抛物线为舞台三角板导演探究性问题

来源 :考试·中考版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pp6vip123
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  将三角板按某种方式镶嵌于平面直角坐标系两坐标轴之间(或抛物线中),然后以“旋转”为图形的变换策略,让三角板“动”起来,设计而成的开放探索性问题,为学生创设了一个动态的可实践操作的数学环境,让学生经历观察分析——猜想判断并进行说理验证的数学活动过程,进而感悟知识的发生、发展过程.解决此类问题我们既要抓住三角板固有的性质特征、理解旋转变换的本质特点,又要学会添加适当的辅助线构造出需要三角形全等及相似关系,更要掌握抛物线相关知识,方可迎忍而解.本文举例加以剖析与读者共赏.
  1. 抛物线上等腰直角三角形的顶点是否存在问题
  例1 (2011年?东营市)在平面直角坐标系中,现将一块等腰直角三角板ABC放在第一象限,斜靠在两坐标轴上,且点A(0,2).点C(1,0),如图所示;抛物线y=ax2-ax-2经过点B.
  (1) 求点B的坐标;
  (2) 求抛物线的解析式;
  (3) 在抛物线上是否还存在点P(点B除外).使△ACP仍然是以AC为直角边的等腰直角三角形?若存在,求所有点P的坐标;若不存在.请说明理由.
  分析 (1)过点B作BD⊥x轴,垂足为D,只要求得BD、CD值便可得到点B的坐标,这可由△BCD≌△CAO,根据对应边相等得到.
  (3) 先构造出以AC为直角边的等腰直角三角形,此时应分类考虑,分点C、A为直角顶点,再求出第3个顶点的坐标代入抛物线的解析式,适合就存在,反之就不存在.
  解 过点B作BD⊥x轴,垂足为D,
  ∵ ∠BCD+∠ACO=90°,∠ACO+∠CAO=90°
  ∴ ∠BCD=∠CAO;
  又∵ ∠BDC=∠CAO=90°;CB=AC,
  ∴ △BCD≌△CAO,
  ∴ BD=OC=1,CD=OA=2
  ∴ 点B的坐标为(3,1);
  (2) 抛物线y=ax2-ax-2经过点B(3,1),则可得到1=9a-3a-2,解得a=,所以抛物线的解析式为y=x2-x-2;
  (3) 假设存在点P,使得△ACP仍然是以AC为直角边的等腰直角三角形:
  ① 若以点C为直角顶点;
  则延长BC至点P1,使得P1C=BC,得到等腰直角三角形△ACP1,
  过点P1作P1M⊥x轴,
  ∵ CP1=BC,∠MCP1=∠BCD,∠P1MC=∠BCD=90°;
  ∴ △MP1C≌△DBC
  ∴ CM=CD=2,P1M=BD=1,可求得点P(-1,-1);
  ② 若以点A为直角顶点;
  则过点A作AP2⊥CA,且使得AP2=AC,得到等腰直角三角形△ACP2,
  过点P2作P2N⊥y轴,同理可证△AP2N≌△CAO;
  ∴ NP2=OA=2,AN=OC=1,可求得点P(-2,1);
  经检验,点P(-1,-1)与点P(-2,1)都在抛物线y=x2-x-2上.
  评注:本题以三角板为实验操作工具,抛物线为问题背景设计了一个考查三角形全等知识,及图形轴对称、旋转变换思想,求点P(-1,-1)与点P(-2,1)时又涉及到分类讨论的思想.
  2. 旋转变换后三角形顶点是否在抛物线上探究
  例2 (2009年?庆阳市)如图2-1,在平面直角坐标系中,将一块腰长为的等腰直角三角板ABC放在第二象限,且斜靠在两坐标轴上,直角顶点C的坐标为(-1,0),点B在抛物线上.
  (1) 点A的坐标为     ,点B的坐标为     ;
  (2) 抛物线的关系式为     ;
  (3) 设(2)中抛物线的顶点为D,求△DBC的面积;
  (4) 将三角板ABC绕顶点A逆时针方向旋转90°,到达的位置.请判断点、是否在(2)中的抛物线上,并说明理由.
