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3.3 Simultaneous Equations on Graphs - 教材全解

图像法解联立方程 - 掌握图像交点与联立方程解的关系,直线与曲线交点的几何意义

## 教材全解

一、图像法解联立方程的原理

联立方程的**解**与它们对应**图像的交点**一一对应:若两个方程的图像(直线或曲线)相交,交点的坐标 \( (x, y) \) 就是联立方程的解;反之,联立方程的每一组解,都对应图像的一个交点。

二、不同类型联立方程的图像与解

1. 线性联立方程(两个一次方程)

对应两条直线,它们的交点**有且仅有1个**(不平行直线必相交),因此线性联立方程通常有1组解。

2. "线性 + 二次"联立方程(一次方程 + 二次方程)

一次方程对应**直线**,二次方程对应**抛物线/圆等二次曲线**。直线与二次曲线的位置关系决定交点个数,因此这类联立方程**最多有2组解**。

三、判别式与交点个数的关系

将"线性 + 二次"联立方程通过**代入消元法**转化为一元二次方程 \( ax^2 + bx + c = 0 \) 后,用判别式 \( \Delta = b^2 - 4ac \) 判断交点:

判别式定理解析

判别式分析:

  • \( \Delta > 0 \):一元二次方程有两个不同实根,直线与二次曲线有2个交点
  • \( \Delta = 0 \):一元二次方程有一个重根,直线与二次曲线相切(1个交点);
  • \( \Delta < 0 \):一元二次方程无实根,直线与二次曲线无交点

## 章节练习

基础题

练习题 1

题目:在同一坐标系中画出直线 \( y = x + 1 \) 和 \( y = -2x + 4 \),通过图像交点写出联立方程 \( \begin{cases} y = x + 1 \\ y = -2x + 4 \end{cases} \) 的解。

练习题 2

题目:求直线 \( y = 3x - 2 \) 与抛物线 \( y = x^2 \) 的交点坐标(代入消元后解一元二次方程)。

提升题

练习题 3

题目:判断直线 \( y = 2x + 5 \) 与抛物线 \( y = x^2 + 3x + 4 \) 的交点个数(用判别式分析)。

练习题 4

题目:已知直线 \( y = kx + 1 \) 与抛物线 \( y = x^2 - 2x + 3 \) 仅有一个交点,求 \( k \) 的值。

拓展题

练习题 5

题目:对于联立方程 \( \begin{cases} y = mx + 2 \\ x^2 + y^2 = 4 \end{cases} \)(圆 \( x^2 + y^2 = 4 \) 圆心在原点、半径为2):

a. 当 \( m = 1 \) 时,求直线与圆的交点坐标;

b. 求 \( m \) 的值,使直线与圆仅有一个交点(用判别式 \( \Delta = 0 \) 分析)。

## 章节总结

联立方程的解与图像交点一一对应:联立方程的解是对应图像(直线/曲线)的交点坐标,反之亦然。

联立方程类型总结
  • 线性联立方程:图像为两条直线,通常有1组解(两直线相交)。
  • "线性 + 二次"联立方程:图像为直线与二次曲线,解的个数由位置关系决定,最多2组解。

判断"线性 + 二次"联立方程的解数时,可代入消元转化为一元二次方程,再用判别式 \( \Delta = b^2 - 4ac \) 分析:\( \Delta > 0 \)(2组解)、\( \Delta = 0 \)(1组解)、\( \Delta < 0 \)(无解)。