师:同学你好,通过前面的学习,我们知道求二元一次方程组的解,除了消元法,还能借助函数图像来求解。本节课我们将继续研究一次函数与二元一次方程组解的关系。希望通过本节课的学习,大家能有以下收获:第一,了解二元一次方程组解的三种情况;第二,归纳二元一次方程组解的三种情况与未知数的系数及常数项的联系;第三,通过思考和操作,培养数形结合的意识和能力。请大家准备好笔、网格纸和作业本,下面开始新课学习。大家还记得在同一平面内两条直线有什么位置关系吗?
生:平行或相交。
师:非常好。那请判断在同一直角坐标系中,直线(y = 2x - 1)与下列直线有什么位置关系?第一小题,把(2y = 4x - 2),两边同时除以(2),可得(y = 2x - 1)。这两条直线解析式中(k)都等于(2),(b)都为(-1),解析式完全一样,所以这两条直线实际上是同一条直线,它们的位置关系是重合。第二小题,直线(y = 2x - 1)与直线(y = 2x + 3)有什么位置关系呢?
生:比较发现,这两个解析式中的(k)相等都是(2),而(b)分别为(-1)和(3),(b)值不相等,这两条直线是平行的。
师:很棒。第3小题,直线(y = 2x - 1)与直线(y = 3x - 1)呢?
生:(k)的值一个是(2),另一个是(3)。虽然(b)的值都是(-1),但由于(k)的值不相等,所以这两条直线相交。
师:没错。我们不需要作图,比较两个一次函数中(k)与(b)的值,就可以直接判断出对应两条直线的位置关系。上节课我们探究了如何用图像法求二元一次方程组的解。二元一次方程组中两个方程分别对应着一条直线,如果两条直线相交,那么交点的坐标即为方程组的解。大家还记得求解的步骤吗?
生:一、将二元一次方程转化为一次函数的形式;二、画出两个函数的图像;三、确定两条直线的交点坐标;四、写出方程组的解。简记为一变二化三找四写。
师:很好。下面请用图像法求下列方程组的解。第一题,我们将两个二元一次方程转化为一次函数,并作出对应的两条直线,大家发现这两条直线有什么位置关系?
生:两条直线重合了。
师:那这个方程组有解吗?
生:方程组的解是对应两条直线的交点坐标,两直线重合,说明直线(5x - 2y = 4)上任意一点都在直线(10x - 4y = 8)上,直线(10x - 4y = 8)上任一点也在直线(5x - 2y = 4)上,每一个点都是两直线的交点,所以这个方程组不但有解,而且有无穷多组解。
师:从两条直线的位置关系可以知道对应方程组解的情况,这体现了数形结合的数学思想。那直线(5x - 2y = 4)与直线(10x - 4y = 8)为什么重合呢?如果是两个一次函数对应的图像重合需要满足什么条件?
生:当(k)与(b)的值分别对应相等时,两条直线才能重合。
师:对。二元一次方程组(\begin{cases}A_1x + B_1y = C_1\A_2x + B_2y = C_2\end{cases}),将它们分别转化得到两个一次函数。那二元一次方程组对应的两条直线,它们的位置关系是否与(x),(y)的系数(a),(b)、(c)有关呢?这里请注意,本课件代数式中的分母均不为(0),即未知数的系数(A)、(B)与常数项(C)的比都是有意义的。将二元一次方程(5x - 2y = 4)转化为(y = \frac{5}{2}x - 2),(10x - 4y = 8)也转化为(y = \frac{5}{2}x - 2)。转化后的两个一次函数一样,(k)值都是(\frac{5}{2}),(b)都是(-2),所以这两条直线重合。我们知道二元一次方程与一次函数可以相互转化,只是形式不同,所以将它们联立得到二元一次方程组。请将转化后的两个方程组进行对比,能得出什么结论?
生:一次函数中的(k)值相等,其实就是二元一次方程组中的(-\frac{A_1}{B_1} = -\frac{A_2}{B_2});一次函数中与(y)轴的截距相等,就是(\frac{C_1}{B_1} = \frac{C_2}{B_2})。因此,在二元一次方程组中,当(\frac{A_1}{B_1} = \frac{A_2}{B_2}),且(\frac{C_1}{B_1} = \frac{C_2}{B_2})这两个条件同时成立时,对应的两条直线重合。将这两个等式整理,可得(\frac{A_1}{A_2} = \frac{B_1}{B_2} = \frac{C_1}{C_2})。
师:现在大家知道关于(x),(y)的二元一次方程组中,当(x),(y)的系数(a)、(b)及常数项(c)满足什么关系时,方程组有无穷多解,即对应的两条直线重合了吧。所以当(\frac{A_1}{A_2} = \frac{B_1}{B_2} = \frac{C_1}{C_2})时,方程组对应的两条直线重合,此时方程组有无穷多解。再请用图像法求第二个方程组的解,大家发现这两条直线有什么位置关系?
生:两条直线平行。
师:那这个方程组有解吗?
生:方程组的解就是对应两条直线的交点坐标,而这两条直线平行没有交点,所以这个方程组无解。
师:这里再次体现了数形结合的数学思想。类比上题分析的过程,想一想直线(3x + 2y = -2)与直线(6x + 4y = 4)为什么平行?
生:将二元一次方程组(3x + 2y = -2)与(6x + 4y = 4)转化为一次函数的形式,分别得到一次函数(y = -\frac{3}{2}x - 1)和(y = -\frac{3}{2}x + 1)。转化后的两个一次函数中,(k)的值相等都是(-\frac{3}{2}),(b)的值不相等,分别为(-1)和(1)。对比两个方程组可得(-\frac{A_1}{B_1} = -\frac{A_2}{B_2}),而(\frac{C_1}{B_1} \neq \frac{C_2}{B_2})。一次函数中,如果(k)的值相等,(b)不相等时,对应的两条直线是平行的。因此在二元一次方程组中,当(\frac{A_1}{B_1} = \frac{A_2}{B_2}),且(\frac{C_1}{B_1} \neq \frac{C_2}{B_2})时,对应的两条直线平行,整理可得(\frac{A_1}{A_2} = \frac{B_1}{B_2}),且(\frac{C_1}{C_2} \neq \frac{B_1}{B_2}),即(\frac{A_1}{A_2} = \frac{B_1}{B_2} \neq \frac{C_1}{C_2})。
师:那关于(x),(y)的二元一次方程组(\begin{cases}A_1x + B_1y = C_1\A_2x + B_2y = C_2\end{cases})中,当(x),(y)的系数(a)、(b)及常数项(c)满足什么关系时,方程组无解呢?
生:对于方程组,当(\frac{A_1}{A_2} = \frac{B_1}{B_2} \neq \frac{C_1}{C_2})时,方程组对应的两条直线平行,此时方程组无解。
