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二次函数与四边形形状相结合的“存在性”试题解题策略

2008-03-24郑耀文

中学数学杂志(初中版) 2008年2期
关键词:对角线菱形动点

“存在性”问题属于探索性问题的一种,以二次函数为载体的四边形形状“存在性”问题是近几年中考压轴题的热点. 它以能力立意取代知识立意,立足基础,突出能力和数学思想的考查,对学生分析问题和解决问题的能力要求较高,有较高的区分度. 现例举近两年以二次函数为载体的四边形形状“存在性”问题评析如下.

1 与平行四边形形状相结合的存在性问题

如图1,要使四边形ABCD成为平行四边形,根据平行四边形的判定定理,需满足的条件:(1)AD∥BC 且AD=BC ; (2)AD=BC且AB=CD; (3)OA=OC且OB=OD;对于(1)这种需满足两个不同条件的判定方法,我们常常让其中一个条件先满足,再根据所需满足的第二个条件求解.

例1 (2007浙江省)如图2,抛物线y=x2-2x-3与x轴交A、B两点(A点在B点左侧),直线l与抛物线交于A、C两点,其中C点的横坐标为2. (1)求A、B 两点的坐标及直线AC的函数表达式;(2)P是线段AC上的一个动点,过P点作y轴的平行线交抛物线于E点,求线段PE长度的最大值;(3)点G是抛物线上的动点,在x轴上是否存在点F,使A、C、F、G这样的四个点为顶点的四边形是平行四边形?如果存在,求出所有满足条件的F点坐标;如果不存在,请说明理由.

解 (1)令y=0,解得x1=-1或x2=3,所以A(-1,0)、B(3,0);将C点的横坐标x=2代入y=x2-2x-3得y=-3,所以C(2,-3),所以直线AC的函数解析式是y=-x-1.

(2)设P点的横坐标为x(-1≤x≤2)则P、E的坐标分别为:P(x,-x-1),E(x, x2-2x-3),因为P点在E点的上方,PE=(-x-1)-(x2-2x-3)=- x2+x+2,所以当x=12时,PE的最大值是94.

(3)若AF为边,则CG∥AF∥x轴,所以G(0,-3),AF=CG=2,以A为圆心2为半径画弧交x轴于F1、F2,则F1(1,0),F2(-3,0);若AF为对角线,AF、CG交于点D,作CM⊥x轴,GN⊥x轴,垂足分别为M、N,所以△ACM≌△FGN,△CMD≌△FND,所以G点的纵坐标为3,FN=AM=3,所以G1(1+7,3)、G2(1-7,3),因为FN=AM=3,所以F3(4+7,0),F4(4-7,0),存在4个这样的点F,分别是F1(1,0),F2(-3,0),F3(4+,0),F4(4-7,0).

点评 第(3)小题中,因为四个点能组成平行四边形的情况有多种,需分类讨论,把四个点全部找出来有一定的困难.

2 与矩形形状相结合的存在性问题

如图3,要使平行四边形ABCD成为矩形,根据矩形的判定定理,需满足的条件是(1)有一个角(如∠BAD)等于90°. 由勾股定理的逆定理,需满足的数量关系是AB2+AD2=BD2;(2)AC=BD;解题的常见思路是:根据所需的数量关系建立方程模型求解.

例2 (2006年山西)如图4,已知抛物线C1与坐标轴的交点依次是A(-4,0),B(-2,0),E(0,8). (1)求抛物线C1关于原点对称的抛物线C2的解析式;(2)设抛物线C1的顶点为M,抛物线C2与x轴分别交于C,D两点(点C在点D的左侧),顶点为N,四边形MDNA的面积为S,若点A、点D同时以每秒一个单位的速度沿水平方向分别向右、向左运动,与此同时,点M、点N同时以每秒两个单位的速度沿竖直方向分别向下、向上运动,直到点A点D重合为止,求出四边形MDNA的面积S与运动时间t之间的关系式,并写出自变量t的取值范围;(3)当t为何值时,四边形MDNA的面积S有最大值;(4)在运动过程中,四边形MDNA能否形成矩形?若能,求出此时t的值;若不能,请说明理由.

解 (1)抛物线C2的解析式为y=-x2+6x-8,过程从略.

