代數第四章
目錄
第四章 直角座標與二元一次方程式 1
學習目標...1
4.1 節 平面上的直角座標 2 4.1.1節 認識直角座標...3
4.1.2節 點與座標軸的距離...15
4.1.3節 點在直角座標上的移動...20
4.1.4節 兩點的重合與對稱...28
4.1.5節 由座標求周長與面積...35
4.1.6節 象限問題...42
4.1 節 習題...46
4.2 節 二元一次方程式的圖形 55 4.2.1節 畫出二元一次方程式的圖形...55
4.2.2節 求直線方程式...69
4.2.3節 二元一次聯立方程式的圖解...81 4.2.4節 直線方程式的移動...89 4.2 節 習題...101
4.3 節 直角座標的應用題與綜合題 112
4.3 節 習題...120 第四章綜合習題 124
基測與會考模擬試題130 習題解答 140
第四章 直角座標與二元一次方程式
在本章中,我們將開始學習直角座標,並將前章學過的二元一次方程式應用到直角座 標上,有了這些能力後,就可以解決直角座標上簡單的圖形問題。
學習目標
1.能理解直角座標,並在直角座標上描點。
2.能在直角座標平面上畫出二元一次方程式的圖形。
3.瞭解直角座標平面上二元一次聯立方程式解的意義。
4.1 節 平面上的直角座標
讓我們回想一下,以前老師排座位時會用第幾排、第幾個來表示位置,現在我們則以
「數對」來表示所處的位置。
下圖(4.1-1)是某班的座位表:
小李坐在第五排第三個,我們以(5,3)表示小李的位置 小博坐在第二排第二個,我們以(2,2)表示小博的位置 阿幼坐在第七排第一個,我們以(7,1)表示小李的位置
第四個
第三個 小李
第二個 小博
第一個 阿幼
第 一 排
第 二 排
第 三 排
第 四 排
第 五 排
第 六 排
第 七 排 講台
圖4.1-1
像這樣用數對來表示位置,便是直角座標的概念。
4.1.1 節 認識直角座標
本小節我們開始正式認識直角座標。
如圖4.1-2,首先在平面上畫出兩條互相垂直的數線,兩線的交點為原點。
圖4.1-2 平面座標示意圖 上圖的平面座標圖又稱為直角座標。
水平的數線稱為x 軸,向右(箭頭方向)為正向,向左為負向。
鉛直的數線稱為y 軸,向上(箭頭方向)為正向,向下為負向。
x 軸與 y 軸的交點稱為原點,以 O 表示。x 軸與 y 軸稱為座標軸。
我們來看看在直角座標上的點如何用數對(x,y)表示,x 為 x 軸的座標,y 為 y 軸的座標:
x y
↙原點 O
y
圖4.1-3
A:A 點在 x 軸上,且在 x 軸數線上的位置是 3,我們就稱 A 點的座標為(3,0)。 其中3 是 A 點的 x 座標,0 是 A 點的 y 座標。
B:B 點在 y 軸上,且在 y 軸數線上的位置是 2,我們稱 B 點的座標為(0,2)。 O: O 點在兩軸的位置都是 0,我們稱 O 點的座標為(0,0),也就是原點。
C:C 點不在座標軸上,但若我們從 C 點畫一條鉛直線,會與 x 軸交於 2 這個點,因 此我們稱C 點的 x 座標為 2;同樣地,我們從 C 點畫一條水平線,會與 y 軸交於 3 這個點,因此稱C 點的 y 座標為 3。
x 座標為2,y 座標為 3,C 點座標為(2,3)。
同樣的方法,我們可以得到 D 點座標為(4,1),E 點座標為(3,2),F 點座標為
) 3 , 3
( 。
x
例題 4.1.1-1
寫出下圖中A、B、C、D 點的座標位置。
圖4.1-4 詳解:
A:過 A 點的鉛直線交 x 軸於 4,水平線交 y 軸於 3,A 點座標為(4,3)。
B:過 B 點的鉛直線交 x 軸於-2,水平線交 y 軸於-4,B 點座標為(2,4)。 C:C 點在 x 軸上,位置為-4,C 點座標為(4,0)。
D:D 點在 y 軸上,位置為 1,D 點座標為(0,1)。
x y
【練習】4.1.1-1
寫出下圖中A、B、C、D 點的座標位置。
圖4.1-5
(1)A 點的座標是__________________ (2)B 點的座標是__________________
(3)C 點的座標是__________________ (4)D 點的座標是__________________
y
x
前面已經介紹了從點來找座標的方法。換一個方向來看,我們也可以從座標來找點。
