浅谈平面直角坐标系内三角形的坐标面积公式的推导及应用

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  【摘要:】本文在平面直角坐标系中寻求一种既能解决定点三角形面积问题,又能解决动点三角形面积问题的方法,并把这种方法以公式的方式固定下来,以提高学生对数形结合的理解能力和解决实际问题的能力.
  【关键词:】坐标面积公式、定点、动点、逆向思维
  初中阶段求三角形面积的方法有很多,常见的有直接计算法与割补法.本文在此基础上总结出一种利用坐标计算三角形面积的方法,对涉及平面直角坐标系中三角形面积问题时,用这种方法计算能省时省力.
  一、平面直角坐标系内三角形的坐标面积公式的推导
  例1,如图,三角形ABC的三个顶点的坐标分别为A(xA,yA)、B(xB,yB)、C(xC,yC),求S△ABC.
  解:过点A 作EF∥x轴,分别过点B、C作y轴的平行线交直线EF于点E、F,
  S△ABC= S梯形EBCF-S△AEB-S△AFC
  = (yA-yB+yA-yC)(xC-xB)- (yA-yB)(xA-xB)- ( yA-yC)(xC-xA)
  = [( xA yB + xB yC + xC yA)-(yA xB + yB xC + yC xA)]
  把上式中的xA yB 、 xB yC 、 xC yA、yA xB 、 yB xC 、 yC xA分别记为①、②、③、④、⑤、⑥,则三角形ABC的面积公式可以表示为:
  则S△ABC= [(①+②+③)-(④+⑤+⑥)]
  如果把三角形ABC的三个顶点的坐标按逆时针排序如下:
  则公式S△ABC= [(①+②+③)-(④+⑤+⑥)]可以描述为:三角形三个顶点的坐标逆时针排序一周,则这个三角形的面积等于“大跨度积之和”与“小跨度积之和”之差除以2.
  如果把三角形ABC的三个顶点的坐标按顺时针排序如下:
  则 [(⑥+⑤+④)-(③+②+①)]=- [(①+②+③)-(④+⑤+⑥)],这时S△ABC= [(①+②+③)-(④+⑤+⑥)]=- [(⑥+⑤+④)-(③+②+①)],这个公式可以描述为:三角形三个顶点的坐标顺时针排序一周,则这个三角形的面积等于“大跨度积之和”与“小跨度积之和”之差除以2的相反数.
  二、三角形坐標面积公式的应用
  (一) 求定点三角形的面积
  例2,、已知,三角形三个顶点的坐标分别为A(-2,3)、B(6,-1) 、
  C(4,5),求S△ABC.
  解法一(点的坐标逆时针排序一周):
  ∴S△ABC= [(①+②+③)-(④+⑤+⑥)](三角形坐标面积公式)
  = [(2+30+12)-(18-4-10)]
  = ×40
  =20
  解法二(点的坐标顺时针排序一周):
  ∴S△ABC=- [(⑥+⑤+④)-(③+②+①)](三角形坐标面积公式)
  =- [(-10-4+18)-(12+30+2)]
  =- ×(-40)
  =20
  (二) 求动点三角形的面积
  例3,、如图,在直角坐标系中,直线AB与抛物线y=x2+x的交点A、B的坐标为A (-1,0)、B(1,2).
  (1)在抛物线上是否存在点Q (x,y),且-1  (2)在抛物线上是否存在点P,使S△ABP=2?若存在,求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
  解:(1)结论:存在.
  理由:∵点Q的坐标为(x,y),且在抛物线上,
  ∴Q点的纵坐标y=x2+x,
  △ABQ三个顶点的坐标逆时针排序一周如下:
  ∴S△ABQ= [(①+②+③)-(④+⑤+⑥)] (三角形坐标面积公式)
  = [(-y +2x+0)-(0+ y-2)]
  = (-2y +2x+2)
  =-y +x+1
  =-(x2+x)+x+1
  =-x2 +1
  当x=- =- =0时,S△ABQ最大=1,此时y=x2+x=02+0=0.
  ∴满足条件的点Q的坐标为(0,0),S△ABQ的最大值为1.
  (2)结论:存在.
  理由:设点P的坐标为(x,y),且在抛物线上,
  ∴P点的纵坐标y=x2+x,
  以上△ABP三个顶点的坐标排序可能是逆时针(x<-1或x>1),也可能是顺时针(-1< x<1),
  ∴ [(①+②+③)-(④+⑤+⑥)]=±2(三角形坐标面积公式)
  [(-2+ y +0)-(0+2x-y)]=±2
  y-x-1=±2
  (x2+x)-x-1=±2
  x2-1=±2
  可得两个方程:x2=3,x2=-1(无解),
  解x2=3,得x1=- ,x2= ,从而可得y1=3- ,y2=3+ .
  ∴满足条件的点P的坐标有两个点P1(- ,3- )、P2( ,3+ ).
  总之,三角形的面积用坐标的形式公式化以后,可为学生提供解决定点简单问题和动点复杂问题的通法,对解决实际问题起到事半功倍的作用.
  参考书目
  初、高中教材
  《数学公式大全》
  作者姓名李春红,邮编652100,电话13518705803,地址:昆明市宜良县第二中学,邮箱498396017@qq.com
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