摘要
本课开启关于平面解析几何的单元。它提供一份入门测评,介绍本单元的九节课以及贯穿它们的线索,从坐标和直线的方程直到圆锥曲线和线性规划;追溯这些思想的历史,从希腊几何中的圆锥曲线到费马和笛卡儿的坐标几何,以及坐标几何在天文学、力学和经济学中的应用;表述催生它们的问题,即把几何性质转化为方程、把方程转化为曲线,并以倍立方问题为例;最后指出它们在本课程、本站的其他课程以及科学与技术中再次被使用的地方。
学习目标
- 描述本单元内容的顺序,并说明每节课为后面各节课提供了什么。
- 把圆锥曲线的研究、坐标几何的诞生和线性规划置于其历史背景中,并了解其主要人物。
- 把一个经典的几何问题(如倍立方问题)转化为坐标之间的方程组,并把它的解解释为曲线的交点。
- 在本课程的其他主题和其他学科中认出本单元所构建的工具。
入门测评
在学习本单元之前,先测一测自己的起点是有益的。这份自我测评不计分:它的用处是让人知道应当在哪里多停留。前九道题按顺序逐一对应本单元的九节内容课;第十道题要求建立并求解一个资源分配问题,这十项技能会在最后的总结课中再次测量。最后三道题检查本单元默认已从前面各单元掌握的内容:配方、符号表和绝对值。
开始本单元之前,先测一测你的起点。这是一次简短的自我测评:不计分,结果只保存在你的浏览器中。
第 1 题过点 (1,2) 且与直线 2x−y+3=0 垂直的直线的方程是什么?
这是过点
(1,2) 且与已知直线平行的直线:它保留了斜率
2,而没有取使乘积为
−1 的斜率。
它的斜率为
21:把斜率取了倒数却没有改变符号,两条直线的斜率之积为
1,而不是
−1。
斜率正确,但保留了已知直线的常数项;点
(1,2) 不满足这个方程,因为
1+4+3=0。
已知直线的斜率为
2,与它垂直的直线的斜率为
−21,因为两条直线的斜率之积必须等于
−1。由点斜式得
y−2=−21(x−1),即
x+2y−5=0。
复习: 直线的方程与笛卡儿坐标系
第 2 题求点 (2,5) 到直线 3x−4y+4=0 的距离。
正确答案: 2
由点到直线的距离公式,
9+16∣3⋅2−4⋅5+4∣=510=2。得到
10 的人忘了除以法向量
(3,−4) 的模,得到
−2 的人忘了绝对值:距离不会是负数。
复习: 平面向量与直线的参数方程
第 3 题焦点为 (0,2)、准线为 y=−2 的抛物线的方程是什么?
弄错了
f 的作用:把焦点到准线的距离(即
4)当作了系数,而系数应是焦点到顶点距离的四倍,焦点到顶点的距离是前一距离的一半。
点
(x,y) 到焦点与到准线的距离相等,当且仅当
x2+(y−2)2=(y+2)2,化简得
x2=8y;这是
x2=4fy 的形式,焦距
f=2。
复习: 抛物线的方程:定义与性质
第 4 题抛物线 y=2x2−8x+5 的顶点是什么?
取了
h=2ab,漏掉了负号;横坐标为
−2 的点在曲线上,但不是顶点。
算成了
h=−ab,漏掉了分母中的因数
2;
(4,5) 是
(0,5) 关于对称轴的对称点,不是顶点。
配方得
y=2(x−2)2−3;也可以由
h=−2ab=48=2 和
k=2⋅4−16+5=−3 求得。
复习: 抛物线的刻画及其图像
第 5 题椭圆 9x2+25y2=225 的两个焦点之间的距离是多少?
正确答案: 8
两边除以
225 得
25x2+9y2=1,其中
a=5,
b=3;由
c2=a2−b2=16 得
c=4,两个焦点
(±4,0) 相距
8。得到
4 的人给出的是中心到一个焦点的距离,而使用
c2=a2+b2 的人用的是双曲线的关系式。
复习: 椭圆与圆的方程
第 6 题圆 x2+y2=9 与圆 (x−5)2+(y+12)2=100 有几个公共点?
