一类面积最值问题解法探究

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  【摘 要】数学的特点之一就是它具有严密的系统性,数学的知识、思想、方法之间都有密切的内在联系。要理解和掌握数学的知识、思想和方法,不仅要理解和掌握数学的每一个知识、思想和方法,而且还要理解和掌握数学的知识、思想、方法之间的内在联系。那么善于总结归纳数学思想与方法是学好数学的必须。
  【关键词】面积;抛物线;二次函数
  本文以一道习题的多种解题方法出发,体会总结归纳数学思想方法对数学学习的好处。
  问题:已知抛物线y=ax2+bx+c沿x轴向右平移2个单位后所得抛物线为y=ax2-4ax+4a+1,正方形ABCD的中心在坐标原点,其边分别平行于坐标轴,以O为圆心的圆在第二象限内与正方形ABCD相交于点P、Q,且P、Q在抛物线y=ax2+bx+c上。
  (1)求a的取值范围;
  (2)设AB交X轴于点E,若PE⊥EC.求E、C两点的坐标;
  (3)在(2)的条件下,设直线AC与y=ax2+bx+c相交于M、N,问在直线AC上方的抛物线y=ax2+bx+c上,是否存在一点T,使得△MNT的面积最大?若存在求出最大面积,并指出此时T的坐标,若不存在,请说明理由。
  考点:二次函数综合题
  分析:(1)分析说理或论证均可。
  (2)利用相似求出P、Q,坐标是关键。
  (3)如何求面积最大值,利用代数或几何方法均可,这将是本文探究的重点。
  解析:
  (1)通过观察y=ax2-4ax+4a+1,不难发现y=a(x-2)2+1,将其沿x轴向左平移2个单位后就成了y=ax2+bx+c,故y=ax2+bx+c即为y=ax2+1。
  方法一(叙述说理)
  ∵y=ax2+1的对称轴为y轴,经过P、Q两点
  ∴抛物线的开口必须向下
  ∴a<0
  方法二(论述说理)
  设P(xp,yp) Q(xQ,yQ),将其带入y=ax2+1得
  yp=axP2+1,yQ=axQ2+1
  ∴axP2-axQ2=yp-yQ
  ∴a(xp+xQ)(xp-xQ)=yp-yQ
  ∵yp>yQ,,xp>xQ,xp<0,xQ<0
  ∴xp+xQ<0,xp-xQ:>0,yp-yQ>0
  ∴a=  <0
  (2)易知△APE∽△BEC,故有  =  =  ,设E点坐标为(x0,0),则P(  x0,-x0),根据HL知△PHOE≌△QEO,故Q(x0,-  x0),将P,Q坐标代入y=ax2+1中得:
  x    +1=-x0ax    +1=-  x0解之得,x0=-  ,a=-
  ∴E=(-  ,0),C(  ,-  )
  (3)方法一:几何法,利用与直线AB平行的直线当与抛物线有且只有一个交点时,△MNT以MN为底边的高最大,从而面积最大。
  由A(-  ,  ),C(  ,-  )得直线解析式y=-x,故由y=-x+by=-  x2+1得  x2-x+b-1=0,由△=0得b=
  由  x2-x+  =0得x=  ,∴T(  ,  )
  方法二:几何法,将△MNT如图分解成两个共底的三角形。
  S△MNT=S△MST+S△SNT=  TS(h1+h2)=  TS×GN
  而GN长度一定,要使S△MNT最大,则TS长度最大
  设T(x1,-  x    +1),则S(x1,-x1)
  故TS=TS=--  x    +x1+1=-  [(x1-  )2+  ]
  ∴当x1=  时TS最大,此时T(  ,  )
  方法三:代数法,构建关于△MNT的面积的二次函数是关键。
  设T(x0,y0)
  S△MNT=S四边形MGNT-S△MGN=(S梯形MGST+S△TSN)-S△MGN
  故应先求出M、N的坐标,从而得出以x0为自变量的S的二次函数,求出最值。
  可见一题多解,就是对于同一问题,由于观察的角度不同、侧重点不同,运用知识的不同,思考方向和思维力度的不同,从而得到不同的解法。采用不同方法求解,是开拓学生思路,培养学生将已学知识融会贯通的一个重要途径,用多种方法解答同一道数学题,不仅能更牢固地掌握和运用所学知识,而且,通过一题多解,分析比较,寻找解题的最佳途径和方法,能够培养创造性思维能力。
  (作者单位:湖北省宜昌市夷陵区分乡初中)
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