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附加数学 · 可用多种解法的几何题

用限制条件检验交点

代数给出了答案,题目却说这个点必须在线段上。

用代数求出的交点,仍然必须符合题目的每一个条件。先把限制写下来,最后一步再用它逐个检验答案。

这一课属于不止一种解法的几何问题,接在选择坐标法还是向量法之后。

步骤的顺序是什么?

  1. 在题目里划出限制条件。
  2. 解方程,找出所有的代数交点。
  3. 用限制逐个检验,舍去不符合的答案。
  4. 写明剩下哪个答案,或者没有答案。

例题一:线段与两条直线

线段 AB 连接 A(1, 3) 和 B(4, 9)。经过 AB 的直线是 y = 2x + 1,线段上 x 的范围是 1 到 4。

直线 M:x + y = 13。 代入:x + 2x + 1 = 13,得 x = 4,y = 9。交点是 (4, 9),也就是 B,是线段的端点,符合限制。

直线 N:x + y = 22。 代入:3x + 1 = 22,得 x = 7,y = 15。点 (7, 15) 在直线 AB 上,但 x = 7 超出了 1 ≤ x ≤ 4 的范围,所以不在线段上。

例题二:直线与曲线

直线 y = x + 1 与曲线 y = x² − 4x + 7 相交。令两式相等:x² − 5x + 6 = 0,即 (x − 2)(x − 3) = 0,得 x = 2 或 x = 3。

交点是 (2, 3) 和 (3, 4)。检查 (2, 3):曲线得 4 − 8 + 7 = 3,直线得 2 + 1 = 3。检查 (3, 4):曲线得 9 − 12 + 7 = 4,直线得 3 + 1 = 4。

如果题目说“P 是离 y 轴较远的那个点”,则 P = (3, 4),因为它的 x 值较大。

会丢分的错误

失误是把所有代数答案都写上,漏掉了限制。看上面的直线 N。

给出的答案 有没有检验限制? 结果
直线 N 与线段 AB 相交于 (7, 15) 没有 错:这个点在 B 之外
直线 N 与直线 AB 相交于 (7, 15),但不与线段相交 有 对:与线段没有交点

前面几行的解题过程完全一样。只有最后一行的检验,决定了是得满分还是零分。

自我检查

线段 PQ 连接 P(0, 1) 和 Q(3, 7),在直线 y = 2x + 1 上,且 0 ≤ x ≤ 3。直线 x + y = 16 与这条线段相交吗?

答案

代入 y = 2x + 1:x + 2x + 1 = 16,得 x = 5,y = 11。两条线相交于 (5, 11)。

线段上 x 的范围是 0 到 3,而 5 不在这个范围内。所以这条直线不与线段相交。点 (5, 11) 在 PQ 延长到 Q 之外的直线上。

接下来学什么

用几何问题练习题测试自己,并读直线与曲线相切时求参数。

应用题结构工作表 (英文)能帮你划出限制条件。老师可以在线上一对一附加数学补习里帮你把这一步变成习惯。

常见问题

为什么代数求出的交点在几何上可能是错的?

代数求的是两条线或曲线相遇的地方,即使超出了题目描述的图形范围。线段有端点,经过它的直线却无限延伸,所以代数可能找到落在线段之外的相交点。

怎样检查一个点在线段上?

写出这条线段的直线方程,并记下两个端点之间 x(有时是 y)的范围。把交点代入,检查它的 x 值和 y 值是否落在这个范围内。

题目会写明哪些限制?

常见的有:点在某条线段上、x 大于某个值、在 x 轴上方、更靠近某个指定的点,或坐标为正。第一次读题时就把限制划出来。

如果两个代数答案都违反限制呢?

那么在这个限制下交点不存在,诚实的答案就是这样写。再检查一次代数,如果没有错,就写出不存在这样的点,并说明理由。

如果代数很流畅,却因为多写了一个点或漏了检查而丢分,一对一的老师可以让限制检查成为你解题过程中固定的最后一步。

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