例如有一點A 的座標為(4,2),我們想要在圖上描出A 點,可以從原點出發:
A 點的 x 座標為 4,所以我們往右走 4 格到達(4,0)。(若為負數則從原點往左走)
A 點的 y 座標為 2,所以我們從(4,0)再往上走2 格,便到達(4,2)。(若為負數則從原點 往下走)
如圖4.1-6
圖4.1-6
當然我們也可以先找 y 軸位置再找 x 軸位置,也就是先往上走2 格,再往右走 4 格,
也能到達一樣的位置。
y
x
例題 4.1.1-2
在圖4.1-7 中標出下列各點的位置:
(1) A(1,0) (2) B(1,2) (3) C(0,4) (4) D(2,5) (5) E(4,3)
詳解:
依照前頁所教的作法將點一個一個找出。
圖 4.1-7
y
x
【練習】4.1.1-2
在圖中標出下列各點的位置:
(1) A(3,0) (2) B(0,4) (3) C(5,3) (4) D(4,2)
y
x
例題 4.1.1-3
在圖4.1-8 中標出下列各點的位置:
(1) A(431,0) (2) B(143,3) (3) C(3,12) 詳解:
本題含有分數座標
A(413,0):我們將x 座標4 和 5 做 3 等分,取第 1 等分的點找出431。
B(143,3):我們將x 座標-1 和-2 做 4 等分,取第 3 等分的點找出143 。 (注意要從-1 開始找)
C(3,21): 我們將y 座標0 和 1 做 2 等分,取第 1 等分的點找出12 。
圖4.1-8
【練習】4.1.1-3
在圖中標出下列各點的位置:
(1) A ,0)
2 31
( (2) B )
2 11 , 2
( (3) C )
4 11 3, 32
(
象限
從前面的例子我們可以觀察到,當一個點的 x 座標與 y 座標都為正數時,這個點會落
y
x
在原點的右上角區域;x 座標為負,y 座標為正,會落在左上角區域;x 座標為負,y 座標也為負,會落在左下角區域;x 座標為正,y 座標為負,會落在右下角區域。
這四個區域我們稱為象限,由x 軸與 y 軸當分界線。
右上角的區域為第一象限,然後逆時針方向依序為第二象限,第三象限,第四象限。
在此請注意一點:因為x 軸與 y 軸是這些象限的分界線,所以在座標軸上的任意點都 不屬於任一象限。例如(3,0)在x 軸上,(0,2)在y 軸上,都不屬於任一象限
每一象限的座標都有些特性:
第一象限中的座標,x 座標為正,y 座標也為正,用(,)表示;
第二象限中的座標,x 座標為負,y 座標為正,用(,)表示;
第三象限中的座標,x 座標為負,y 座標也為負,用(,)表示;
第四象限中的座標,x 座標為正,y 座標為負,用(,)表示。
圖4.1-9
y
x
例題 4.1.1-4
寫出下列各點各在第幾象限,並畫在座標平面上。
(1) A(3,2) (2) B(3,2) (3) C(3,2) (4) D(3,2) 詳解:
A 點 x 座標為正,y 座標也為正,在第一象限。
B 點 x 座標為負,y 座標也為負,在第三象限。
C 點 x 座標為正,y 座標為負,在第四象限。
D 點 x 座標為負,y 座標為正,在第二象限。
圖4.1-10
y
x
【練習】4.1.1-4
寫出下列各點各在第幾象限,並畫在座標平面上。
(1) A(1,4) (2) B(1,4) (3) C(1,4) (4) D(1,4) A 點在第_______象限;B 點在第_______象限;
C 點在第_______象限;D 點在第_______象限。
y
x
4.1.2 節 點與座標軸的距離
本小節會介紹如何計算直角座標上一點到兩座標軸的距離。
現在直角座標平面上有點A(3,2)。
我們想知道A(3,2)與x 軸的距離,可以做一條過A 點的鉛直線交於 x 軸,如下圖
4.1-11。鉛直線與 x 軸的交點是(3,0),而A 到(3,0)的線段長是2,也就是 A 到 x 軸的 距離為2。
接著我們再看 A(3,2)與y 軸的距離,做一條過 A 點的水平線段交於 y 軸,水平線與 y 軸的交點是(0,2),而A 到(0,2)的線段長是3,也就是 A 到 y 軸的距離為 3。
我們再看B(3,2)到兩軸的距離。
B 到(3,0)的線段長是2,也就是 B 到 x 軸的距離為 2。
B 到(0,2)的線段長是3,也就是 B 到 y 軸的距離為 3。
圖4.1-12
觀察前面例子可以發現,A(3,2)到x 軸的距離是2,B(3,2)到x 軸的距離是2。
