“割”、“补”法求二次函数图象中面积最大值
“割”、“补”法求二次函数图象中面积最大值
中考试卷与二次函数相关的压轴题经常要求面积的最大值,其求解的基本
方法
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是“割”、“补”法.下面举例说明:
一、“割”
例1 如图1,已知抛物线 y=x2+bx+c 经过点(1,-5)和(-2,4).
(1)求这条抛物线的解析式.
(2)设此抛物线与直线 y=x 相交于点A,B(点B在点A的右侧),平行于 y 轴的直线 x=m(0,m,5+1)与抛物线交于点M,与直线 y=x 交于点N,交 x 轴于点P,求线段MN的长(用含 m 的代数式表示).
(3)在条件(2)的情况下, 连接OM、BM,是否存在 m 的值,使?BOM的面积S最大,若存在,请求出 m 的值,若不存在,请说明理由.
解:(1)y=x2-2x-4.
(2)MN=-m2+3m+4.
(3)
分析
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:因为?OMB的三边中没有边在坐标轴上(或与坐标轴平行),所以可以考虑把?OMB“割”成?OMN和?BMN(MN?y 轴),因为?OMN和?BMN的边MN上的高之和是一定的,所以MN为底,?OMB的面积可求.
因为S,?BOM,=S,?OMN,+S,?BMN,
OP+12MN?BC =12MN?
=12MN(OP+BC)
=-12(-m2+3m+4)(m+4-m)
=-2m2+6m+8.
当 m=-6-4=32时,S,?BOM,有最大值为252.
例2 如图2,已知O为坐标原点,?AOB=30?,?ABO=90?,且点A的坐标为(2,0).
(1)求点B的坐标;
(2)若二次函数 y=ax2+bx+c 的图象经过A、B、O三点,求此二次函数的解析式;
(3)在(2)中的二次函数图象的OB段(不包括点O、B)上,是否存在一点C,使得四边形ABCO的面积最大,若存在,求出这个最大值及此时点C的坐标;若不存在,请说明理由.
分析:因为四边形OABC的边OA在 x 轴上,所以可以考虑把四边形OABC“割”成?OCD、梯形CDGB、?GAB,只要分别求出?OCD、梯形CDGB、?GAB的面积,即可求出四边形OABC的面积.
解:因为S,?OCD,=12OD?CD=12mn,
S,梯形CDGB,=12(CD+BG)?DG
=12(n+32)?(32-m),
S,?GAB,=12GA?GB=12×12×32,
所以S,四边形OABC,=12mn-12mn+3n4+338-3m4+38=3n4-3m4+32.
因为点C(m,n)在抛物线
y=-233x2+433x 上,
所以 n=-233m2+433m.
所以S,四边形OABC,
=34(-233 m2+433m)-3m4+32
=-32m2+334m+32.
所以当 m=34时,S,四边形OABC,有最大值为25332.此时点C的坐标为(34,538).
评注:当所求面积的图形有边在坐标轴上时,通常用“割”的方法,如例2中的四边形OABC有边OA在 x 轴上,四边形OABC被CD、BG(CD、BG都与 y 轴平行)“割”成?OCD、梯形CDGB、?GAB;当所求面积的图形没有边在坐标轴上(或与坐标轴平行)时,也可以
”后图形有边在坐标轴上(或与坐标轴平行),如例1中?OMB被MN用“割”的方法,使“割
(MN与 y 轴平行)“割”成?OMN和?BMN.
二、“补”
例3 如图3,在直角坐标系中,点A的坐标为(-2,0),连接OA,将线段OA绕原点O顺时针旋转120?,得到线段OB.
(1)求点B的坐标;
(2)求经过A、O、B三点的抛物线的解析式;
(3)在(2)中抛物线的对称轴上是否存在点C,使?BOC的周长最小,若存在,求出点C的坐标;若不存在,请说明理由.
(4)如果点P是(2)中的抛物线上的动点,且在 x 轴的下方,那么?PAB是否有最大面积,若有,求出此时P点的坐标及?PAB的最大面积;若没有,请说明理由(注意:本题中的结果均保留根号)
B(1,3). 解:(1)
(2)y=33x2+233x.
(3)C(-1,33).
(4)分析:作BG?x 轴,PF?y 轴交BG于点F,把?APB“补”成四边形APFB后再“割”为梯形APFG、?AGB即可求出S,?APB,.当然也可以用“割”的方法求S,?APB,.
过点B作BG?x 轴、过点P作PF?y 轴交BG于点F,设P(m,n),
因为S,梯形APFG,=12(PF+AG)?GF
=12,(1-m)+3,?(-n)
=12(4-m)?(-n)
=-2n+12mn,
S,?AGB,=12AG?BG
=12×3×3=332,
S,?PFB,=12PF?BF
=12(1-m)(3-n)
=32-n2-3m2+mn2,
S,?APB,=S,四边形APFB,-S,?PFB,
=S,梯形APFG,+S,?AGB,-S,?PFB,
=-2n+12mn+332-32+n2+3m2-mn2
=-3n2+3m2+3.
因为点P(m,n)在抛物线 y=33x2+233x 上,所以
n=33m2+233m,
所以S,?APB,=-32m2-32m+3.
所以当 m=-12时,S,?APB,有最大值为938.此时点P的坐标为(-12,-34).
例4 已知如图4,矩形OABC的长OA=3,宽OC=1,将?AOC沿AC翻折得到?APC,
(1)填空:?PCO=度,P点坐标为;
(2)若P,A两点在抛物线 y=-43x2+bx+c 上,求 b,c 的值,并说明点C在此抛物线上;
(3)在(2)中的抛物线CP段(不包括C,P点)上是否存在一点M,使得四边形MCAP的面积最大,若存在,求出这个最大值及此时M点的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)?PCO=120?,点P的坐标为(32,32).
)b=3,c=1,抛物线为 y=-43x2+3x+1,易证点C(0,1)在此抛物线上. (2
(3)分析:直接求四边形MCAP的面积,显然不好求.通过“割”的方法也比较繁.倒不如把四边形MCAP与?OCA“补”成五边形MCOAP,然后再把五边形MCOAP“割”成易求面积的梯形COEM、梯形MEDP、?PDA,即可简捷地求解四边形MCAP的面积.
设M(m,n),因为S,梯形COEM,
=12(CO+EM)?OE
=12(1+n)?m
=12m+12mn,
S,梯形MEDP,=12(ME+PD)?DE
=12(n+32)(32-m)
=34n-12mn-34m+338,
所以S,四边形MCAP,=S,五边形MCOAP,-S,?COA,=S,梯形COEM,+S,梯形MEDP,+S,?PDA,-S,?COA,
=(12m+12mn)+(34n-12mn-34m+338)+338-32
=34n-m4+34.
因为点M(m,n)在抛物线 y=-43x2+3x+1上,
所以 n=-43m2+3m+1.
所以S,四边形MCAP,=34(-43m2+3m+1)-m4+34=-33m2+12m+32.
所以当 m=34时,S,四边形MCAP,有最大值为9316.此时点M的坐标为(34,32).
评注:当所求面积的图形没有边在坐标轴上(或与坐标轴平行)时,除用“割”的方法外,还可以用“补”的方法,使“补”后的图形有边在坐标轴上(或与坐标轴平行),然后再用“割”的方法分别求“割”后的图形的面积,如例3中把?APB先“补”成四边形APFB后再“割”为梯形APFG、?AGB;例4中把四边形MCAP先“补”成五边形MCOAP,然后再把五边形MCOAP“割”成易求面积的梯形COEM、梯形MEDP、?PDA.
(初三),,
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等
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