  分析 (1) 确定点A、B的坐标,只要求出线段OA、CB的长度即可.观察图形,在Rt△AOC中由勾股定理得OA=2,过点B作BE⊥x轴于E,易证△AOC≌△CEB,所以CE=AO=2,EB=OC=1,故A(0,2), B(-3,1).
  (2) 将点B(-3,1)代入抛物线得y=ax2+ax-2得a=所以抛物线的关系式为y=x2+x-2.
  (3) 欲求△DBC的面积,设直线BD交x轴于点F如图,可以转化为求△BFC的面积+△DFC的面积,而它们具有公共的底边FC其高分别是点B与D的纵坐标,因而只需求出点F、D的坐标即可.
  将抛物线的解析式配方得抛物线的顶点D(-,-).
  设直线BD的关系式为y=kx+b, 将点B、D的坐标代入,求得k=-,b=-,
  ∴ BD的关系式为y=-x-.
  设直线BD和x轴交点为F,则点F(-,0),CF=.
  ∴?摇△DBC的面积为××(1+)=.
  (4) 根据旋转的特征,只要求出点B′与C′的坐标代入抛物线的解析式,适合说明在抛物线线,否则不在抛物线上.
  如图,过点B′作B′M轴于点M,过点B作BN⊥y轴于点N,过点C′作C′P⊥y轴于点P.
  在Rt△AB′M与Rt△BAN中,
  ∵ AB=AB′, ∠AB′M=∠BAN=90°-∠B′AM,
  ∴ Rt△AB′M≌Rt△BAN.
  ∴ B′M=AN=1,AM=BN=3, ∴ B′(1,-1).
  同理△AC′P≌△CAO,C′P=OA=2,AP=OC=1,可得点C′(2,1);
  将点B′、C′的坐标代入y=x2+x-2,可知点B′、C′在抛物线上. (事实上,点P与点N重合)
  3. 三角板直角边与抛物线交点间线段过定点的坐标的探索
  例3 (2011年?株洲市)孔明是一个喜欢探究钻研的同学,他在和同学们一起研究某条抛物线y=ax2(a<0)的性质时,将一把直角三角板的直角顶点置于平面直角坐标系的原点O,两直角边与该抛物线交于A、B两点,请解答以下问题:   (1) 若测得OA=OB=2(如图),求a的值;
  (2) 对同一条抛物线,孔明将三角板绕点O旋转到如图2所示位置时,过B作BF⊥x轴于点F,测得OF=1,写出此时点B的坐标,并求点A的横坐标;
  (3) 对该抛物线,孔明将三角板绕点O旋转任意角度时惊奇地发现,交点A、B的连线段总经过一个固定的点,试说明理由并求出该点的坐标.
  解 (1) 设线段AB与y轴的交点为C,由抛物线的对称性可得C为AB中点,
  ∵ OA=OB=2,∠AOB=90°,
  ∴ AC=OC=BC=2, ∴ B(2,-2)
  将B(2,-2)代入抛物线y=ax2(a<0)得,a=-.
  (2) 解法一:过点A作AE⊥x轴于点E,
  ∵ 点B的横坐标为1, ∴ B((1,-),
  ∴ BF=.?摇又∵ ∠AOB=90°,易知∠AOE=∠OBF,又∠AEO=∠OFB=90°,
  ∴ △AEO∽△OFB, ∴ ===2
  ∴ AE=2OE
  设点A(-m,-m2)(m>0),
  则OE=m,AE=m2, ∴ m2=2m
  ∴ m=4,即点A的横坐标为-4.
  解法二:过点A作AE⊥x轴于点E,
  ∵点B的横坐标为1, ∴ B (1,-),
  ∴ tan∠OBF===2
  ∵ ∠AOB=90°,易知∠AOE=∠OBF,
  ∴ =tan∠AOE=tan∠OBF=2, ∴ AE=2OE?摇
  设点A(-m,-m2)(m>0),
  则OE=m,AE=m2, ∴ m2=2m
  ∴ m=4,即点A的横坐标为-4.
