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“三点一线面积法”模型及其应用

2019-11-25吴国庆朱杰

中学数学杂志(初中版) 2019年5期
关键词:共线垂线直角坐标

吴国庆 朱杰

七年级学生在学习平面直角坐标系后,会遇到一类三点共线问题,由于学生没有学习一次函数知识,这里需要借助构图,利用面积法建立关系来解决问题,

下面举例说明.

在直角坐标系中,A(a,b),B(c,d)(c>a>0,d>b>0)

(1)如图1,点C(x,y)在线段AB上,探求A,B,C三点坐标关系;

(2)如图2,AB和x轴交点为M(x,0),探求A,B,M三点坐标关系;

(3)如图3,AB和y轴交点为N(0,y),探求A,B,N三点坐标关系.

解析 (1)如图1,过A,B,C分别作x轴垂线,垂足分别为D,F,E,由S梯形ADFB=S梯形ADEC+S梯形CEFB可得12(b+d)(c-a)=12(b+y)(x-a)+12(d+y)(c-x),化简整理得:bc+ay+dx=ad+cy+bx;

(2)如图2,过A,B分别作x轴垂线,垂足分别为D,F,由S△MBF=S梯形ADFB+S△AMD可得12(c-x)d=12(b+d)(c-a)+12(a-x)b,化简整理得:ad+bx=bc+dx;

(3)如图3,过A,B分别作x轴垂线,垂足分别为D,F,由S梯形NOFB=S梯形NODA+S梯形ADFB,可得12(y+d)c=12(y+b)a+12(b+d)(c-a),化简整理得:ad+cy=bc+ay.

当共线三点所处位置不同,我们类似构图,通过面积建立三点坐标之间关系,我们不妨将其称为“三点一线面积法”模型,下面例析其应用.

(1)直接应用

例1 如图4,在平面直角坐标系中,△ABC的三个顶点坐标分别为A(1,1),B(5,1),C(4,4),把△ABC先向左平移3个单位长度,再向上平移1个单位长度得到△DEF(其中A与D,B与E,C与F是对应点).

(1)画出△DEF;

(2)设DF与横坐标都是-74的直线交于点R,求点R坐标.图4

解析 (1)画图如图4,D(-2,2),F(1,5);

(2)过D,R,F分别作x轴垂线,垂足分别为M,N,P,设R(-74,y),由“三点一线面积法”模型可以得到:

12(2+5)×3=12(-1.75+2)(2+y)+12(1+1.75)(5+y),解得y=94,所以点R的坐标为(-74,94).

(2)叠合应用

例2 如图5,在直角坐标系中,A(-2,0),B(-1,2),C(1,0),连接AB,点D为AB的中点,连接OB交CD于点E,求四边形DAOE的面积.图5

解析 过D,B,E分别作x轴垂线,垂足分别为M,N,P,设E(x,y),由“三点一线面积法”模型,B,E,O在一条线上得y+2x=0,D,E,C在一条线上得5y+2x=2,联立y+2x=0和5y+2x=2,得E(-0.25,0.5),可求四边形DAOE的面积为1.25.

(3)構造应用

例3 在平面直角坐标系中,已知A(a,0),B(b,0),C(0,6),D(8,0),点P为线段CD上一点,设P(m,n),且有a+2b+m=0,2a+b+m=-5.

(1)如图6,若S△ABP<10,求m的取值范围;

(2)如图7,若a<0,b>0,点B沿y轴方向平移至M,使AM∥CD,若S△ABM=12S△CBD,

求点M的坐标.

解析 (1)过P作x轴垂线,垂足为E,又C,P,D在一条线上,由“三点一线面积法”模型得:3m+4n=24,由条件可得:a=-10-m3,b=5-m3,由

S△ABP=12(5-m3--10-m3)(6-34m)<10,解得m>83.

因为P在CD上,所以m<8,综合知83

(2)将CD平移至AE,由条件知点M在AE上,过E作x轴垂线,垂足为点F,由条件得a=b-5,S△CBD=12(8-b)×6=24-3b,又因为S△ABM=12S△CBD,所以BM=24-3b5,由条件进一步得到A(b-5,0),E(3+b,-6),M(b,24-3b5),因为A,E,M共线,由“三点一线面积法”模型得b=74,所以M(74,-154).

(4)灵活应用

例4 如图8,在平面直角坐标系中,A(4,3),B(3,1),C(1,2).

(1)若点P(m,0)为x轴上一动点,S△PAB>S△ABC,求m的取值范围;

(2)根据“两点之间线段最短”,我们知道,在△ABC中,AB+AC>BC,由不等式性质知AC>BC-AB,即三角形中任意一边大于另外两边之差,由上面提示,在x轴上找一点M,使AM-BM最长.

解析 (1)延长AB交x轴于点M,可

求S△ABC=52,又A,B,M共线,由“三

点一线面积法”模型得M(52,0),因为

S△PAB>S△ABC,所以1252-m(3-1)>52,

解得m<0或m>5;

(2)根据提示,延长AB交x轴于一点,即为所求点M,所以M(52,0).

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