(一)課題導(dǎo)入
前面幾節(jié)課,我們一起研究學(xué)習(xí)了兩直線的平行或垂直的充要條件、兩直線的夾角公式、兩直線的交點問題,逐步熟悉了利用代數(shù)方法研究幾何問題的思想方法。這一節(jié),我們將研究怎樣由點的坐標(biāo)和直線的方程直接求點P到直線的距離。
(二)講授新課
在平面直角坐標(biāo)系中,如果已知某點P的坐標(biāo)為(x0,y0),直線的方程是,怎樣用點的坐標(biāo)和直線的方程直接求點P到直線的距離呢?
下面,我們一起分析這一問題的解決方案。首先看圖1某校(點A)要從網(wǎng)絡(luò)干線引進一條支線通進本校,在干線上選擇哪一點最好?
過A作AP⊥P,則P是最佳選擇。
生活中類似問題很多,“垂線段最短”,就是求點到直線的距離,初中是用的幾何辦法,今天我們在解析幾何中選用什么辦法呢?代數(shù)辦法解決幾何問題。先看一個簡單問題,圖,點P(1,3)到直線的距離是 ,到直線的距離是?學(xué)生很輕松地答對了。
師生反思:對一般問題呢?從特殊到一般是數(shù)學(xué)研究的普遍策略,我們看任一點P(x0,y0)到直線x=a的距離是,到直線y=b的距離是? 點P(x0,y0)到直線x=a的距離是|x0—a|,到直線y=b的距離是|y0—b|。
別忘記絕對值符號,距離是個非負(fù)數(shù)!數(shù)形結(jié)合的話距離就是“橫線段、縱線段”。(老師演示)現(xiàn)在我們看更一般的問題,即:點P(x0,y0)到直線Ax+By+C=0的距離是什么呢?這比以前兩個問題更富有挑戰(zhàn)性,大家思考怎么辦?過P作垂直于的直線,求出該直線與的交點Q的坐標(biāo),再求出PQ的長。
此方法雖然思路自然、易想,但是大家看,方程全部是字母,求這點的坐標(biāo)必然運算繁瑣,更何況還要求PQ的長!我們應(yīng)探討出另一種方法來,巧妙轉(zhuǎn)化難點。
先求出MP、NP的長,在RtΔPMN中,作斜邊上的高PQ,利用等面積法求得PQ的長即可??磮D(教師演示)M、N點的橫、縱坐標(biāo)分別為 ,那么MP= ,NP= 。
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于是得點P(x0,y0)到直線的距離公式
師生反思:可以證明當(dāng)A=0或B=0時,以上公式仍適用,于是我們得到平面內(nèi)任一點到任一條直線的距離公式!大家看一下它的結(jié)構(gòu)特征分子是什么?分母是什么?這就要求我們應(yīng)用公式時,必須先將方程化成一般式!這個公式體現(xiàn)著和諧美、對稱美。但是如果直線是平行于x軸或y軸的直線時,我們一般是不用公式更簡單!(為什么呢?)
[師]同學(xué)們我們以上給出了兩種推導(dǎo)方法,第一種解析法易想不易算不可行,第二種等面積法看似麻煩卻簡單易算易行!這就啟示我們對于數(shù)學(xué)問題必須勤動手,切不可僅僅停留在想想而已!下面大家討論一下這個公式還有別的證明方法嗎?
[生]我們小組認(rèn)為根據(jù)“垂線段最短”在直線上任取一點R( ),則|PR| 的長度最小值就是點到直線的距離,即|PR|=但是運算也比較繁!還得化簡,再配方才可以!
[師]的確這位同學(xué)思路新穎,用函數(shù)最小值的思想求距離,能夠想到應(yīng)用我們所學(xué)的知識來證明,這樣非常好!給予鼓勵!大家有興趣課下繼續(xù)把后面的證明完成!同學(xué)們對于這個公式的推導(dǎo)我們還可以應(yīng)用以前學(xué)過的向量知識得到!下面大家看多媒體,我給出了具體證明過程如下,以供開闊思路(具體過程略)。