  解法三:过点A作AE⊥x轴于点E,
  ∵点B的横坐标为1, ∴ B (1,-),
  设A(-m,-m2)(m>0),则
  OB2=12+()2=,OA2=m2+m4,AB2=(1+m)2+(-+m2)2,
  ∵ ∠AOB=90° ∴ AB2=OA2+OB2,
  ∴(1+m)2+(-+m2)2=(1+m)2+(-+m2)2,
  解得:m=4,即点A的横坐标为-4. ?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇
  (3) 解法一:设A(-m,-m2)(m>0),B(n,-n2)(n>0),
  设直线AB的解析式为:y=kx+b,则
  mk+b=-m2  (1)nk+b=-n2   (2),
  (1)×n+(2)×m得,(m+n)b=-(m2n+mn2)=-mn(m+n),
  ∴ b=-mn
  又易知△AEO∽△OFB, ∴ =,
  ∴ =, ∴ mn=4
  ∴ b=-×4=-2.由此可知不论k为何值,直线AB恒过点(0,-2)
  解法二:设A(-m,-m2)(m>0),B(n,-n2)(n>0),
  直线AB与y轴的交点为C,根据
  S=S-S-S=S+S,可得
  ?(n2+m2)(m+n)-?m?m2-?n?n2=?OC?m+?OC?n,
  化简,得OC=mn.
  又易知△AEO∽△OFB,∴ =,∴ =, ∴ mn=4 ∴ OC=2为固定值.故直线AB恒过其与y轴的交点C(0,-2)
  说明:mn的值也可以通过以下方法求得.
  由前可知,OA2=m2+m4,OB2=n2+n4,AB2=(m+n)2+(-m2+n2)2,
  由OA2+OB2=AB2,得:(m2+m4)+(n2+n4)=(m+n)2+(-m2+n2)2,
  化简,得mn=4.
  4. 探索三角板导演的四边形面积的最值问题
  例4 (2009年?芜湖市)如图3,在平面直角坐标系中放置一直角三角板,其顶点为A(-1,0),B(0,),O(0,0),将此三角板绕原点顺时针旋转,得到.
  (1) 如图,一抛物线经过点A、B、B′,求该抛物线解析式;
  (2) 设点P是在第一象限内抛物线上一动点,求使四边形PBAB′的面积达到最大时点P的坐标及面积的最大值.
  分析:(1)观察图形,根据旋转的性质可知△A′OB′≌△AOB,所以OB′=OB=故点B的坐标为(,0),
  因为抛物线过A(-1,0),B(,0)可设抛物线的解析式y=a(x+1)(x-)(a≠0)
  又∵抛物线过B(0,),将坐标代入上解析式得:=a×1×(-),解之得a=-1
  ∴ y=-(x+1)(x-).即满足条件的抛物线解析式为y=-x2+(-1)x+.
  (2) (解法一):先用点P(x,y)坐标表示出四边形PBAB′的面积,再利用二次函数最值求四边形面积的最大值.
  如图,∵ P为第一象限内抛物线上一动点,设P(x,y),则x>0,y>0. P点坐标满足y=-x2+(-1)x+
  连接PB,PO,PB′.
  ∴ S四边形PBAB′=S△BAO+S△PBO+S△POB′
  =+x+y=(x+y+1)
  =[x-x2+(-1)x++1]
  =[-x-2+]
  当x=时,S四边形PBAB′最大.此时,y=.即当动点P的坐标为,时, S四边形PBAB′最大,最大面积为 .
  (解法二):根据三角形的面积公式可知:当底一定时,高愈大面积愈大,高达到最大值时,面积也达到最大值.
  如图,连BB′,∵ P接为第一象限内抛物线上一动点, ∴ S四边形PBAB′=S△ABB′+S△PBB′,且△ABB′的面积为定值, ∴ S四边形PBAB′最大时S△PBB′必须最大.
  ∵ BB′长度为定值,∴ S△PBB′最大时点P到BB′的距离最大.
  即将直线BB′向上平移到与抛物线有唯一交点时,P到BB′的距离最大.
  设与直线BB′平行的直线l的解析式为y=-x+m联立
  y=-x+my=-x2+(-1)x+
  x2-x+m-=0.