两圆的半径为
3 和
10,圆心距为
25+144=13,等于半径之和:两圆只在一点相接触,且每个圆都在另一个圆的外部。
复习: 圆:切线、位置关系与点的幂
第 7 题双曲线 16x2−9y2=1 的渐近线是什么?
把商弄反了:渐近线的斜率是
ab,即与
y 对应的半轴除以与
x 对应的半轴。
这是离心率
ac,其中
c=5;它不是渐近线的斜率。
由
a=4 与
b=3,渐近线为
y=±abx:即令左边等于零所得的两条直线,
16x2=9y2。
复习: 双曲线的方程及其推导
第 8 题方程 x2−9y2+4x+18y−5=0 表示什么图形?
当
AC>0 且右边为零时才得到一个点;当
AC<0 时,平方差为零给出两条直线。
配方得
(x+2)2−9(y−1)2=0:由于
AC<0 且右边为零,这是双曲线的退化情形,即一对直线
x+2=±3(y−1)。
复习: 圆锥曲线:抛物线、椭圆与双曲线的刻画及图像
第 9 题求 f(x,y)=3x+2y 在由 x≥0、y≥0、x+y≤4 和 x+3y≤6 确定的区域上的最大值。
正确答案: 12
区域的顶点为
(0,0)、
(4,0)、
(3,1) 和
(0,2),
f 在这些点处的值为
0、
12、
11 和
4;由顶点定理,最大值为
12,在
(4,0) 处取得。得到
11 的人只计算了两条斜线交点处的值,而这个交点并不总是最优顶点。
复习: 平面上的不等式与线性规划
第 10 题一家缝纫作坊生产衬衫和裤子。每件衬衫需要裁剪 1 小时、缝制 2 小时,每条裤子需要裁剪 1 小时、缝制 1 小时。作坊每天有 8 小时裁剪时间和 12 小时缝制时间,每件衬衫获利 3 个货币单位,每条裤子获利 2 个。它每天能获得的最大利润是多少?
正确答案: 20
设生产衬衫
x 件、裤子
y 条,约束条件为
x≥0、
y≥0、
x+y≤8 和
2x+y≤12,利润为
3x+2y。顶点为
(0,0)、
(6,0)、
(4,4) 和
(0,8),利润分别为
0、
18、
20 和
16:最大值为
20,即衬衫
4 件、裤子
4 条。得到
18 或
16 的人只计算了与坐标轴的交点,漏掉了裁剪工时与缝制工时同时用尽的那个顶点。
复习: 平面上的不等式与线性规划
第 11 题来自前面的单元式子 2x2−8x+11 在 x 取遍全体实数时的最小值是多少?
正确答案: 3
配方得
2x2−8x+11=2(x−2)2+3,由于平方不是负数,最小值为
3,在
x=2 处取得。得到
11 的人取的是
x=0 处的值,得到
7 的人写成了
2(x−2)2−4+11,忘了用
2 去乘配方留下的项
−4。
复习: 二次多项式与 2n 次三项式的因式分解
第 12 题来自前面的单元x2−x−6<0 的解集是什么?
(x+2)(x−3) 的根是
−2 和
3;这里把它们的符号取反了。
多项式分解为
(x+2)(x−3);由符号表,当两个因式异号时乘积为负,即在两根之间。
复习: 符号表与不等式
第 13 题来自前面的单元∣2x−3∣≤5 的解集是什么?
只解了
2x−3≤5,忘了绝对值也给出下界:
2x−3≥−5。
这是
∣2x−3∣≥5 的解集:
2x 到
3 的距离不超过
5 的点位于两个端点之间,而不是在端点之外。
不等式等价于
−5≤2x−3≤5,即
−2≤2x≤8,从而
−1≤x≤4。
复习: 实数轴:序、区间与绝对值
正在加载内容…