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基础知识和思想方法是初中数学的两大部分,两者有机地结合在一起,成为初中数学教学中的辩证统一体。分类讨论思想是解决问题的基本方法,是利用数学知识处理实际问题的重要思想方法之一,合理利用分类讨论思想解题,可以将繁琐、复杂的数学问题简单化,这也符合新形势下,新课程标准对初中数学教学的能力方面的要求。本文笔者以初中数学中的点、线的变化问题为切入口,巧用一道典型例题,说明分类讨论思想在解决动态问题上的优越性和灵活性。
【典型例题】如图所示,抛物线y=ax2+bx+c,点A的坐标为(-3,0),直线AC的方程为y=kx+b,将其沿y轴向下平移3个单位后恰好经过原点,抛物线的对称轴为x=-2.
(1)求抛物线方程及k和b;
(2)半径为1的圆,其圆心Q为抛物线上一动点,若存在圆与坐标轴相切,求出此时圆心Q点的坐标;若不存在,简要说明理由;
(3)当圆的半径r取何值时,圆同时与两坐标轴相切。
解析:(1)将y=kx+b沿y轴向下平移3个单位后,恰好经过原点,则b=3,点A在直线AC上,所以-3k+3=0即k=1;
∵抛物线的对称轴是直线x=-2.
∴9a-3b+c=0-■=-2c=3,解得a=1b=4c=3 ,∴抛物线方程为y=x2+4x+3.
(2)假设⊙Q在运动过程中,存在⊙Q与坐标轴相切的情况。
设点Q的坐标为(x0,y0).
①当⊙Q与y轴相切时,有x0=1,即x0=±1.
当x0=-1时,得y0=(-1)2+4×(-1)+3=0,∴Q1(-1,0).
当x0=1时,得y0=12+4×1+3=8,∴Q2(1,8).
②当⊙Q与x轴相切时,有y0=1,即y0=±1.
当y0=-1时,得-1=x02+4x0+3,即x02+4x0+4=0,解得x0=-2,∴Q3(-2,-1).
当y0=1时,得1=x02+4x0+3,即x02+4x0+2=0,解得x0=-2±■,∴Q4(-2-■,1),Q5(-2+■,1).
综上所述,存在符合条件的⊙Q,其圆心Q的坐标分别为(-1,0),(1,8),(-2,-1),(-2-■,1),(-2+■,1).
(3)设点Q的坐标为(x0,y0),当⊙Q与两坐标轴同时相切时,有y0=±x0.
由y0=x0,得x02+4x0+3=x0,即x02+3x0+3=0.
∵△=32-4×3=-3<0, ∴此方程無解。由y0=-x0,得x02+4x0+3=-x0,即x02+5x0+3=0,解得x0=■.
∴当⊙Q的半径r=x0=■=■时,⊙Q与两坐标轴同时相切。
【小结反思】本题是以二次函数为载体的中考压轴题的变形,主要考查一次函数、二次函数解析式的确定,以及圆与直线位置关系等知识,特别应注意的是,在第(2)问中圆与坐标轴相切,要注意坐标轴可能是x轴或y轴,各种情况都应该考虑,防止漏解。
总之,这类动态问题中,点、线的运动变化导致了图形的变化,要确定分类的标准。通过“审→画→想→实”的基本步骤,按照分类标准进行合理化实施,最终解决动态几何问题。可见,将分类讨论思想有机地渗透到初中数学的试题中,成为解决数学试题的一大难点,作为一线的初中数学教师在平时的课堂教学中,要注重学生基础知识的夯实和训练,培养学生灵活地运用分类讨论思想解决复杂的动态几何题的能力,最终实现课堂教学效果的最大化。
【典型例题】如图所示,抛物线y=ax2+bx+c,点A的坐标为(-3,0),直线AC的方程为y=kx+b,将其沿y轴向下平移3个单位后恰好经过原点,抛物线的对称轴为x=-2.
(1)求抛物线方程及k和b;
(2)半径为1的圆,其圆心Q为抛物线上一动点,若存在圆与坐标轴相切,求出此时圆心Q点的坐标;若不存在,简要说明理由;
(3)当圆的半径r取何值时,圆同时与两坐标轴相切。
解析:(1)将y=kx+b沿y轴向下平移3个单位后,恰好经过原点,则b=3,点A在直线AC上,所以-3k+3=0即k=1;
∵抛物线的对称轴是直线x=-2.
∴9a-3b+c=0-■=-2c=3,解得a=1b=4c=3 ,∴抛物线方程为y=x2+4x+3.
(2)假设⊙Q在运动过程中,存在⊙Q与坐标轴相切的情况。
设点Q的坐标为(x0,y0).
①当⊙Q与y轴相切时,有x0=1,即x0=±1.
当x0=-1时,得y0=(-1)2+4×(-1)+3=0,∴Q1(-1,0).
当x0=1时,得y0=12+4×1+3=8,∴Q2(1,8).
②当⊙Q与x轴相切时,有y0=1,即y0=±1.
当y0=-1时,得-1=x02+4x0+3,即x02+4x0+4=0,解得x0=-2,∴Q3(-2,-1).
当y0=1时,得1=x02+4x0+3,即x02+4x0+2=0,解得x0=-2±■,∴Q4(-2-■,1),Q5(-2+■,1).
综上所述,存在符合条件的⊙Q,其圆心Q的坐标分别为(-1,0),(1,8),(-2,-1),(-2-■,1),(-2+■,1).
(3)设点Q的坐标为(x0,y0),当⊙Q与两坐标轴同时相切时,有y0=±x0.
由y0=x0,得x02+4x0+3=x0,即x02+3x0+3=0.
∵△=32-4×3=-3<0, ∴此方程無解。由y0=-x0,得x02+4x0+3=-x0,即x02+5x0+3=0,解得x0=■.
∴当⊙Q的半径r=x0=■=■时,⊙Q与两坐标轴同时相切。
【小结反思】本题是以二次函数为载体的中考压轴题的变形,主要考查一次函数、二次函数解析式的确定,以及圆与直线位置关系等知识,特别应注意的是,在第(2)问中圆与坐标轴相切,要注意坐标轴可能是x轴或y轴,各种情况都应该考虑,防止漏解。
总之,这类动态问题中,点、线的运动变化导致了图形的变化,要确定分类的标准。通过“审→画→想→实”的基本步骤,按照分类标准进行合理化实施,最终解决动态几何问题。可见,将分类讨论思想有机地渗透到初中数学的试题中,成为解决数学试题的一大难点,作为一线的初中数学教师在平时的课堂教学中,要注重学生基础知识的夯实和训练,培养学生灵活地运用分类讨论思想解决复杂的动态几何题的能力,最终实现课堂教学效果的最大化。