到x 軸的距離其實就是 y 座標的絕對值。
A(3,2)到y 軸的距離是3,B(3,2)到y 軸的距離是3。
y
x
到y 軸的距離其實就是 x 座標的絕對值。
也就是說,座標平面上任一點P(a,b),與x 軸的距離是 b ,與y 軸的距離是 a 。
圖4.1-15
※ 在 x 軸上的點,例如(3,0),到x 軸的距離是0。
在y 軸上的點,例如(0,5),到y 軸的距離是0。
y
x
P(a,b)
|a|
|b|
例題 4.1.2-1
在座標平面上畫出下列各點,並求各點到兩軸的距離:
(1) A(1,2) (2) B(5,4) (3) C(4,3) (4) D(2,5) 詳解:
A 點到 x 軸距離為 2 2,到y 軸距離為1 1。 B 點到 x 軸距離為 4 4,到y 軸距離為5 5。 C 點到 x 軸距離為 3 3,到y 軸距離為 4 4。 D 點到 x 軸距離為 5 5,到y 軸距離為 2 2。
圖4.1-13
y
x
【練習】4.1.2-1
在座標平面上畫出下列各點,並求各點到兩軸的距離:
(1) A(2,3) (2) B(3,2) (3) C(3,1) (4) D(1,4) A 點到 x 軸距離為____________,到 y 軸距離為____________。
B 點到 x 軸距離為____________,到 y 軸距離為____________。
C 點到 x 軸距離為____________,到 y 軸距離為____________。
D 點到 x 軸距離為____________,到 y 軸距離為____________。
例題 4.1.2-2
求下列各點到兩軸的距離:
x
(1) A(0,112) (2) B(3,32) (3) C(321,1) (4) D(2,0) 詳解:
A 點到 x 軸距離為121 121 ,到y 軸距離為 0 0。 B 點到 x 軸距離為 32 32 ,到y 軸距離為 3 3。 C 點到 x 軸距離為 1 1,到y 軸距離為321 321 。 D 點到 x 軸距離為 0 0,到y 軸距離為2 2。
【練習】4.1.2-2
求下列各點到兩軸的距離:
(1) A(1,0) (2) B )
7 , 3 2
( (3) C(0,3) (4) D )
2 31 , (5
A 點到 x 軸距離為____________,到 y 軸距離為____________。
B 點到 x 軸距離為____________,到 y 軸距離為____________。
C 點到 x 軸距離為____________,到 y 軸距離為____________。
D 點到 x 軸距離為____________,到 y 軸距離為____________。
4.1.3 節 點在直角座標上的移動
前幾節我們學習了在座標上描點與計算點和座標軸的距離,接下來我們來看點如何在 座標平面上移動。
我們已經知道直角座標是由x 軸與 y 軸所組成,x 軸從原點往右邊為正、往左邊為負;
y 軸從原點往上為正、往下方為負。
在圖4.1-14 中,
A(2,1)往右邊移動1 單位,會到達 A'(3,1) B(1,2)往上移動1 單位,會到達 B'(1,3) C(2,1)往左邊移動2 單位,會到達 C'(4,1)
D(2,1)往下移動2 單位,會到達 D'(2,3)
.
圖4.1-14
y
x
由前面的例子可知,座標平面上的點在移動時有以下規律:
往右邊移動s 單位,即為 x 座標增加 s;往左邊移動 s 單位,即為 x 座標減少 s。
往上移動t 單位,即為 y 座標增加 t;往下移動 t 單位,即為 y 座標減少 t。
也就是說圖4.1-15,若有一點 P(a,b) (1)往右邊移動 s 單位,會到達(as,b)。 (2)往左邊移動 s 單位,會到達(as,b)。 (3)往上移動 t 單位,會到達(a,bt)。 (4)往下移動 t 單位,會到達(a,bt)。
圖4.1-15 例題 4.1.3-1
寫出下列各點座標;
(1)在座標平面上,由原點出發,往右移動 4 單位,到達 A 點,A 點座標為何?
(2)由 A 點出發,往上移動 3 單位,到達 B 點,B 點座標為何?
(3)由 B 點出發,往左移動 6 單位,到達 C 點,C 點座標為何?
(4)由 C 點出發,往下移動 7 單位,到達 D 點,D 點座標為何?
