经过0,在中间;经过∞,在两边
——直线斜率取值范围判断口诀
大罕
平面解析几何中,直线的倾斜角与斜率是常用的基础内容.教学中,教师需着力澄清疑点、化解难点;对学生而言,则应力求理解透彻、融会贯通.然而在求解动直线斜率取值范围问题时,不少学生仍存在理解障碍,极易出现判断失误.
当动直线 l₁绕定点 P 逆时针旋转至 l₂时,会出现两种情况:
① 若旋转过程扫过水平方向,则中间必经过一条斜率 k=0 的直线(简称为水平直线),这一过程简记为“经过0”,如图1;
② 若旋转过程扫过竖直方向,则中间必经过一条斜率不存在的直线(简称为竖直直线),这一过程简记为“经过∞”,如图2.
由此自然引出一个常见疑问:如何根据直线l₁与l₂的位置,准确、准确地判断斜率的取值范围?
这是解析几何教学中的典型难点.本文给出一条简洁易记的判断口诀,帮助学生突破思维误区,熟练掌握此类问题的通用规律.
【口诀】经过0,在中间;经过∞,在两边.
注:文中“∞”读作“无穷”,也可通俗读作“八”,便于记忆与口授.
下面按四种典型情形,结合例题说明口诀的具体用法与原理.
【情形一】旋转过程经过水平直线(经过0).
例1、已知三点 P(-2,3)、A(2,-1)、B(1,6),过点 P 的直线 l 与线段 AB 相交,求直线 l 斜率的取值范围.
分析:直线 PA、PB 是满足条件的边界直线,其斜率分别为k(PA)=-1,k(PB)=1,
动直线在 PA 与 PB 之间旋转时,扫过水平直线(经过0),斜率连续变化且落在两边界斜率之间,如图3.
因此斜率取值范围为:-1
【情形二】旋转过程经过竖直直线(经过∞).
例2、已知三点 P(-3,-3)、A(2,-1)、B(-4,3),过点 P 的直线 l 与线段 AB 相交,求直线 l 斜率的取值范围.
分析:边界直线 PA、PB 的斜率分别为k (PA)=2/5,k(PB) =-6,
动直线在 PA 与 PB 之间旋转时,扫过竖直直线(经过∞),斜率在竖直直线处发生“跳变”,取值落在两边界斜率的两侧,如图4.
因此斜率取值范围为:k<-6 ,或k>2/5.
小结:经过∞,在两边.
【情形三】#变化# 旋转既经过竖直直线,又经过水平直线.
例3、已知三点 P(-2,3)、A(-4,-2)、B(1,6),过点 P 的直线 l 与线段 AB 相交,求直线 l 斜率的取值范围.
分析:边界直线 PA、PB 的斜率分别为k (PA)=5/2,k(PB) =1,
动直线旋转时既经过竖直直线,又经过水平直线.由于经过了竖直直线(∞),斜率必然出现间断跳变,取值仍落在边界斜率的两侧.
具体言之,在逆时针旋转过程中:
从 k=5/2 向竖直方向旋转,斜率趋向+∞,即 k>5/2;
越过竖直方向后,斜率从 -∞逐渐变化到 k=1,即 k<1,如图5.
综上,斜率取值范围为:k<1,或5/2.
小结:只要经过∞,无论是否同时经过0,斜率范围都在两边.
【情形四】旋转既不经过水平直线,也不经过竖直直线.
例4、已知三点 P(-3,-3)、A(2,-1)、B(-1,4),过点 P 的直线 l 与线段 AB 相交,求直线 l 斜率的取值范围.
分析:边界直线 PA、PB 的斜率分别为k (PA)=2/5,k(PB) =7/2,
动直线在两边界之间旋转时,既不经过水平直线,也不经过竖直直线,斜率单调连续变化,落在两边界斜率之间,如图6.
因此斜率取值范围为: 2/5
【总结】求解过定点且与线段相交的直线斜率范围,其规律是:
旋转过程经过水平直线(k=0),斜率范围在两边界之间:在中间;
旋转过程经过竖直直线(k=∞),斜率范围被间断分开:在两边.
于是得口诀:
经过0,在中间;经过∞,在两边.
这正是:
数形合,意相连;勤思辨,趣万千.
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