例谈动态几何三种常见题型的解法

来源 :数理化学习·初中版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zzyu888888
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
  动态几何问题大都属于一类以几何图形为载体,以运动变化为特征,经几何图形中各元素间存在的关系为特点的综合题型.从其运动对象及形式来分析,动态几何问题可分成点动型、线动型与面动型三种;而从数学实践的操作层面上来分类,则又可分为对称型、平移型、旋转型、翻折型等几种.解决动态几何问题的策略是“化动为静,以静制动”,即要抓住变化中的“不变因素”,做到以“不变应万变”.具体讲,就是要用运动变化的眼光去观察、研究、把握动点的运动与变化过程,通过变量与常量的分析,从中猜想、探索、发现、归纳出某种等量关系及变化规律,建立合适的函数、方程或不等式模型,找出解决问题的最佳途径.下面结合动态几何的三种常见题型具体分析其解法.
  一、点动型
  例1如图1,已知⊙O的半径为6 cm,射线PM经过点O,
  OP=10 cm,射线PN与⊙O相切于点Q.A、B两点同时从点P出发,点A以5 cm/s的速度沿射线PM方向运动,点B以4 cm/s的速度沿射线PN方向运动.设运动时间为t.
  (1)求PQ的长;
  (2)当t为何值时,直线AB与⊙O相切?
  分析:本题属于多动点型, A点与B点的运动,使直线AB与⊙O的位置关系发生了一个相离、相切、相交,再到相切、相交的变化过程.因此,要解决问题(2),还必须要运用分类讨论的数学思想,才能正确解决问题.
  解:(1)如图2,连接OQ.知△PQO为直角三角形,故有
  PQ=
  OP2-OQ2
  =102-62=8.
  (2)过点O作OC⊥AB,垂足为
  C.因为点A的运动速度为5 cm/s,点B的运动速度为4 cm/s,运动时间为t ,即有
  PA=5t,PB=4t.
  所以PAPO=
  PBPQ.
  因为∠P=∠P,所以△PAB∽△POQ.
  所以∠PBA=∠PQA=
  90°.
  因为∠BQO=∠CBQ=∠OCB=90°,
  所以四边形OCBQ为矩形.所以BQ=OC.因为圆O的半径为6,
  所以BQ=OC=6
  时,直线AB与⊙O相切.
  ①当AB运动到如图2所示的位置时,有BQ=PQ-PB=8-4t.由
  BQ=6,得
  8-4t=6.解得
  t=0.5 (s).
  [TP<4T2
  .tif>,BP#][TS(][HT5”SS][JZ]图2图3
  [TS)]
  ②当AB运动到如图3所示的位置时,有
  BQ=PB-PQ=4t-8.由BQ=6,得
  4t-8=t
  .解得
  t=3.5(s).
  所以,当t为0.5 s或3.5 s时直线AB与⊙O相切.
  点评:动点问题总是在一点或多个动点的运动变化过程中,伴随着等量关系、变量关系、图形本身的特殊状态与图形间的特殊关系的变化.解决这类题型,往往需要结合几何与代数的基础知识,利用几何图形的性质(如勾股定理、相似的判定、圆与直线的位置关系等)和列代数式、列方程等知识解决问题.
  二、线动型
  例2如图4,在平面直角坐标系中,四边形OABC是矩形,点B的坐标为(4,3).平行于对角线AC的直线m从原点O出发,沿x轴正方向以每秒1个单位长度的速度运动,设直线m与矩形OABC的两边分别交于点M、N,直线m运动的时间为t(秒).
  (1) 点A的坐标是,点C的坐标是;
  (2) 当t=秒或 秒时,MN=
  12AC;
  (3)设△OMN的面积为S,求S与t的函数关系式;
  (4) 探求(3)中得到的函数S有没有最大值?若有,求出最大值;若没有,要说明理由.
  分析:有了问题(2)的提示,我们不难想到用分类讨论的思想来解决问题(3),本题的难点在于问题(4)又综合了存在型问题的特点,需要我们先来进行大胆的猜想,然后再去探索、发现、归纳,需要注意的是,解决这个问题,仍然需要运用分类讨论在0  解:(1)(4,0),(0,3); (2) 2,6;
  (3) 本题需要分类讨论:①当0  OMOA
  =ONOC
  ,所以 ON=
  34t
  ,S=
  38t2; ②当4  34
  BN
  =6-
  34t,所以 AM=
  34(t-4).因为OD=t,所以 AD= t-4. 所以
  S=S矩形OABC
  -SRt△OAM-SRtMBN
  -SRt△NCO
  =12-32(t-4)-
  12
  (8-t)(6-34t)
  -32
  (t-4)=-38
  t2+3t.
  (4) 有最大值.理由:①当0  38t2的开口向上,在对称轴t=0的右边, S随t的增大而增大,所以 当t=4时,S可取到最大值
  38
  ×42
  =6; ②当4  t2+3t
  的开口向下,其顶点是(4,6),所以 S<6.综上,当t=4时,S有最大值6.
  点评:线动性题型近年来考查最多,且一般都作为中考压轴题出现.解决这类问题,图形的结构分析显得特别重要.而“由数思形,以形促数”的数学思想,可以为我们开辟了一个多角度、多层次的解题思维途径.
