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曲线与方程教学中应注意的问题:曲线方程关于对称问题

时间:2019-01-13 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  在高中学习解析几何,不仅要掌握直线、圆、椭圆、双曲线、抛物线等曲线的方程,能应用它们解题,而且要在一般意义上理解曲线与方程的关系,即“曲线的方程”与“方程的曲线”的概念,体验“数”与“形”的转化与结合,认识解析几何基本思想方法的要点。为此,人教版高中《数学》A版在选修2-1第二章“圆锥曲线与方程”之首,专门安排了第2.1节“曲线与方程”。这一节具有承上启下的作用,在前面必修部分已有“直线与圆的方程”的基础上,进行由“特殊”到“一般”的进一步抽象提升,引出一般意义上曲线与方程的关系,介绍“求曲线的方程”的通法,为后续学习圆锥曲线等储备理论基础。?
  分析教材后可以明显地发现,第2.1节“曲线与方程”中,核心概念是曲线与方程的关系,也即“曲线的方程”与“方程的曲线”的概念。教材中为表述它们写有如下一段:?
  一般地,在直角坐标系中,如果某曲线C上的点与一个二元方程f(x,y)=0的实数解建立了如下的关系:?
  (1)曲线上点的坐标都是这个方程的解;?
  (2)以这个方程的解为坐标的点都是曲线上的点,?
  那么,这个方程叫做曲线的方程;这条曲线叫做方程的曲线。?
  这段话不长,却很精练准确地道出曲线与方程的关系的实质。仔细分析它,可以看出:其中,(1)里“都”字的作用很重要,“都是这个方程的解”保证了曲线上每一点的坐标都满足方程,即这一曲线上的点是“清一色”的,其上没有混杂进来坐标不满足方程的点。因此,(1)保证了曲线对于方程的纯粹性。同样地,(2)里“都”字的作用也很重要,“都是曲线上的点”保证了坐标满足方程的点全部落在曲线上,即这一曲线是“独一家”容纳方程的解对应的点的地方,没有遗漏任何坐标满足方程的点在这一曲线之外。因此,(2)保证了曲线对于方程的完备性。纯粹性与完备性合起来,保证了曲线与方程的等价性,即这里的曲线与方程是同一事物的两种表现形式,前者是几何形式,后者是代数形式,它们可以互相转化。?
  也可以从集合的角度认识上述关系。一方面,我们记平面上所有点构成的集合为Π,则平面上任一点P?Π,平面上的曲线C.Π。另一方面,我们记集合{(x,y)|x∈R,y∈R}为R?2,则任一有序实数对(x,y).R?2,二元方程f(x,y)=0的实数解集F={(x,y)|x∈R,y∈R,f(x,y)=0}.R?2。在平面建立坐标系后,使得平面上的点P以坐标表示形式与有序实数对(x,y)建立一一对应,于是平面曲线C(点的集合)就与C??={(x,y)|坐标为(x,y)的点在C上}(有序实数对的集合)等价地对应,记为C~C??;二元方程f(x,y)=0与其实数解集F等价地对应,记为f(x,y)=0~F。C??与F都是R?2的子集,如果C??=F,则由等价传递性,曲线C就与方程f(x,y)=0等价地对应,即C~f(x,y)=0。这一转化过程如下所示:?
  ①建立平面直角坐标系,C~C??f(x,y)=0~F;?
  ②C??F?C~f(x,y)=0?f(x,y)=0是C的方程,C是f(x,y)=0的曲线。?
  根据集合相等的定义,C??=F即这两集合相互包含。教材中那段话中的(1)就是说C??F;(2)就是说FC??。两者合起来即C??=F。这就是从集合角度对曲线与方程关系的解释。?
  从上述分析可以看到,教材中寥寥几行对曲线与方程关系的描述,包含了“形”与“数”的等价转化,体现了解析几何的真谛。但是,由于这段文字具有高度抽象概括的数学语言特色,所以对于一般高中生来说,仅凭阅读这段文字而理解其含义确实不易实现。?
  在实际教学中,如何克服上述难点?这是我们应关注的问题。为此,教学中不妨使用类似下面的例子,设计问题启发学生思考。?
  例结合曲线与方程关系的条件(1)(2)说明:单位圆的方程为x?2+y?2=1,方程x?2+y?2=1的曲线为单位圆。?
  笔者认为,虽然学习本课之前学生对单位圆的方程已很熟悉,本课中引出曲线与方程关系时也会从圆的方程说起,但是在给出曲线与方程关系的一段文字之后,仍有必要再次用简单而具体的例子解释曲线与方程关系中的(1)(2)两层含义。为说明这个问题,学生需要用单位圆的几何特征(圆心在原点,半径为1的圆)说明其上任一点的坐标满足方程x?2+y?2=1,并反过来说明只要(x?0,y?0)是这个方程的解,则点P(x?0,y?0)到原点的距离为1,从而P一定在单位圆上。尽管这样做看起来有些繁琐重复,但对于刚开始理解抽象文字所表达的含义却是不可或缺的。它创设了以直观事例解释抽象概念的机会,使学生能独立地从认识定义入手来理解概念。教学中,根据需要可以多举几个类似的例子。忽视正面运用这种简单例子,可能会使教学欲速则不达。

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