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抛物线中平行四边形存在性问题探究

2023-04-16毛丽丽

初中生学习指导·中考版 2023年4期
关键词:对角线动点画图

毛丽丽

抛物线背景下的平行四边形存在性问题是中考的热点,常见的考查类型有两种:一是已知平行四边形的三个顶点,求解第四个顶点,即“三定一动”型;二是已知平行四边形的两个顶点,求解其余两个顶点,即“两定两动”型.下面与同学们探究此类问题的解题策略.

考点提炼

考点1:“三定一动”型

例1 平面直角坐标系中,点A,B,C是不在同一直线上的三点,点D是坐标平面内一点,若以A,B,C,D为顶点的四边形为平行四边形,请求出点D的坐标.

解题思路:分类—画图—计算

易错点:不会画图,或者画图不全面,或者计算复杂,导致漏解错解.

解题要点:(1)分类:①以AB,BC为边(或以AC为对角线);②以AC,BC为边(或以AB为对角线);③以AB,AC为边(或以BC为对角线).

(2)画图:

方法1:两组对边分别平行的四边形是平行四边形,据此作平行线即可得平行四边形.

如图1,连接AB,BC,AC,分别过点A,B,C作其对边的平行线,三条直线的交点为D1,D2,D3,则四边形ABCD1,ACBD2,ABD3C均为平行四边形.

方法2:两条对角线互相平分的四边形是平行四边形,据此倍长中线即可得平行四边形.

如图2,延长AC,AB,BC边上的中线,使延长部分与中线相等,得到点D1,D2,D3,连接D1D2,D1D3,D2D3. 则四边形ABCD1,ACBD2,ABD3C均为平行四边形.

(2)计算:以求解D1为例,设A(xA,yA),B(xB,yB),C(xC,yC),D1(xD1,yD1).

方法1:如图3,过点A,D1分别作y轴的平行线,过点B,C分别作x轴的平行线,交点分别为E,F. 由AB[⫽]CD1,AB = CD1得△ABE ≌ △D1CF,∴CF = BE,D1F = AE,即xD1 - xC = xA - xB,yD1 - yC = yA - yB.由此可求得D1的坐标为(xA + xC - xB,yA + yC - yB).

方法2:如图4,设点M为AC,BD1中点,由中点坐标公式得,[xA+xC2=xM=xB+xD12],[yA+yC2=yM=yB+yD12](若对中点坐标公式不熟悉,可结合图5理解),由此可求得D1的坐标为(xA + xC - xB,yA + yC - yB).

综上,无论利用平行四边形何种判断方法画图,都可得到平行四边形四个顶点坐标之间的关系,从而求得第四个頂点的坐标.

其实,在“三定一动”型题目中,我们还常见到一种简单情况,如已知A,B,C三个定点,在坐标平面内寻找点D,使得四边形ABCD为平行四边形,此种题目为确定问题,无须再分类,为上述考点分类中的一种情况.

考点2:“两定两动”型

例2 如图6,平面直角坐标系中,点A,B是两个定点,点C为某直线上一个动点,点D是某抛物线上一个动点,若以A,B,C,D为顶点的四边形为平行四边形,请求出点C,D的坐标.

解题思路:分类—画图—计算.

易错点:不会画图,画图不全面,或者计算复杂,导致漏解错解.

解题要点:(1)分类:①以AB为边;②以AB为对角线.

(2)画图:可先将直线上点C位置确定,再寻找满足条件的点D.当以AB为边时,利用与AB平行且相等画CD,得到以A,B,C,D为顶点的平行四边形;当以AB为对角线时,取AB中点M,利用DM = CM,画出点D,得到以A,B,C,D为顶点的平行四边形.

(3)计算:从上述画图过程可知,将“两定两动”型转化为“三定一动”型,进而借助考点1的计算方法即可求点D的坐标.

真题精讲

例3 (2022·辽宁·阜新)已知二次函数[y=-x2+bx+c]的图象交x轴于点A( - 1,0),B(5,0),交y轴于点C.

