师:同学你好,上节课我们学习了一次函数与二元一次方程的关系,了解到二元一次方程、一次函数及直线之间存在对应关系。那如何借助图像来求二元一次方程组的解呢?通过本节课学习,希望大家能有以下收获:一是进一步明晰一次函数与二元一次方程的关系;二是学会利用一次函数的图像求二元一次方程组的解,体会数形结合的思想;三是经历观察、思考等数学活动,感受解决问题策略的多样性,发展实践能力和创新精神。
上节课,我们共同探究得出二元一次方程与一次函数(y = kx + b)可以相互转化。一次函数中(x)、(y)对应的值组成无数组有序数对,它们都是二元一次方程的解。直线(y = kx + b)就是二元一次方程的图像,所以每个二元一次方程都对应一个一次函数,也对应一条直线。那么二元一次方程组对应几条直线呢?二元一次方程组的解与对应的直线又有什么关系呢?请同学们准备好笔、网格纸和作业本,下面开始本节课的学习。
我们来看例一:
在平面直角坐标系中画出直线(L_1):(y = - \frac{1}{2}x + 1)与直线(L_2):(y = 2x + 6)的图像。
如果两直线相交,设直线(L_1)与(L_2)交于(P)点,你能读出交点的坐标吗?
请你检验点(P)的坐标是不是方程组(\begin{cases}x + 2y = 2 \ x - y = -6\end{cases})的解。
好,请大家拿出网格纸,在同一坐标系内分别作出这两条直线。
师:大家做好了吗?根据两点确定一条直线,我们过点((0,1))、((2,0))作出直线(L_1):(y = - \frac{1}{2}x + 1);过点(( - 3,0))、(( - 1,4))作直线(L_2):(y = 2x + 6)。观察发现这两条直线有什么位置关系?
生:这两条直线相交。
师:对,如果设直线(L_1)与(L_2)交于点(P),你能读出交点的坐标吗?
生:通过网格可以得到交点的坐标是(P(-2,2)),也就是当(x = - 2)时,对应的函数值(y)都等于(2)。
师:请你检验点(P)的坐标是不是方程组(\begin{cases}x + 2y = 2 \ x - y = -6\end{cases})的解。
生:我们将点(P(-2,2))的横坐标看作方程中(x)的解,将点(P)的纵坐标看成(y)的解,得到(x = - 2),(y = 2)。将这组(x)、(y)的值代入方程(x + 2y = 2)中,计算得方程左右两边相等;将(x = - 2),(y = 2)代入方程(2x - y = -6)中,方程左右两边也相等。所以(x = - 2),(y = 2)是这个方程组的公共解。
师:那么两条直线相交点坐标就是方程组的解,这是为什么呢?
生:对方程(x + 2y = 2),可以转化为一次函数(y = - \frac{1}{2}x + 1)的形式。因此,直线(L_1):(y = - \frac{1}{2}x + 1)上任意一点的横纵坐标都是方程(x + 2y = 2)的解。同理,方程(2x - y = -6),可以转化为一次函数(y = 2x + 6)的形式,直线(y = 2x + 6)上任意一点的坐标都是方程(2x - y = - 6)的解。而交点(P)同时在这两条直线上,所以点(P)的坐标既是方程(x + 2y = 2)的解,也是方程(2x - y = - 6)的解,也就是这两个方程的公共解,所以(P)点坐标是这个方程组的解。
师:现在大家知道借助一次函数如何解二元一次方程组了吗?
生:二元一次方程组对应着两条直线,如果两条直线相交,那么交点坐标就是对应二元一次方程组的解。
师:对,这就是利用图像求二元一次方程组解的方法。由此我们发现数和形有着密不可分的联系。请大家用上述结论来完成以下练习。
第一题,若二元一次方程组(\begin{cases}2x + y = 3 \ x + 3y + 1 = 0\end{cases})的解为(x = 2),(y = -1),则直线(2x + y = 3)与(x + 3y + 1 = 0)的交点是什么?
生:方程组的解就是对应两条直线的交点坐标。本题中方程组的解为(x = 2),(y = -1),所以方程组对应直线的交点坐标为((2,-1)),答案为(C)。
师:再想一想第二题。若函数(y = 5x + 4)与(y = -x + 10)的图像交点坐标为((1,9)),则二元一次方程组(\begin{cases}5x - y = -4 \ x + y = 10\end{cases})的解是什么?
生:二元一次方程(5x - y = -4),转化为(y = 5x + 4);(x + y = 10),转化为(y = -x + 10)。两条直线的交点坐标就是对应方程组的解。本题中交点坐标为((1,9)),所以二元一次方程组的解为(x = 1),(y = 9)。
师:下面请大家用函数图像解二元一次方程组(\begin{cases}x + y = 5 \ 2x - y = 1\end{cases})。
用图像来求二元一次方程组的解,应作出方程组对应的图像,并确定两条直线交点的坐标。将两个二元一次方程分别转化为一次函数的形式:方程(x + y = 5),转化为(y = -x + 5);(2x - y = 1),转化为(y = 2x - 1)。并在同一坐标系中分别作出(y = -x + 5)和(y = 2x - 1)的图像。
生:由图像可以发现,这两条直线相交于一点。通过网格可以读出这两条直线的交点坐标为((2,3))。而交点坐标就是方程组的解,于是由图像可得方程组解为(x = 2),(y = 3)。
师:通过刚才求解的过程,大家认为用图像法解二元一次方程组有哪些步骤?
生:第一步,将两个二元一次方程转化为一次函数的形式;第二步,在同一直角坐标系中分别画出两个函数的图像;第三步,通过网格确定两个函数图像的交点坐标;第四步,写出这个方程组的解。