詳解:
如圖4.1-16
(1) 原點為(0,0),往右移動4 單位,也就是 x 座標加 4。A 點座標為(04,0)(4,0)。
y
x
P
) , (a b
) , (a bt
) , (a bt
) , (as b )
, (as b
(3) B 點為(4,3),往左移動6 單位,也就是 x 座標減 6。B 點座標為
) 3 , 2 ( ) 3 , 6 4
( 。
(4) C 點為(2,3),往下移動7 單位,也就是 y 座標減 7。
D 點座標為(2,37)(2,4)。
圖4.1-16
y
x x
【練習】4.1.3-1
寫出下列各點座標;
(1)在座標平面上,由原點出發,往右移動 3 單位,到達 A 點,A 點座標為何?
(2)由 A 點出發,往下移動 2 單位,到達 B 點,B 點座標為何?
(3)由 B 點出發,往左移動 5 單位,到達 C 點,C 點座標為何?
(4)由 C 點出發,往上移動 6 單位,到達 D 點,D 點座標為何?
y
x
例題 4.1.3-2
在座標平面上,甲由原點出發,沿著x 軸向右走5 單位,再往下方走 2 單位,到 達A 點,則:
(1)A 點的座標為何?
(2)A 點到 x 軸的距離為何?
(3)A 點到 y 軸的距離為何?
詳解:
甲的移動如圖4.1-17
(1) 甲由原點出發,沿著 x 軸向右走個 5 單位,也就是 x 座標加 5,
座標為(05,0)(5,0)。
再往下方走個2 單位,也就是 y 座標減 2,A 點座標為(5,02)(5,2)。 (2) A 點到 x 軸的距離,也就是 y 座標的絕對值: 2 2。
(3) A 點到 y 軸的距離,也就是 x 座標的絕對值: 5 5。
圖4.1-17
【練習】4.1.3-2
在座標平面上,乙由原點出發,沿著x 軸向左走3 單位,再往上方走 4 單位,到 達B 點,則:
(1)B 點的座標為何?
y
x
(3)B 點到 y 軸的距離為何?
y
x
例題 4.1.3-3
座標平面上,有一點P(a,b),若P 點先向右移動 7 單位,再向下移動 8 單位,會 到達Q(4,5),則P 點座標為何?
詳解:
P 的移動如圖 4.1-18 解法一:
我們將點的移動反過來看,從Q(4,5)出發,向上移動8 單位,再向左移動 7 單位,會到達P(a,b)。
) 5 , 4
( 向上移動8 單位,會到達(4,58)(4,3)
) 3 , 4
( 向左移動7 單位,會到達(47,3)(3,3) 因此P 的座標為(3,3)。
解法二:
P(a,b)往右移動7 單位,會到達(a7,b)
) , 7
(a b 向下移動8 單位,會到達(a b7, 8)
題目說會到達Q(4,5),也就是(4,5)和(a b7, 8)是一樣的,兩邊x 座標與 y 座標會相等。(這裡運用到點的重合觀念,會在下一節詳細介紹)
可列出聯立方程式:
5 8
4 7 b
a ,解得a3、b3。 因此P 的座標為(3,3)。
圖4.1-18
y
x
【練習】4.1.3-3
座標平面上,有一點P(a,b),若P 點先向上移動 6 單位,再向左移動 7 單位,會 到達Q(2,3),則P 點座標為何?
y
x
4.1.4 節 兩點的重合與對稱
兩點重合: 在座標平面上,若兩點重合,表示兩點的位置相同,所以 兩點的x 座標相 同,y 座標也相同。
例如若點P(a,b)與Q(1,2)重合,則可得a1、b2,P 座標為(1,2)。如圖4.1-19
圖4.1-19
兩點對稱: 在座標平面上,若兩點對稱於x 軸,則兩點的 x 座標相同,y 座標互為相 反數。若兩點對稱於y 軸,則兩點的 y 座標相同,x 座標互為相反數。
若兩點對稱於原點,則兩點的x 座標、y 座標皆互為相反數。
※相反數:在數線上分別位於兩點兩邊,且與原點距離相等的兩個點所代表的兩數,
如8 與-8。
圖4.1-20 中,A、B 兩點對稱於 x 軸。
圖4.1-20 圖4.1-21 中,C、D 兩點對稱於 y 軸。
P
) , (a b
Q
) 2 , 1 (
y
x
x y
y
圖4.1-21
若有P、Q 兩點對稱於 x 軸,且 P 座標為(a,b),則Q 座標為(a,b)。 若有P、K 兩點對稱於 y 軸,且 P 座標為(a,b),則K 座標為(a,b)。 如圖4.1-22
圖4.1-22
x
P
) , (a b
Q(a,b) K(a,b)
x y
例題 4.1.4-1