(2)易知M(-3,0),N(3,1),过N作NH⊥AD于H. 当运动到时刻t时,AD=2OD=8-2t,NH=1+2t. 由中心对称的性质有OA=OD,OM=ON,四边形MDNA为平行四边形,则S=2S△ AND =(8-2t)(1+2t)=-4t2+14t+8. 由题设知0≤t <4.

(3) 当t=-b2a=74(属于0≤t<4的范围)时,S有最大值,此时S的最大值为814.

(4)解法1:由(2)知四边形MDNA为平行四边形,若能形成矩形,则AD=MN,所以OD=ON,因此有OD2=ON2=OH2+NH2,即t2+4t-2=0. 解得t1=6-2,t2=-6-2(舍去).

解法2:因为四边形MDNA为平行四边形,若能形成矩形,则需∠AND=90°,由勾股定理的逆定理知,需满足的数量关系是AN2+ND2=AD2,即(AH2+NH2)+(NH2+HD2)=AD2,所以(7-t)2+(1+2t)2+(1+2t)2+(1-t)2=(8-2t)2,得t2+4t-2=0. (同上). 所以在运动过程中,四边形MDNA可以形成矩形,此时t=6-2.

点评 在第(2)小题中涉及动点问题,关键是弄清动点运动的路程是哪一段. 第(4)小题要判断矩形,既可以根据对角线相等的平行四边形是矩形来判断,也可以根据有一个角是90°的平行四边形是矩形来判断.

3 与菱形(正方形)形状相结合的存在性问题

如图5:要使平行四边形ABCD成为菱形,根据菱形的定义及判定定理,需满足的条件是(1)邻边相等,如AB=BC;(2)对角线互相垂直,如AC⊥BD;要使平行四边形ABCD成为正方形,根据菱形及矩形的判定定理,需满足的条件是:对角线相等且互相垂直.

例3 (2007河南)如图6,对称轴x=72的抛物线经过点A(6,0)和B(0,4).

(1) 求抛物线解析式及顶点坐标;

(2) 设点E(x,y)是抛物线上一动点,且位于第四象限,四边形OEAF是以OA为对角线的平行四边形,求平行四边形OEAF的面积S与x之间的函数关系式,并写出自变量x的取值范围;

① 当平行四边形OEAF的面积为24时,请判断平行四边形OEAF是否为菱形?

② 是否存在点E,使平行四边形OEAF为正方形?若存在,求出点E的坐标;若不存在,请说明理由.

4 与等腰梯形形状相结合的存在性问题

图7 图8 如图7:四边形ABCD是梯形,AE⊥BC,DF⊥BC,要使梯形ABCD成为等腰梯形,根据等腰梯形的概念,需满足的条件是(1)AB=CD ;(2)BE=CF; (3)∠B=∠C;在表示AB、CD的长度时,常常需构造Rt△ABE、Rt△CDF,这样首先得表示出BE、CF的长,所以(1)、(2)两种判定方法,我们常常以(2)这种判定方法作为判定等腰梯形的首选方法.

例4 (2007重庆)如图8:已知,在Rt△OAB中,∠OAB=90°,∠BOA=30°,AB=2,若以O为坐标原点,OA所在直线为x轴,建立如图8所示的平面直角坐标洗,点B在第一象限内. 将Rt△OAB沿OB折叠后,点A落在第一象限内的点C处.

(1) 求点C的坐标;

(2) 若抛物线y=ax2+bx(a≠0)经过C、A两点,求此抛物线的解析式;

(3) 若抛物线的对称轴与OB交于点D,点P为线段DB上一点,过P作y的平行线,交抛物线于点M. 问:是否存在这样的点P,使得四边形CDPM为等腰梯形?若存在,请求出此时点P的坐标;若不存在,请说明理由.

点评 本题综合考查了求点的坐标、求抛物线的解析式、解直角三角形等知识,既是代数与几何的有机结合,又有运动与静止的辩证统一. 第(3)小题解法1,由一边上两个角相等的梯形是等腰梯形,得出等腰梯形CDPM的顶点M即为直线CB与抛物线的交点,需要学生有较强的观察能力及分析问题的能力,有一定的难度.

作者简介:郑耀文,1972年11生, 大学本科,中学一级教师. 主要从事于“如何开展课外合作学习”的研究,所参与的该课题获市二等奖,多次获"希望杯"优秀辅导员称号.

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