棱长正十二面体的体积 V。 设单位棱长正十二面体的中心为 O,则该十二面体可以切割成十二个全等的正 五棱锥, 每个五棱锥以该多面体的一个面为底面、 O 为其顶点。 以 设该正五棱锥为 ? , 从而可知: V ? 12V? 。 再设 ? 的底面积为 S、高为 h,设 O ? 为单位边长正五边形(即 ? 的底)的中心, A、B 为该五边形的两个相邻的顶点,H 为 AB 的中点, | O?H |? a ,则
1 1 a 5 tan ?O' AH ? tan 54? , S ? 5 ? ? tan 54? 。 2 2 2 4 h ? 仍设 ? 为正十二面体两相邻面的夹角,则 ? tan 。所以 a 2 1 ? h ? tan 54? tan 。 2 2 但是,
?O' AH ? 54? , a ?

tan
从而

?
2

?

1 ? cos? 5 ?1 , ? 1 ? cos? 2

?? ?5 ?? 1 V ? 12V? ? 4Sh ? 4 ? ? tan54? ?? tan54? tan ? 2? ?4 ?? 2
? 5 ? (tan 54?) 2 t a n 2 2

?
课后反思:

5 5 ? 2 5 5 ? 1 15? 7 5 ? ? ? ,或 V ? 7.6631 2 5 2 4

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