A(a2,b1)與B(4,5)為座標平面上重合的兩點,試求a、b 之值。
詳解:
A、B 兩點重合,因此 x 座標相同,y 座標也相同。
可列出聯立方程式:
5 1
4 2 b
a
解得a2、b4
【練習】4.1.4-1
A(a b1, 3)與B(3,5)為座標平面上重合的兩點,試求a、b 之值。
例題 4.1.4-2
A(a5,2b7)與B(b1,3a6)為座標平面上重合的兩點,試求A 點座標。
詳解:
A、B 兩點重合,因此 x 座標相同,y 座標也相同。
可列出聯立方程式:
6 3 7 2
1 5
a b
b a
化簡得
13 2 3
6 b a
b a
解得a 1、b5
將a、b 之值代入A 點座標:
x 座標:a5(1)54 y 座標:2b72(5)73 得A 點座標為(4,3)
驗算:
將a、b 之值代入B 點座標:
x 座標:b1514
y 座標:3a63(1)63 得B 點座標為(4,3)
A 點與 B 點兩點重合,符合題意,故答案正確。
A(a2b,6a)與B(4,b1)為座標平面上重合的兩點,試求a、b 之值與B 點座標。
例題 4.1.4-3
座標平面上,A(2,3)與B(a,b)對稱於x 軸,試求B 點座標。
詳解:
A、B 兩點對稱於 x 軸,即 x 座標相同,y 座標互為相反數。
因此B 的 x 座標為 2,y 座標為(3)3 B 點座標為(2,3)
圖4.1-23
x y
【練習】4.1.4-3
座標平面上,A(2,3)與B(a,b)對稱於y 軸,試求B 點座標。
例題 4.1.4-4
座標平面上,A(2a1,2b)與B(b,3a)對稱於y 軸,試求A 點座標。
詳解:
A、B 兩點對稱於 y 軸,即 x 座標互為相反數,y 座標相同。
x 座標互為相反數:2a1(b),化簡得2a b1
y 座標相同;2b3a,化簡得3a b2
可列出聯立方程式:
2 3
1 2
b a
b a
解得a3,b7
代入A 點 x 座標:2a12317 代入A 點 y 座標:2 b2(7)9 得A 點座標為(7,9)
驗算:
B 點座標為(b,3a)(7,33)(7,9),與點A(7,9)對稱 y 軸,故答案正確。
x y
【練習】4.1.4-4
座標平面上,A(3a b1, 1)與B(2b1,2a)對稱於x 軸,試求A 點座標。
4.1.5 節 由座標求周長與面積
在座標平面上,我們可以用點與線來做出一些幾何圖形,例如三角形、長方形和正方 形等。當然也可以再利用座標計算這些圖形的周長與面積。
長方形周長=(長+寬)×2 長方形面積=長×寬 三角形面積=底×高÷2
例題 4.1.5-1
如圖4.1-24,長方形 ABCD 中,A 點座標為(1,2),B 點座標為(1,1),C 點座標 為(3,1),D 點座標為(3,2),試求長方形ABCD 的周長與面積。
詳解:
要計算周長,首先需要先算出長與寬的長度,
也就是A、B 兩點的距離與 B、C 兩點的距離
若兩點間的x 座標相同,則距離為 y 座標相減的絕對值。
若兩點間的y 座標相同,則距離為 x 座標相減的絕對值。
圖4.1-24
A、B 兩點因為 x 座標相同,因此距離為 y 座標相減的絕對值。
A、B 距離為 211,即長方形的寬為1。
B、C 兩點因為 y 座標相同,因此距離為 x 座標相減的絕對值。
B、C 距離為 31 2,即長方形的長為2。
長方形ABCD 周長=(12)26
x y
長方形ABCD 面積=212
長方形ABCD 的周長為 6 單位,面積為 2 平方單位。
【練習】4.1.5-1
如圖4.1-25,長方形 ABCD 中,A 點座標為(1,1),B 點座標為(1,3),C 點座標 為(3,3),D 點座標為(3,1),試求長方形ABCD 的周長與面積。
圖4.1-25 例題 4.1.5-2
如圖4.1-26,三角形 ABC 中,A 點座標為(1,1),B 點座標為(2,1),C 點座標 為(2,5),試求三角形ABC 的面積。
詳解:
三角形ABC 面積:底×高÷2=AB BC2
(這裡AB代表A 點與 B 點的距離,BC代表B 點與 C 點的距離。) A、B 兩點因為 y 座標相同,因此距離為 x 座標相減的絕對值。
3 3 2 ) 1
( AB
B、C 兩點因為 x 座標相同,因此距離為 y 座標相減的絕對值。
4 4 5
1
BC
三角形ABC 面積=AB BC23426 三角形ABC 面積為 6 平方單位。
x y
圖4.1-26
x