  令Δ=()2-4(m-)=0.
  解得m=+. 此时直线l的解析式为:
  y=-x++y=-x2+(-1)x+
  解得x=y=
  ∴直线l与抛物线唯一交点坐标为P,,设l与y轴交于E,则BE=+-=. 过B作BF⊥l于F,在Rt△BEF中,∠FEB=45°. ∴ BF=sin45°=.
  过P作PG⊥BB′于G,则P到BB′的距离d=BF=. 此时PBAB′四边形的面积最大.
  ∴ S四边形PBAB′的最大值=AB′?OB+BB′?d=(+1)×+××=.
  综上所述,可以看出此类题型取材于学生身边熟悉的数学工具,易于动手操作,能够有效地促进学生学习方式的转变.符合新课程中“有效的数学学习活动不能单纯地依赖模仿与记忆,动手实践、自主探索是学生学习数学的重要方式”的基本理念.同时此类问题富有挑战性、趣味性,能够激发学生探究热情,有利于学生主动的进行观察、实验、猜想、推理与证明.解决此类问题要充分发挥特殊角30°、45°、60°、90°及等腰三角形的性质、直角三角形的性质的作用,同时更应深刻的理解抛物线结构特征及其性质,掌握图形旋转的特征,借助图形的全等与相似这一有力工具,辅助于待定系数法及数形结合思想为导航,化“动”为“静”,便可智取问题的答案.
其他文献
美国国际人民交流协会图书与情报学代表团于1985年4月访问了我国。代表团成员是由美国主要团体机构的著名图书与情报学专业家组成,团长是麻省波士顿西蒙斯学院图书馆与资料
一、 案例主题  为深入开展新课程标准下的课堂教学改革实验工作,优化课堂教学结构,提高课堂教学效率,提升教育教学质量,减轻学生课业负担,培养学生学习能力.结合我校实际情况与兄弟学校先进的教改经验,制定四环六步的教学模式.四环是指课前导学、课堂互动、课后三清、家校一体.六步教学环节是指明确目标、学生自学、演练展示、教师精讲、当堂检测、总结评价.本节课是笔者用四环六步教学模式在多媒体教室上的一节公开课
在二次函数中,有一类题,可以利用平行于y轴的直线被两函数所截线段长度解决问题.我们来看几个求面积定值的例题,希望对大家有所启发.一、截正比例与反比例函数求面积为定值例
据美国《防务新闻》周刊2013年11月11日报道,印度计划使用新研制的普拉卡提导弹取代大地1导弹。该新型导弹曾在10月29日开幕的韩国国际展览中心防务展上首次亮相。与大地1不
人曼氏裂头蚴病是迭宫绦虫第3期幼虫引起的感染性疾病,临床较为少见,容易误诊[1].为提高临床对曼氏裂头蚴病的认识水平,现将桐乡市2010年发现的因活吞泽蛙致曼氏裂头蚴病2例
一道中等难度水平的试题居然难倒了部分教师,这完全出乎命题者的意料之外.是命题者错误地估计了该题的难度系数?还是老师们觉得题目太简单而不值得一做?或是老师们真的不会做
美国《防务内情》2013年8月30日报道,美国海军正在试图缩短弗吉尼亚级潜艇的战斧导弹连续发射时间间隔。有关人士称,导弹的最小发射时间间隔可降低敌方探测潜艇的风险。美国
阜阳市局 £4a 局长——_MINtkMMtgj’#lnH$B——q.M——D收束志不他只邀狲位J则【科校为先导推动地租工作.B为广为戳民U用凶盼引眯B.习.互们羹宽.互狈槽竺汹IAn.刊 办好杂志。必
Bidwell著《植物生理学》(1979年第二版)确实是部很好的大学参考教材,这已有过评论。现在有了刘富林同志翻译的汉语译本,就为更多的教师、学生和多方面的读者学习现代植物生
打开《预测与前提》,一定会被托夫勒新奇的立论深深地吸引住的,至于我,感兴趣的还有一个原因:这本由作者与编辑采访者合作写成的对话体著作,不时可以见到双方意见相左的 Op