[數學精講·挑戰篇5]二元二次方程能表示直線嗎?

2021-01-07 數學精講
題目

【思路分析】

直線的表示方法有很多,比如說:點斜式、斜截式、截距式、兩點式、一般式...然而,大家知道二元二次方程ax+bxy+cy+dx+ey+f=0也可以表示直線嗎?大家熟知二元二次方程可以表示圓錐曲線(非退化的二次曲線),但是當方程ax+bxy+cy+dx+ey+f=0可以被因式分解為(Ax+By+C)(Dx+Ey+F)=0時,它就退化為直線了,是不是很神奇呢?

舉個例子,直觀認識

原因很簡單:(Ax+By+C)(Dx+Ey+F)=0是一個不定方程,它的解(x,y)有無數個,並且它所有的解在平面直角坐標系中對應的點的集合就是這個方程所表示的圖像。那麼,這個方程怎麼解呢?很顯然我們需要分類討論,即Ax+By+C=0或Dx+Ey+F=0。我們發現Ax+By+C=0的解集在平面直角坐標系中的體現就是直線Ax+By+C=0,Dx+Ey+F=0的解集在平面直角坐標系中的體現就是直線Dx+Ey+F=0。

由此可見,不定方程(Ax+By+C)(Dx+Ey+F)=0表示兩條直線,分別是Ax+By+C=0和Dx+Ey+F=0。但是,這是有前提的!當這兩個二元一次方程對應係數之比不相等的時候,不定方程(Ax+By+C)(Dx+Ey+F)=0才能表示兩條直線。否則這個不定方程就可以寫成(Ax+By+C)=0,也就是說它只能表示一條直線,即Ax+By+C=0.

二元二次方程表示一條直線的例子。

講完理論部分,我們回歸本題,將其應用於實踐之中。方程(y+4)a-2(xy+by+8)a+x+2bx+2b+12=0表示一條直線,那麼它一定能夠寫成(Ax+By+C)=0的形式,現在我們需要做的就是得到A、B、C這三個係數。仔細觀察這個複雜的方程,發現x的係數竟然是1,那麼易知A=1.我們還發現y的係數是a,那麼B=a或-a,這裡B取正或取負對之後的運算是沒有影響的,假設B=a吧。另外x的係數為2b,所以C=b。這樣,我們利用x2、y2和x的係數將題目中的二元二次方程寫成了(x+ay+b)=0.

題目要我們求二元函數f(a,b)的最大值,那麼我們必須找到a與b之間的關係。剛才,我們利用x、y和x的係數得到(x+ay+b)=0,將(x+ay+b)展開後自動生成常數項b,那麼這裡的常數項與題目所給的二元二次方程左邊多項式的常數項應該是相等的,即b=4a-16a+2b+12,整理可得(a-2)+b/4=1,這樣我們得到了a與b之間的關係。

根據a與b之間的關係,我們容易想到三角換元:令a=2+cosα,b=2sinα並代入f(a,b)=sqrt(a+b),不難得到一個關於α的新函數g(α)=sqrt(-3cosα+4cosα+8)。將根號內的式子看作一個關於cosα的二次函數,換句話說,令x=cosα∈[-1,1],則y=-3cosα+4cosα+8=-3x+4x+8≤28/3(若且唯若x=2/3時取「=」)。那麼自然f(a,b)≤sqrt(28/3)=2sqrt(21)/3(若且唯若a=8/3,b=±2sqrt(5)/3時取「=」)。

