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例谈函数思想在中考几何综合题中的应用

2020-05-21福建省泉州第一中学徐卫忠

天津教育 2020年11期
关键词:综合题共线直角坐标

■福建省泉州第一中学 徐卫忠

函数思想,是指用函数的概念和性质去分析问题、转化问题和解决问题。近十几年来,中考几何综合题图形较复杂,涉及的知识点较多,类型多种多样,题设和结论之间的关系较隐蔽,常常需要添加辅助线来解答,是学生最惧怕的题型之一。通过研究分析发现,中考几何综合题中常出现的垂直、长度、定值、面积、最值、平分角和共线等问题,经常可建立平面直角坐标系,挖掘题目中的隐含条件,构造函数解析式,妙用函数的相关性质,求出关健点的坐标,得出所需的数量关系,从而达到避开构造复杂辅助线、化难为易、化繁为简的目的。

预备知识:设点A(x1,y1),B(x2,y2),则线段AB的长度AB=线段AB的中点坐标直线AB的斜率设直线AB与直线CD的斜率都存在,若A、B、C 三点共线,则kAB=kBC;若直线AB与CD垂直,则kAB⋅kCD=-1,反之亦然。

下面以四道中考几何综合题为例,谈一谈函数思想在上述几何综合题中的应用。

一、函数思想在垂直问题中的应用

例1.如图(1),矩形ABCD 中,AB=6,AD=5,G 为CD中点,DE=DG,GF⊥BE于点F,求DF的长度。

图(1)

图(2)

图(3)

点评:此思路需从条件DE=DG入手,看出ΔDEG为等腰直角三角形,为了构造手拉手型全等三角形,需延长FG 到点M,使GM=EF,辅助线的构思为难点之一;通过等面积算GF的长度,为构思难点之二;最后需算出FM=FG+GM才可最终求出DF为构思难点之三。对考生的几何直观、模型构造、等面积求高及勾股定理的应用等数学素养有较高的要求,在有限的做题时间内很难构思出来。

而如果使用下面的思路二,建立平面直角坐标系后,只需求出直线BE和直线GF的解析式,联立方程可求出交点F 的坐标,通过两点间的距离公式就可求出DF 的长度,避开构造复杂辅助线,达到化难为易,化繁为简的目的。

思路二:如图(3)以点A 为坐标原点,AB、AD 所在的直线分别为x轴、y轴建立平面直角坐标系,可知点B(6,0),D(0,5),C(6,5),G(3,5),E(0,2),∴直线BE 为y=-x+ 2,∵GF⊥BE,∴kGF⋅kBE=-1,∴kGF= 3,∴直线GF为y= 3x- 4.

二、函数思想在对称问题中的应用

例2.在平面直角坐标系中,直线y=x+a(a>

0)分别与x轴、y轴交于A、B两点,C、D的坐标分别为C( 0,b)、D(2a,b-a)(b>a).

(2)若点C、D关于直线AB的对称点分别为C、D.

②当点C恰好落在x轴上时,试求a与b的函数表达式.

(2)②思路一:如图,设点C∕(m,0),则CC∕的中点∵点P在直线AB上,∴m= 4a- 2b.

由对称性可知,BC∕=BC=b-a.

在直角ΔBC∕O中,OB2+OC∕2=BC∕2,

∴[-(4a- 2b)]2+a2=(b-a)2,整理得16a2-14ab+ 3b2= 0,

∴(2a-b)(8a- 3b)= 0,∴a=或a=b.

∵BC∕>OB,∴b-a>a,∴a≠,∴a与b的 函数表达式a=b(b>0 ).

点评:设点C∕(m,0 ),将CC∕的中点P代入直线AB,m= 4a- 2b,对直角ΔBC∕O利用勾股定理列出方程因式分解得出a与b的关系,求解方程及验证解的有效性为思路难点。

而如果使用下面的思路二或者思路三,因AB⊥CC∕,kAB=-,得kCC∕=2,所以直线CC∕的解析式为y=2x+b,所以对直角ΔBC∕O用勾股定理得出结论或者算出直线CC∕与直线AB的交点P的坐标,利用点P是CC∕的中点得出结论,避开解复杂方程及验证解的有效性,将问题简单化、具体化。

思路二:连接CC∕,∵直线AB垂直平分CC∕,∴kAB⋅kCC∕=-1.

三、函数思想在共线问题中的应用

例3.(2018·福建)已知抛物线y=ax2+bx+c过点A(0,2).

(2)若该抛物线上任意不同两点M(x1,y1),N(x2,y2)都满足:

当x1<x2<0 时,(x1-x2)(y1-y2)>0;当0<x1<x2时(x1-x2)(y1-y2)<0.以原点O为心,OA 为半径的圆与拋物线的另两个交点为B,C,且△ABC有一个内角为60°.①求抛物线的解析式;

②若点P与点O关于点A 对称,且O,M,N三点共线,求证:PA平分∠MPN.

(2)①解得抛物线的解析式为y=-x2+ 2;

(2)②思路:过点M作y轴的垂线,垂足为点Q,

四、函数思想在定值问题中的应用

例4.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+2ax-3a(a<0)交x轴于A、B两点(A在B的左侧),与y轴交于点C,抛物线的顶点D的纵坐标为4.

(3)过点D作直线DE∥y轴,交x轴于点E,点P是抛物线上B、D两点间的一个动点(点P不与B、D两点重合),直线PA、PB与直线DE分别交于点F、G,当点P运动时,EF+EG是否为定值?若是,试求出该定值;若不是,请说明理由。

思路:易求得抛物线的解析式为y=-x2- 2x+ 3,A(3,0),B(1,0),对称轴x=-1,设P(m,-m2-2m+3),F(-1,f),由kAF=kAP得得f= 2 - 2m;同理设G(-1,g),kBP=kBG得g= 2m+6,∴EF+EG= 2 - 2m+ 2m+ 6= 8为定值.

由此可见,函数思想在中考几何综合题中的应用,就是一种解题思维策略,通过建立函数模型,妙用函数的相关性质,将中考几何综合题中常出现的垂直、长度、定值、面积、最值、平分角和共线等问题具体化、简单化,避开构造复杂辅助线,达到化难为易,化繁为简的目的。

这要求我们学生在平时的学习过程中,做到以下几点:

1.理解、掌握好以下常用的公式和函数性质:两点间距离公式,线段中点坐标公式,过两点的斜率公式以及若A、B、C 三点共线,则kAB=kAC;若直线AB 与CD垂直,则kAB⋅kCD=-1。学以致用,能够用这些公式和性质,求解中考几何综合题。

2.养成建立平面直角坐标系的解题习惯。若题目中有正方形、长方形、直角三角形,可以直角顶点为原点,两直角边所在直线分别为x,y轴建立平面直角坐标系。若有等边三角形或者等腰三角形,可以底边所在直线为x轴,等腰三角形的高所在直线为y轴建立平面直角坐标系,构造函数解析式求解。

3.多尝试、积累、归纳总结。亲身体验解综合题的成功过程,是最好增强信心的方法。多尝试利用函数思想求解中考几何综合题,积累利用函数性质求解的经验,归类总结出能用函数思想求解的题型,通过不断地尝试、积累、归纳总结,内化为自己的知识经验,形成数学能力。

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