  三、面动型
  例3如图6,抛物线y=ax2-3ax+b经过A(-1,0),C(3,2)两点,与y轴交于点D,与x轴交于另一点B.
  (1)求此抛物线的解析式;
  (2)若直线y=kx-1(k≠0)将四边形ABCD面积二等分,求k的值;
  (3)如图7,过点E(1,-1)作EF⊥x轴于点F,将△AEF绕平面内某点旋转180°后得△MNQ(点M,N,Q分别与点A,E,F对应),使点M,N在抛物线上,求点M,N的坐标.
  分析:如图8,由于经过点A(-1,0)与点C(3,2),因而可以直接通过待定系数法的方法,求出抛物线的解析式;解决问题(2)则必须通过数形结合的思想方法考虑构建方程求解,由于有H(
  1k,0)、T(
  3k,2),根据
  S梯形AHTD=
  12S梯形ABCD,不难得到
  12(3k+
  1k+1)×2=4,从而求出k=
  43;问题(3)中,我们可以由题意知AN与EM实际是关于某一点的中心对称,因而自然就有四边形AEMN为平行四边形,利用平行四边形的相关性质,确定出M、N这两组有序实数间的相互关系,然后代入抛物线的解析式,则可求解.
  解:(1)因为抛物线
  y=ax2-3ax+b
  过A(-1,0)、C(3,2), 所以 0=a+3a+b,2=9a-9a+b. 解得a=
  -12,b=2, 所以 抛物线解析式
  y=-12x2+32x+2.
  (2)由y=-
  12
  x2+32x
  +2得B(4,0)、D(0,2). 所以CD∥AB.所以
  S△ABCD=
  12(5+3)×2=8.设直线
  y=kx-1交AB、CD于点H、T,则H(
  1k,0)、T(
  3k,2).因为直线
  y=kx-1平分四边形ABCD的面积,所以
  S梯形AHTD=
  12S梯形ABCD=4.
  所以
  12
  (3k
  +1k+1)×2=4
  .所以
  k=43. 所以当
  k=34时,直线
  y=kx-1(k≠0)将四边形ABCD面积二等分.
  (3)由题意知,四边形AEMN为平行四边形, 所以AN∥EM且AN=EM. 因为E(1,-1)、A(-1,0), 设M(m,n),则有N(m-2,n+1).而M、N在抛物线上, 即有
  n=-12m2+32m+2,
  n+1=-12(m-2)2+32
  (m-2)+2, 解之得:m=3,n=2.所以M(3,2),N(1,3).
  点评:本题是一道以旋转为载体的坐标几何题.中考中的坐标几何题,融丰富的几何图象于一题,包含的知识点较多.而代数变换(包括数式变换、方程变换、不等式变换)与几何推理的巧妙融合,更使数形结合的数学思想得到充分运用.
其他文献
在初中数学自主学习模式中,导学案是课堂教学的重要载体,是指导学生进行自主学习的指南针.  初中数学学科从知识结构上来讲相对枯燥,跟初中阶段其他学科如化学、历史等等比起来从内容上往往不容易让初中生产生浓厚的兴趣.所以教学模式就成了初中数学教学成败的关键.近几年被提倡并在初中数学教学中广泛应用的自主学习模式就可以很好的解决这问题.自主学习可以促使初中生一直主动并充满兴趣的进行学习.所以在初中数学教学过
对比教学法就是指在教学中,将一些具有某种联系和区别的教学内容放在一起进行对比分析,找出其相同和不同之处,使学生在明确了一个内容之后能够自然地联想到另一个内容,并能自行理解和掌握,从而达到预期的教学目的.  一、对比教学法的作用  1.有助于学生思维能力的培养.初中数学学习的一个重要方面就是要学会一种思维方式,我们不应一味地告诉学生是什么,而应该在简单介绍的基础上,让学生去进行对比分析,发现其内在的
数学作为一门工具性学科,对学生思维能力、推理能力具有十分积极的促进作用.在初中数学教学中,转化思维是一种需要学生重点掌握的思维模式.让学生掌握转化思维,有益于学生更好地掌握数学这门学科.本文主要结合苏科版的初中数学教材,就转化思维在初中数学解题中的应用进行简要分析.  所谓转化思维,引用著名数学家雅洁卡娅的话说,就是:“解题就是把要解的题转化为已经解过的题.”在初中数学解题中应用转化思维,可以将陌
通常来讲,信心是指人们基于自身能力选择行动方案,并据之行动的信念。尽管这并非我要说的信心,不过我认为,至少对投资者而言,信心也意味着乐观以及一定的确定性——除了对未
将滑动变阻器串联接入电路,其首要作用是保护电路中的各个元件,另外还有一些其它作用.下面分别举例说明.  一、保护电路(限流分压)  例1 (2011年龙岩)在“伏安法”测电阻的分组实验中:  (1)请你根据图1(a)电路图,在未连好的图1(b)实物图上用笔画线代替导线连接好电路.(待测电阻Rx阻值约10 Ω)  (2)接好电路后,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移至 (填“左”或“右”)端,使其连