(1)求这个二次函数的表达式;

(2)已知P是抛物线上一点,在直线BC上是否存在点Q,使以A,C,P,Q为顶点的四边形是平行四边形?若存在,直接写出点Q坐标;若不存在,请说明理由.

解析:(1)用待定系数法求得二次函数表达式为[y=-x2+4x+5].

(2)由(1)得点C的坐标为(0,5),直线BC的表达式为:[y=-x+5].借助考点2的解题思路和要点分析问题.

根据两动点所满足的函数关系,设点P的坐标为([m],[-m2+4m+5]),点Q的坐标为([n],[-n+5]).

如图7,以AC为边,探究点Q在线段BC上,画图得平行四边形AQ1P1C.

则有[-1+m=0+n,0+(-m2+4m+5)=5+(-n+5) ,]解得[m1=2,n1=1,][m2=3,n2=2.]

如图8,以AC为边,探究点Q在线段CB的延长线上,画图得平行四边形AP2Q2C.

则有[-1+n=0+m,0+(-n+5)=5+(-m2+4m+5) ,]

解得[m1=6,n1=7,][m2=-1,n2=0.](不符合题意,舍去)

如图9,以AC为对角线,探究点Q在直线BC上,最终当点Q在线段BC的延长线上时画图得平行四边形AP3CQ3.

则有[-1+0=m+n,0+5=(-m2+4m+5)+(-n+5) ,]解得[m1=6,n1=-7,] [m2=-1,n2=0.](不符合题意,舍去)

综上所述,点Q的坐标为(1,4),(2,3),(7, - 2),( - 7,12).

点评:本题中对平行四边形的探究开放性强,有一定难度,解题第一个关键步骤是在明确分类的情况下画图探究,第二个关键步骤是用含字母的代数式表达动点坐标,借助平行四边形四个顶点坐标之间的关系解决问题.

总结提升

抛物线背景下平行四边形存在性问题,从“几何角度”切入问题,以边、对角线构造平行四边形画出图形,然后再利用相对顶点(可简称对点)坐标间关系列出方程组求解,这种数形结合解决问题是一种常用方法.随着解题经验越来越丰富,我们可以将数形结合的方法简化为盲解盲算的代数方法,可以简称为“对点法”. 无论是“三定一动”型,还是“两定两动”型,甚至是“四动”,都可以用对点法直接计算.

具体做法如下:对于以A,B,C,D为顶点的平行四边形,设A(xA,yA),B(xB,yB),C(xC,yC),D(xD,yD),当点A和点B相对时,可得[xA+xB=xC+xD,yA+yB=yC+yD;]当点A和点C相对时,可得[xA+xC=xB+xD,yA+yC=yB+yD;]当点B和点C相对时,可得[xB+xC=xA+xD,yB+yC=yA+yD.]利用以上方程组即可得到所求动点坐标.这种从“代数角度”思考解决问题的方法,不易漏解,而且动点越多优越性越明显. 同时应该注意题目中顶点位置的特殊性,若其中一边与y轴平行,除用上述通法解决问题,还可利用特殊解法求解.

专题精练

如图10,已知二次函数[y=-38x2+bx+c]的图象与x轴交于点A,C,与y轴交于点B,直线[y=34x+3]经过A,B两点,点D为线段AB中点.

(1)求抛物线的表达式.

(2)在坐标平面内是否存在一点E,使得以C,B,D,E为顶点的四边形为平行四边形?若存在,请求出点E的坐标;若不存在,请说明理由.

(3)点Q是抛物线对称轴上的一动点,在抛物线上是否存在点F,使得以C,D,Q,F为顶点的四边形是平行四边形?若存在,请直接写出点F的坐标;若不存在,请说明理由.

答案:(1)[b=-34],[c=3];

(2)存在,点E的坐标为[4,32] ,[0,-32], [-4, 92];

(3)存在,点F的坐标为[1,158], [3,-218], [-5,-218].

(作者单位:沈阳市于洪区教育研究中心)

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