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动中求静,静中求解

2019-01-03邹丽虹

数学教学通讯·初中版 2019年11期
关键词:反比例动点矩形

邹丽虹

[摘  要] 动点问题一直以来都被中学生视为“拦路虎”,无论是在日常学习中,还是中考时,动点问题都是让学生头痛的知识点. 文章以动点问题的特点为切入点,结合实践探索如何于动中求静,静中求解,帮助中学生突破动点问题的重点与难点.

[关键词] 初中数学;动点问题

动点问题为什么常常让中学生谈之色变?首先在于它在中考中的“出镜率”相当高;其次在于它具有较强的综合性,解题方法灵活,题型变化多端,对学生数学知识运用能力是一个很大的考验,学生们常常因为各种失误而导致解题失败.

动点问题主要考查学生的直觉能力,以及能够从诸多变化中准确找到数学实质的洞察力. 动点问题可以让学生们在猜想、归纳和探究中实现数学思维能力的提升. 但不可否认的是,很多学生也会在动点问题上遇到无法跨越的障碍和瓶颈. 笔者通过多年教学实践,了解到学生面对动点问题无法进行准确解答的主要原因在于,他们不会“动中求静”,不能从题目中找到准确的关系式、条件等信息,造成解题困扰. 我们经常用“箩筐”来形容动点问题,因为任何知识都可以装在里面,结合几何内容就会变成几何动点问题,结合二次函数就会成为函数动点问题. 在这些问题中以函数动点问题最为难解,因此本文结合教学实例,重点对函数动点问题进行了详解,以期让中学生在面对动点问题时,学会如何于动中求静,静中求解.

“一次函数”动点问题

例题设计:如图1所示,四边形OABC为矩形,其中点A坐标是(-3,0),点C坐标是(0,1),线段BC上有一与端点B和C均不重合的动点D,过动点D作直线y=+b与折线OAB相交于点E.

[图1]

(1)如果△ODE面积是S,列出S和b的函数关系式;

(2)当点E在线段OA上,且tan∠DEC=,如果矩形OABC关于直线DE的对称图形是OABC,请大家思考两个图形重叠部分面积会不会发生变化,如果没有发生变化那么重叠部分面积是多少?如果发生变化,讲一讲发生变化的原因.

该类题型是關于动态图形面积变化的动点问题,解这类题的关键在于要先看一看对“面积”变化起决定性作用的几个量是不是发生了变化. 这类动点问题难度相对较大,区分度比较明显,对于学生数学思维能力的锻炼和提升十分有益. 而面对这类动点问题,要教会学生们先对题目进行分析:首先,如果想将△ODE的面积表示出来,那么应该从两个方面进行讨论,一方面点E如果在边OA上,只要将△ODE底边OE的长与对应的高,即E点的横坐标和D点的纵坐标求出,再代入三角形面积公式就可以了;另一方面,点E如果在边AB上,那么用长方形OABC面积直接减去△BDE、△OCD和△OAE三个三角形的面积就会得到△ODE面积. 接下来对“重叠部分”进行分析,可以确定的是这部分是平行四边形,这个图形不变的是上下边上的高,所以对重叠部分面积会不会发生改变起决定因素的是边OA上重叠部分的线段长度有没有发生改变. 分析至此,学生们再回过头解题,解题过程就会自然流畅.

解:(1)从题中可知四边形OABC为矩形,点A的坐标是(-3,0),点C的坐标是(0,1),所以点B的坐标是(-3,1). 如果直线经过点A,那么b=,如果经过点B,b=,如果经过点C,b=1. 那么,当折线OAB与直线交点在OA边时,1

-b+×3

b-]=b-b2. 所以当1

[图2]

