教學目標
1.討論並掌握圓的一般方程的特點,並能將圓的一般方程化為圓的標準方程,從而求出圓心的座標和半徑.
2.能分析題目的條件選擇圓的一般方程或標準方程解題,解題過程中能分析和運用圓的幾何性質.
3.通過對圓的一般方程的特點的討論,培養學生嚴密的邏輯思維和嚴謹的科學態度;通過例題的分析講解,培養學生分析問題的能力.
教學重點與難點
圓的一般方程的探求過程及其特點是教學重點;根據具體條件選用圓的方程為教學難點.
教學過程
一、複習並引入新課
師:請大家說出圓心在點(a,b),且半徑是r的圓的方程.
生:(x-a)2+(y-b)2=r2.
師:以前學習過直線,直線方程有哪幾種?
生:直線方程有點斜式、斜截式、兩點式、截距式和一般式.
師:直線方程的一般式是ax+by+c=0嗎?
生a:是的.
生b:缺少條件a2+b2≠0.
師:好!那麼圓的方程有沒有類似「直線方程的一般式」那樣的「一般方程」呢?
(書寫課題:「圓的一般方程」的探求)
二、新課
師:圓是否有一般方程?這是個未解決的問題,我們來探求一下.大家知道,我們認識一般的東西,總是從特殊入手.如探求直線方程的一般形式就是通過把特殊的公式(點斜式,兩點式……)展開整理而得到的.想求圓的一般方程,怎麼辦?
生:可仿照直線方程試一試!把標準形式展開,整理得
x2+y2-2ax-2by+a2+b2-r2=0.令d=-2a,e=-2b,f=a2+b2-r2,有:x2+y2+dx+ey+f=0.(*)
師:從(*)式的得來過程可知,只要是圓的方程就可以寫成(*)的形式.那麼能否下結論:x2+y2+dx+ey+f=0就是圓的方程?
生a:不一定.還得考慮:x2+y2+dx+ey+f=0能否寫成標準形式.
生b:也可以像直線方程一樣,要有一定條件.
師:那麼考慮考慮怎樣去尋找條件?
生:配方.
師;請大家動手做,看看能否配成標準形式?
(放手讓同學討論,教師適當指導,然後由同學說,教師板書.)
1.當d2+e2-4f>0時,比較(△)式和圓的標準方程知:(*)式表示以
2.3.當d2+e2-4f<0時,(*)式沒有實數解,因而它不表示任何圖形.
教師總結:當d2+e2-4f>0時,方程x2+y2+dx+ey+f=0叫圓的一般方程.
師:圓的一般方程有什麼特點?
生a:是關於x、y的二元二次方程.
師:剛才生a的說法對嗎?
生b:不全對.它是關於x、y的特殊的二元二次方程.
師:特殊在什麼地方?
(通過爭論與舉反例後,由教師總結)
師:1.x2,y2係數相同,且不等於零.
2.沒有xy這樣的二次項.
(追問):這兩個條件是「方程ax2+by2+dx+ey+f=0表示圓」的什麼條件?
生:必要條件.
師:還缺什麼?
生:d2+e2-4f>0.
練習:判斷以下方程是否是圓的方程:
①x2+y2-2x+4y-4=0
②2x2+2y2-12x+4y=0
③x2+2y2-6x+4y-1=0
④x2+y2-12x+6y+50=0
⑤x2+y2-3xy+2y+5y=0
⑥x2+y2-12x+6y+f=0
三、應用舉例
師:先請大家比較一下圓的標準方程(x-a)2+(y-b)2=r2與一般方程x2+y2+dx+ey+f=0在應用上各有什麼優點?
生:標準方程的幾何特徵明顯——能看出圓心、半徑;一般方程的優點是能從一般的二元二次方程中找出圓的方程.
師:怎樣判斷用「一般方程」表示的圓的圓心、半徑.
生:生b:不用死記,配方即可.
師:兩種形式的方程各有特點,我們應對具體情況作具體分析、選擇.
四.例題講解
例1.求過三點的圓的方程;
分析:由於不在同一條直線上,因此經過三點有唯一的圓.
解:法一:設圓的方程為,
∵三點都在圓上,
∴三點座標都滿足所設方程,把代入所設方程,
得: 解之得:
所以,所求圓的方程為.
法二:也可以求和中垂線的交點即為圓心,圓心到的距離就是半徑也可以求的圓的方程:.
法三:也可以設圓的標準方程:將點的座標代入後解方程組也可以解得
例2.已知線段的端點的座標是,端點在圓上運動,求線段中點的座標中滿足的關係?並說明該關係表示什麼曲線?
解:設點的座標是,由於點的座標是,且是的中點,所以(*)
於是,有
因為點在圓上運動,所以點的座標滿足方程,即(**)
將(*)式代入(**),得,
整理得所以滿足的關係為:
其表示的曲線是以為圓心,1為半徑的圓.
說明:該圓就是點的運動的軌跡;所求得的方程就是點的軌跡方程:點的軌跡方程就是指點的座標滿足的關係式.
五、小結
注意一般式的特點:1°x2,y2係數相等且不為零;2°沒有xy這樣的項;
3°d2+e2-4f>0.
另外,大家考慮:d2+e2-4f有點像什麼?像判別式,它正是方程x2+y2+dx+ey+f=0是否是圓的方程的判別式.如d、e確定了,則與f的變化有關.
六、作業:
1.求下列各圓的一般方程:
①過點a(5,1),圓心在點c(8,-3);
②過三點a(-1,5),b(5,5),c(6,-2).
2.求下列各圓的圓心座標和半徑:
①x2+y2-2x-5=0
②x2+y2+2x-4y-4=0
③x2+y2+2ax=0
④x2+y2-2by-2b2=0
設計思想
這是一節介紹新知識的課,而且這節課還非常有利於展現知識的形成過程.因此,在設計這節課時,力求「過程、結論並重;知識、能力、思想方法並重」
在整個探求過程中充分利用了「舊知識」及「舊知識的形成過程」,並用它探求新知識.這樣的過程,既是學生獲得新知識的過程,更是培養學生能力的過程.
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