(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(diǎn)問(wèn)題,逐步熟悉了利用代數(shù)方法研究幾何問(wèn)題的思想方法。這一節(jié),我們將研究怎樣由點(diǎn)的坐標(biāo)和直線的方程直接求點(diǎn)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(diǎn)P的坐標(biāo)為(x0,y0),直線的方程是,怎樣用點(diǎn)的坐標(biāo)和直線的方程直接求點(diǎn)P到直線的距離呢?
下面,我們一起分析這一問(wèn)題的解決方案。首先看圖1某校(點(diǎn)A)要從網(wǎng)絡(luò)干線引進(jìn)一條支線通進(jìn)本校,在干線上選擇哪一點(diǎn)最好?
過(guò)A作AP⊥P,則P是最佳選擇。
生活中類似問(wèn)題很多,“垂線段最短”,就是求點(diǎn)到直線的距離,初中是用的幾何辦法,今天我們?cè)诮馕鰩缀沃羞x用什么辦法呢?代數(shù)辦法解決幾何問(wèn)題。先看一個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題,圖,點(diǎn)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(duì)了。
師生反思:對(duì)一般問(wèn)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(diǎn)P(x0,y0)到直線x=a的距離是,到直線y=b的距離是? 點(diǎn)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(duì)值符號(hào),距離是個(gè)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(wèn)題,即:點(diǎn)P(x0,y0)到直線Ax+By+C=0的距離是什么呢?這比以前兩個(gè)問(wèn)題更富有挑戰(zhàn)性,大家思考怎么辦?過(guò)P作垂直于的直線,求出該直線與的交點(diǎn)Q的坐標(biāo),再求出PQ的長(zhǎng)。
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(diǎn)的坐標(biāo)必然運(yùn)算繁瑣,更何況還要求PQ的長(zhǎng)!我們應(yīng)探討出另一種方法來(lái),巧妙轉(zhuǎn)化難點(diǎn)。
先求出MP、NP的長(zhǎng),在RtΔPMN中,作斜邊上的高PQ,利用等面積法求得PQ的長(zhǎng)即可??磮D(教師演示)M、N點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)分別為 ,那么MP= ,NP= 。
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于是得點(diǎn)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(shí),以上公式仍適用,于是我們得到平面內(nèi)任一點(diǎn)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(shí),必須先將方程化成一般式!這個(gè)公式體現(xiàn)著和諧美、對(duì)稱美。但是如果直線是平行于x軸或y軸的直線時(shí),我們一般是不用公式更簡(jiǎn)單?。槭裁茨??)
[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(jiǎn)單易算易行!這就啟示我們對(duì)于數(shù)學(xué)問(wèn)題必須勤動(dòng)手,切不可僅僅停留在想想而已!下面大家討論一下這個(gè)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(diǎn)R( ),則|PR| 的長(zhǎng)度最小值就是點(diǎn)到直線的距離,即|PR|=但是運(yùn)算也比較繁!還得化簡(jiǎn),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(shí)來(lái)證明,這樣非常好!給予鼓勵(lì)!大家有興趣課下繼續(xù)把后面的證明完成!同學(xué)們對(duì)于這個(gè)公式的推導(dǎo)我們還可以應(yīng)用以前學(xué)過(guò)的向量知識(shí)得到!下面大家看多媒體,我給出了具體證明過(guò)程如下,以供開(kāi)闊思路(具體過(guò)程略)。