求函數最大值

親愛的讀者朋友們,數學是有趣的,我們不應該將它當作自己的一個負擔,而是要靜下心來細細品味與享受那美妙的過程。

同時歡迎關注百家號/數學精講,我會日常更新關於高中數學的精品內容。

相關焦點

  • 初一數學《線段、射線、直線》知識點精講
    北師大版七年級數學上冊知識點梳理總結北師大版七年級數學上冊知識點精講北師大版七年級數學下冊知識點精講
  • 中考數學專題複習:第7講二元一次方程組及其應用
    第7講二元一次方程組及其應用考點分析思想方法基本思想:化歸與轉化思想:解二元一次方程組的基本思想是「消元」,即化「二元」為「一元」,這種方法體現了數學研究中的化歸思想,具體地說,就是把「新知識」轉化為「舊知識」,把「未知」轉化為「已知」,
  • 深入淺出,高中數學「直線方程」有關的綜合應用典例精講
    溫馨提示:本文屬於高中數學必修2第21講。關注本百家號(熊掌號)"輕快學習課堂",即可免費閱讀同一模塊的全部文章。0.② 該方程表示的一簇直線交於一個定點(x0, y0)——即無論該方程的參數取任何值,所得的直線都過定點(x0, y0)。換句話說,把定點(x0, y0)代入方程後,必定得到形如0a=0的含參式(這裡a為原方程參數。當參數有兩個以上時類推即可,如0a+0b=0)。
  • 高中數學之直線的參數方程及應用舉例
    二 求定點到過定點的直線與其它曲線的交點的距離三 求直線與曲線相交的弦長點評:本題的解答中,為了將普通方程化為參數方程,先判定點M(-1,2)在直線上,並求出直線的傾斜角,這樣才能用參數t的幾何意義求相應的距離.這樣的求法比用普通方程求出交點坐標
  • 北師大版八上數學5.1 認識二元一次方程組知識精講
    3.二元一次方程的解:一般地,使二元一次方程兩邊的值相等的未知數的值叫做二元一次方程組的解。 4.二元一次方程組的解:一般地,二元一次方程組的兩個方程的公共解叫做二元一次方程組。 5.消元:將未知數的個數由多化少,逐一解決的想法,叫做消元思想。
  • 牛頓法——二元二次方程求解可視化
    還記得他是如何和萊布尼茨一起發現微積分的嗎?為什麼這個人有這麼多想法的時候其他人也有呢?這實際上是很有可能的,因為對於處於某一領域研究前沿的許多人來說,接下來的步驟通常不會太模糊。讓我們來看看牛頓-拉夫森法的原理。x是什麼?代數的本質是求解未知量的方程。例如,求x,其中:2x + 5 = 7 很容易看出,上面方程的解是x=1。
  • 吳國平:高考數學直線方程問題不難,但很多人卻栽在這個小毛病上
    一次函數是很多最早學習的函數知識內容之一,它的圖像是一條直線,而學好一次函數,那麼首先要掌握好一元一次方程、二元一次方程、二元一次方程組等相關知識內容。從某種意義上來說,直線方程的概念本質上是刻畫直線與方程的一一對應的關係。
  • 中考數學重點方程講解分析,如何學好二元一次方程(組)
    在前面某篇我們講到了一元一次方程的相關知識內容、方法技巧,以及典型例題講解分析等。今天我在這個基礎上,繼續講解另一個重要方程:二元一次方程(組)。什麼是二元一次方程?含有兩個未知數,並且未知項的最高次數是1的整式方程叫做二元一次方程,它的一般形式是(ax+by=c,a≠0,b≠0)。什麼是二元一次方程組?
  • 二元二次方程組解法(一)
    上一期,我們知道了長什麼樣的方程組是二元二次方程組以及如何判定。從這一期開始,我們要探討如何解二元二次方程組。
  • 高中數學必修3直線方程 - 學霸數學
    直線方程學霸數學導學目標: 1.在平面直角坐標系中,結合具體圖形,確定直線位置的幾何要素.2.理解直線的傾斜角和斜率的概念,掌握過兩點的直線斜率的計算公式.3.掌握確定直線位置的幾何要素,掌握直線方程的幾種形式,了解斜截式與一次函數的關係.
