另辟蹊径 解决二次函数中平行四边形存在性问题
以二次函数为载体的平行四边形存在性问题是近年来中考的热点,其图形复杂,知识覆盖面广,综合性较强,对学生分析问题和解决问题的能力
要求
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高.对这类题,常规解法是先画出平行四边形,再依据“平行四边形的一组对边平行且相等”或“平行四边形的对角线互相平分”来解决.由于先要画出草图,若考虑不周,很容易漏解.为此,笔者另辟蹊径,借助探究平行四边形顶点坐标公式来解决这一类题.
1 两个结论,解题的切入点
数学课标,现行初中数学教材中没有线段的中点坐标公式,也没有平行四边形的顶点坐标公式,我们可帮助学生来探究,这可作为解题的切入点。
1.1 线段中点坐标公式
平面直角坐标系中,点A坐标为(x1,y1),点B坐标为(x2,y2),则线段AB的中点坐标为(
,
).
证明 : 如图1,设AB中点P的坐标为(xP,yP).由xP-x1=x2-xP,得xP=
,同理yP=
,所以线段AB的中点坐标为(
,
).
1.2 平行四边形顶点坐标公式
□ABCD的顶点坐标分别为A(xA,yA)、B(xB,yB)、C(xC,yC)、D(xD,yD),则:xA+xC=xB+xD;yA+yC=yB+yD.
证明: 如图2,连接AC、BD,相交于点E.
∵点E为AC的中点,
∴E点坐标为(
,
).
又∵点E为BD的中点,
∴E点坐标为(
,
).
∴xA+xC=xB+xD;yA+yC=yB+yD.
即平行四边形对角线两端点的横坐标、纵坐标之和分别相等.
2 一个基本事实,解题的预备知识
如图3,已知不在同一直线上的三点A、B、C,在平面内另找一个点D,使以A、B、C、D为顶点的四边形是平行四边形.答案有三种:以AB为对角线的□ACBD1,以AC为对角线的□ABCD2,以BC为对角线的□ABD3C.
3 两类存在性问题解题策略例析与反思
3.1 三个定点、一个动点,探究平行四边形的存在性问题
例1 已知抛物线y=x2-2x+a(a<0)与y轴相交于点A,顶点为M.直线y=
x-a分别与x轴、y轴相交于B、C两点,并且与直线AM相交于点N.
(1)填空:试用含a的代数式分别表示点M与N的坐标,则M( ), N( );
(2)如图4,将△NAC沿y轴翻折,若点N的对应点N′恰好落在抛物线上,AN′与x轴交于点D,连接CD,求a的值和四边形ADCN的面积;
(3)在抛物线y=x2-2x+a(a<0)上是否存在一点P,使得以P、A、C、N为顶点的四边形是平行四边形?若存在,求出点P的坐标;若不存在,试说明理由.
解:(1)M(1,a-1),N(
,-
);(2)a=-
;S四边形ADCN=
;
(3)由已知条件易得A(0,a)、C(0,-a)、N(
,-
).设P(m,m2-2m+a).
①当以AC为对角线时,由平行四边形顶点坐标公式(解题时熟练推导出),得:
,∴
.
∴P1(
,-
);
②当以AN为对角线时,得:
,∴
(不合题意,舍去).
③当以CN为对角线时,得:
,∴
.
∴P2(-
,
).
∴在抛物线上存在点P1(
,-
)和P2(-
,
),使得以P、A、C、N为顶点的四边形是平行四边形.
反思:已知三个定点的坐标,可设出抛物线上第四个顶点的坐标,运用平行四边形顶点坐标公式列方程(组)求解.这种题型由于三个定点构成的三条线段中哪条为对角线不清楚,往往要以这三条线段分别为对角线分类,分三种情况讨论.
3.2 两个定点、两个动点,探究平行四边形存在性问题
例2 如图5,在平面直角坐标系中,抛物线A(-1,0),B(3,0),C(0,-1)三点.
(1)求该抛物线的表达式;
(2)点Q在y轴上,点P在抛物线上,要使以点Q、P、A、B为
顶点的四边形是平行四边形,求所有满足条件点P的坐标.
解 :(1)易求抛物线的表达式为y=
;
(2)由题意知点Q在y轴上,设点Q坐标为(0,t);点P在抛物线上,
设点P坐标为(m,
).
尽管点Q在y轴上,也是个动点,但可理解成一个定点,这样就转化为三定一动了.
①当以AQ为对角线时,由四个顶点的横坐标公式得:-1+0=3+m,
∴m=-4,∴P1(-4,7);
②当以BQ为对角线时,得:-1+m=3+0,∴m=4,∴P2(4,
);
③当以AB为对角线时,得:-1+3=m+0,∴m=2,∴P3(2,-1).
综上,满足条件的点P为P1(-4,7)、P2(4,
)、P3(2,-1).
反思:这种题型往往特殊,一个动点在抛物线上,另一个动点在x轴(y轴)或对称轴或某一定直线上.设出抛物线上的动点坐标,另一个动点若在x轴上,纵坐标为0,则用平行四边形顶点纵坐标公式;若在y轴上,横坐标为0,则用平行四边形顶点横坐标公式.该动点哪个坐标已知就用与该坐标有关的公式.本例中点Q的纵坐标t没有用上,可以不设.另外,把在定直线上的动点看成一个定点,这样就转化为三定一动了,分别以三个定点构成的三条线段为对角线分类,分三种情况讨论.
例3 如图6,在平面直角坐标系中,已知抛物线经过A(-4,0),B(0,-4),C(2,0)三点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)若点M为第三象限内抛物线上一动点,点M的横坐标为m,△AMB的面积为S.求S关于m的函数关系式,并求出S的最大值;
(3)若点P是抛物线上的动点,点Q是直线y=-x上的动点,判断有几个位置能使以点P、Q、B、O为顶点的四边形为平行四边形,直接写出相应的点Q的坐标.
解:(1)易求抛物线的解析式为y=
x2+x-4;
(2)s=-m2-4m(-4
方法
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解决几何问题,体现的是分类讨论思想、数形结合的思想.
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