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求向量定义的两条直线的交点

两条直线都写对了,可是方程怎么解都得不到整齐的答案。

本页内容
  1. 如何一步步求交点?
  2. 例题
  3. 要留意的错误
  4. 自我检测
  5. 接下来学什么

要求交点,先让每条直线使用自己的参数,令两个位置向量相等,再比较 a 和 b 的系数,解出两个参数。代回去就能验证这个点。

这一课需要用到位移和分点。

如何一步步求交点?

  1. 把每条直线写成位置向量加上参数乘方向向量,例如 a + λ(…)。
  2. 展开,使每个表达式都是 (…)a + (…)b 的形式。
  3. 令 a 和 b 的系数分别相等,得到两个方程。
  4. 解出 λ 和 μ,再代回其中一个求得交点。
  5. 用另一个参数检验。

例题

→OA = a,→OB = b。M 是 OA 的中点,N 在 OB 上,ON = 2/3 b。

直线 AN 与 BM 相交于 X。求 →OX。

直线 AN: →OX = a + λ(2/3 b − a) = (1 − λ)a + (2λ/3)b。

直线 BM: →OM = ½a,所以 →OX = b + μ(½a − b) = (μ/2)a + (1 − μ)b。

令系数相等:

  • a: 1 − λ = μ/2
  • b: 2λ/3 = 1 − μ

由第一式得 μ = 2 − 2λ。代入第二式:2λ/3 = 1 − 2 + 2λ = −1 + 2λ。所以 −4λ/3 = −1,得 λ = 3/4,μ = 1/2。

答案: →OX = (1 − 3/4)a + (2 × 3/4 ÷ 3)b = ¼a + ½b。

用 μ = 1/2 检验: (1/4)a + (1 − 1/2)b = ¼a + ½b。结果相同,所以 X 正确。

直线 AN 与 BM 相交于 X三角形 OAB,M 是 OA 的中点,N 在 OB 上且 ON = 2/3 b。直线 AN 与 BM 相交于 X,OX = ¼a + ½b。 OABMN X AN: λ = 3/4 BM: μ = 1/2 OX = ¼a + ½b
直线 AN 与 BM 相交于 X。沿 AN,X 在从 A 到 N 的 3/4 处(λ = 3/4);沿 BM,X 在从 B 到 M 的中点(μ = 1/2)。

要留意的错误

常见的失误是两条直线共用一个参数。

错误做法: 直线 1 给出 1 − λ = λ/2,所以 λ = 2/3。再由 2λ/3 = 1 − λ 得 λ = 3/5。“矛盾,所以两线不相交。”

学生在两条直线中都用了 λ。

这两条直线其实是相交的,只是在各自路径上的阶段不同。两条直线要用两个字母 λ 和 μ。当答案看起来不可能时,先检查每条线是否有自己的参数。

自我检测

1. 直线 1:r = (1, 0) + λ(1, 2)。直线 2:r = (7, 0) + μ(−1, 1)。求交点。

显示答案

x:1 + λ = 7 − μ。y:2λ = μ。代入:1 + λ = 7 − 2λ,所以 λ = 2,μ = 4。检验直线 2:(7 − 4, 4) = (3, 4)。直线 1:(1 + 2, 4) = (3, 4)。

(3, 4)

2. 证明 r = (2, 1) + s(1, 1) 与 r = (0, 3) + t(1, 1) 不相交。

显示答案

方向相同,所以两线平行。(2, 1) 在第二条线上吗?需要 2 = t 且 1 = 3 + t,即 t = 2 与 t = −2,互相矛盾。

平行且不重合,所以没有交点。

3. →OA = a,→OB = b。P 是 AB 的中点,Q 在 OB 上,OQ : QB = 1 : 2。直线 OP 与 AQ 相交于 X。求 →OX。

显示答案

OP:→OX = λ(½a + ½b)。AQ:→OX = (1 − μ)a + (μ/3)b。

a: λ/2 = 1 − μ。b: λ/2 = μ/3。所以 1 − μ = μ/3,μ = 3/4,λ = 1/2。

→OX = ¼a + ¼b

接下来学什么

剩下的一环是从方程中读出方向:解释向量方程中的方向。然后用练习题检验整个模块。

如果解两个参数的联立方程时常出错,线上一对一附加数学补习的老师可以看你的每一步,找出错在哪里。

常见问题

为什么需要两个不同的参数?

每条直线有自己的参数,例如 λ 和 μ,因为交点在两条线上所走的距离不同。用同一个字母,等于强制两条线处于同一阶段,这种情况很少成立。

为什么可以比较 a 和 b 的系数?

因为 a 和 b 不平行,一个点只有一种写成 xa + yb 的方式。如果同一个点的两个表达式相等,那么 a 的部分必须相等,b 的部分也必须相等。

如何检验我求出的交点?

把两个参数值都代回去,它们应该给出同一个位置向量。如果不同,说明某个方程有失误,最常见的是展开方向向量时的正负号错误。

更新于:

下一步

如果交点的代数让你觉得吃力,一对一的老师可以看出是哪一步出了问题,并和你一起把那一步重新建立起来。

一小时付费试听课,按所安排老师确认的收费,RM80 起。

补习由家长或监护人安排。用 WhatsApp 把这页发给他们,他们就可以替你咨询。

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