(2)如图3所示,假如CB和OA相交于M点,OA与CB相交于N点,那么说明矩形OABC和矩形OABC两个图形重叠部分面积就是DNEM这个四边形的面积,从题中可知DM与NE平行,DN和ME平行,所以可以判定四边形DNEM是平行四边形. 结合轴对称知识就能够得出∠MED和∠NED相等,又因为∠MDE与∠NED相等,所以∠MED与∠MDE相等,所以MD和ME相等,故DNEM这个平行四边形是菱形. 过D点作DH垂直于OA,H点为垂足. 根据题意可知=,DH=1,所以HE=2. 假设a是菱形DNEM的边长,那么在Rt△DHN里,通过勾股定理可以得出a2=(2-a)2+12,所以a=,S=NE·DH=. 故两个矩形OABC和OABC重叠部分面积不会有变化,面积一直是.

[图3]

“反比例函数”动点问题

例题设计:如图4所示,一次函数y=kx+b的图像经过两点A,B,坐标分别是(0,-2)和(1,0),它和反比例函数y=的图像于第一象限内相交于M点,如果△OBM面积是2.

(1)列出反比例函数和一次函数表达式;

(2)P点是否存在于x轴上,且能够使AM与MP垂直?如果存在请求出P点坐标,如果不存在请说明原因.

[ 图4]

该例题主要是对一次函数和反比例函数交点问题的考查,其中涉及求解析式所用的“待定系数法”、锐角三角函数定义等知识点,只要让学生对这些知识进行巩固并熟练掌握,解答这类动点问题就会水到渠成. 因此在引导学生进行分析时,对于问题(1)可以让他们先根据题中所列出的已知条件,即一次函数图像经过两点坐标中可以得出与k,b相关的方程组,然后可以进一步得到一次函数的解析式,再设点M的坐标为(m,n),作垂直于x轴的MD,从“△OBM面积是2”的已知条件中将n值求出,再将M点坐标代入“y=2x-2”中将m值求出,再由M点在双曲线y=上就能够将k的值求出,最后将反比例函数解析式求出. 这时再来分析问题(2)就变得简单了:过M点作与AM垂直并与x轴相交于点P的MP,从MD与BP垂直的条件中可得出∠ABO,∠MBD,∠PMD三个角相等,根据锐角三角函数定义求出OP的值,得到结论即可.

解:(1)因为y=kx+b经过坐标分别为(0,-2)和(1,0)的A,B两点,所以b=-2,

k+b=0,解得b=-2,

k=2, 因此一次函数表达式为y=2x-2. 假设过M点(m,n)作垂直于x轴的MD,交点为D点. 因为△OBM的面积是2,所以OB·MD=2,n=2,n=4. 所以将M(m,4)代入函数表达式y=2x-2中就会得到4=2m-2. 所以m=3. 因为M(3,4)在y=双曲线的图像上,所以4=. 故k=12. 因此反比例函数的表达式是y=.

(2)如图5,过点M(3,4)作垂直于AM的MP,并与x轴相交于P点,因为MD与BP垂直,所以得出∠ABO=∠MBD=∠PMD,所以tan∠ABO=tan∠MBD=tan∠PMD===2,所以在Rt△PDM中,=2,由此得出PD=2MD=8,OP=OD+PD=11,点P在x轴上,PM与AM垂直,故P点坐标是(11,0).

[图5]

从教学实践中笔者得到这样的体会,如何帮助中学生克服对动点问题的恐惧,首先要做好学生的心理建设. 其实动点问题中包含着学习和生活的很多哲理,如通过一个数轴示意图就可以引申到人生维度上,单维度上比长度,双维度上比面积,三个维度就比体积. 而在现实生活中如果想做好一件事,就要从多个维度来思考,也许在某个维度上你不存在优势,但如果每个维度都可以提升一点点,那么综合起来的实力也会击败他人. 从这个切入点先给学生们进行心理引导,帮助他们建立起学习的信心. 然后再通过有效的问题分析帮助学生找准解题思路,熟练解题方法,他们就会明白应如何于动中求静,于静中求解. 一旦掌握了这个方法,无论是动点问题还是其他数学问题,都能轻松应对.

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