两条直线垂直时,常用的斜率条件是m₁m₂=-1。但这个写法已经默认两条斜率都存在。遇到竖直线,继续代入一个所谓的无穷大斜率,会让简单几何变成没有定义的运算。
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先在普通直线中计算一次
原创例题给出直线y=2x+3,以及经过点(4,1)并与它垂直的直线。第一条的斜率为2,因此第二条有限斜率应为-1/2。使用点斜式得到y-1=-(x-4)/2,整理为y=-x/2+3。
把(4,1)代回可得1=-2+3,说明经过指定点;两斜率乘积为-1,说明方向垂直。这是两个独立条件,都应核对。截距相同不是垂直的必要条件,只是本例数字恰好如此。
为什么是负倒数
斜率为2的直线可以用方向向量(1,2)表示。与它垂直的一种方向是(2,-1),两向量的点积为1×2+2×(-1)=0;后者的纵向变化除以横向变化正好是-1/2。
更一般地,两个有限斜率对应方向(1,m₁)和(1,m₂)。点积为零给出1+m₁m₂=0,因而得到乘积为-1。这个推导也解释了为什么不能把正倒数或只改变正负号当作通用规则。
竖直线要回到几何方向
对于直线x=4,横坐标不变,斜率的分母为零,因此斜率没有定义。过(4,1)与它垂直的直线是y=1,即水平线。这里不需要写出不存在的斜率乘积。
反过来,与水平线y=1垂直且过(4,1)的直线就是x=4。把水平线的零斜率代入-1/m,也会遇到除以零;正确处理是识别方向,而不是强行得到一个数。
解题前先识别适用条件
一个实用顺序是:判断两条线是否包含竖直线,再确定方向,最后结合点的位置写方程。得到方程后,分别验证过点条件和垂直条件,避免只检查其中一项。
本文是一般数学学习例题,不是考试局官方题目。不同课程对向量方法的学习进度可能不同,可先采用学校已教的方法;扫码咨询时说明考试局、数学科目与目前做到哪一步,会比只发送“斜率不会”更便于定位问题。
延伸阅读:A-Level数学指数模型:每次减少20%,为什么不能连续减同一个数。
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