例谈中考动态题中图形面积与运动变量的函数关系

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  【摘要】近年来,涉及图形运动的几何问题经常出现在各类考试的压轴题中,常见的图形变化问题是通过变化图形的位置,引起图形的面积发生改变。本文结合近年广东各地中考数学卷,将此类问题分为动点型、动线型、图形平移型、图形折叠型等四种类型进行分析,总结此类问题的解题思路、解题技巧。
  【关键词】图形面积 运动变量
  一、动点型
  这类题考查学生数形结合、化归的数学思想。解这类题在于“动静结合”“动中求静”。解答的方法是观察由于点的运动,所求的几何图形与哪些图形存在关系,从而进一步求出图形面积与运动变量的函数关系式。
  例1 (2012湛江)如图,在平面直角坐标系中,直角三角形AOB的顶点A、B分别落在坐标轴上。O为原点,点A的坐标为(6,0),点B的坐标为(0,8)。动点M从点O出发,沿OA向终点A以每秒1个单位的速度运动,同时动点N从点A出发,沿AB向终点B以每秒5/3个单位的速度运动。当一个动点到达终点时,另一个动点也随之停止运动,设动点M、N运动的时间为t秒(t>0),(1)当t=3秒时,直接写出点N的坐标,并求出经过O、A、N三点的抛物线的解析式;(2)在此运动的过程中,△MNA的面积是否存在最大值?若存在,请求出最大值;若不存在,请说明理由;(3)当t为何值时,△MNA是一个等腰三角形?
  【分析】△MNA中,过N作MA边上的高NC,先由∠BAO的正弦值求出NC的表达式,而AM=OA-OM,由三角形的面积公式可得到关于S△MNA关于t的函数关系式,由二次函数的最值原理即可求出△MNA的最大面积。
  二、动线型
  此类题以平面直角坐标系为载体,要求直线平移过程中图形的面积。由于直线运动过程中所求的几何图形的形状和大小发生变化时,相应的时间分界点是确定的。于是图形由“动”变“静”,再设法分别求解。用分类的思想画图在解这类动态几何题时非常有效,它可以帮助我们理清思路,击破难点。解答此类题的方法是画出各个时刻的图形,根据图形形状确定时间分界点,从而分类讨论求解。
  例2 (2012广东省)如图,抛物线
  【分析】直线l∥BC,可得出△AED∽△ABC,它们的面积比等于相似比的平方,由此得到关于s、m的函数关系式;根据题目条件:点E与点A、B不重合,可确定m的取值范围。
  三、图形平移型
  此类题考查学生的空间想象力和动手操作能力,考查数形结合、分类讨论的数学思想。完成此类题,应先探索图形运动的特点和规律,作出几个符合条件的草图,然后根据重叠部分的不同形状来确定运动时间的变化范围,从而分类求出面积关于时间的函数关系式。
  例3(2008年广东省)将两块大小一样含30°角的直角三角板,叠放在一起,使得它们的斜边AB重合,直角边不重合,已知AB=8,BC=AD=4,AC与BD相交于点E,连结CD.(1)填空:如图1,AC= ,BD= ;四边形ABCD是 梯形;(2)请写出图1中所有的相似三角形(不含全等三角形);(3)如图2,若以AB所在直线为x轴,过点A垂直于AB的直线为y轴建立如图2的平面直角坐标系,保持ΔABD不动,将ΔABC向x轴的正方向平移到ΔFGH的位置,FH与BD相交于点P,设AF=t,ΔFBP面积为S,求S与t之间的函数关系式,并写出t的取值值范围。
  【分析】过P作出△FBP的高,△FBP面积应等于FB×PK÷2,易得FB=AB-AF=8-k;则KB等于FB的一半,利用30°的正切值可求得FK的值。注意用t表示的线段应大于0。
  四、图形折叠型
  此类题融合轴对称、相似等知识,着重考查学生的空间想象力和动手操作能力。在此类题中,动点运动的过程中,折叠前后的图形始终保持全等。解决此类问题,应先弄清楚图形的变化过程,作出符合条件的草图,并抓住图形在变化过程中不变的量,然后根据重叠部分的不同形状来确定运动变量的变化范围,从而分类求出面积关于运动变量的函数关系式。
  总而言之,解决动态几何题时,用分类的思想画图,寻求运动中的特殊位置,在“动”中求“静”,在“静”中探求“动”的一般规律。我们在求图形面积与运动变量的函数关系式时,要注意结合图形特点,在变与不变的思考中,紧紧抓住不变的因素,确定运动变量的分界点,利用数形结合的数学思想分类解决问题。
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