  • 2015中考數學知識點歸納:二元一次方程
    二、二元一次方程解答方法   1、代入消元法解二元一次方程組:   基本思路:未知數又多變少。   消元法的基本方法:將二元一次方程組轉化為一元一次方程。   代入消元法:把二元一次方程組中一個方程的未知數用含另一個未知數的式子表示出來,再代入另一個方程,實現消元,進而求得這個二元一次方程組的解。這個方法叫做代入消元法,簡稱代入法。
  • 二元二次方程組(一)
    通過前面兩節,我們認識了一元整式方程,二項方程,可化為一元二次的分式方程以及無理方程,這一節,我們來認識方程組。
  • 【圓錐曲線】二次曲線方程與形狀的關係
    4.分塊矩陣及其運算5.過四點的二次曲線系6.旋轉變換及其矩陣表示(即轉軸公式)另有一些閱讀建議:對於沒有高等代數基礎且暫時不願意接觸的讀者跳過「二次曲線的矩陣表示」、「正交變換與正交矩陣」、對於基礎較為薄弱的普通初高中生,建議只閱讀「二次曲線方程的化簡」、「二次曲線形狀的判定」和文末「二次型的線性規劃」部分。
  • 一道二年級數學題,家長用二元一次方程才解出來,孩子卻笑媽媽笨
    近日一位家長對一道二年級的數學題就大感困惑,題目是一道圖形題,從圖中表示的意思來看,是一個文具盒加一個圓規一共18元,兩個文具盒加一個圓規一共28元,求每個文具盒和圓規各多少錢。家長費力用二元一次解出來,但是卻不知道給如何給孩子講這道題,因為以二年級孩子的知識儲備,肯定是無法理解二元一次方程的。
  • 編程結合高等數學,解答「直線方程y=kx+b」「濟南機器人編程」
    在前幾篇文章中,我們都通過編程解答了物理題,比如「布朗運動」、「串聯電路」等等,數學如「雞兔同籠」、「韓信點兵」、「哪吒與夜叉」、「求最大公約數」、「求相遇問題」,今天我們就實現一個高等數學題「直線方程y=kx+b」;是不是一聽到「直線方程y=kx+b」就懵啦?
  • 七年級數學——二元一次方程組初探
    上一篇我們認識了二元一次方程和二元一次方程組,本篇我們來講講怎樣解二元一次方程組。消元思想二元一次方程組一般是由2個二元一次方程構成,而二元一次方程有無數個解,所以單獨由一個方程是無法解出任意一個未知數的。
  • 2019江蘇省南京市中考數學試題、答案、精講
    2019江蘇省南京市中考數學試題考點精講1.相反數(1)相反數的概念:只有符號不同的兩個數叫做互為相反數.(2)相反數的意義:掌握相反數是成對出現的,不能單獨存在,從數軸上看,除0外,互為相反數的兩個數,它們分別在原點兩旁且到原點距離相等.
  • 初中數學丨二次函數的動點問題總結+例題解析,兩個問題一次解決
    今天老師針對初中數學的二次函數及動點問題整理了這篇文章,並通過中考真題的詳細講解讓同學們掌握所有知識點。內容較長,由於篇幅限制,上傳不完整,老師已整理好word列印版,需要的同學或家長可以在文末免費獲取。
  • 直線的方程你還記得怎麼寫嗎?
    一、前言作者之前已經給讀者們講解了直線的傾斜角相關知識以及兩直線如何判定平行與垂直,現在作者給讀者講解的是有關於直線的方程。二、直線的方程直線的方程與直線上的點與傾斜角有關,因此根據給的條件不一樣,可以建立的方程也不一樣。
  • 第十八期高中數學直線及其方程專題複習基礎篇1
    直線及其方程,很少獨立考察,從幾何角度看,一般結合圓,考察位置關係,求切線,弦長或是結合圓錐曲線考察最值定值問題,還有就是在選修的極坐標與參數方程中,幾乎是必考內容。從函數的角度看,就是一次函數結合其他函數考察單調性,零點等問題。