中考压轴题的常见思想方法
2.1分类讨论思想
代表性题型:动态几何问题,存在性讨论问题。
例1.(2009年重庆)已知:如图,在平面直角坐标系中,矩形OABC的边OA在轴的正半轴上,OC在轴的正半轴上,OA=2,OC=3。过原点O作∠AOC的平分线交AB于点D,连接DC,过点D作DE⊥DC,交OA于点E。
(1)求过点E、D、C的抛物线的解析式;
(2)将∠EDC绕点D按顺时针方向旋转后,角的一边与轴的正半轴交于点F,另一边与线段OC交于点G。如果DF与(1)中的抛物线交于另一点M,点M的横坐标为,那么EF=2GO是否成立?若成立,请给予证明;若不成立,请说明理由;
(3)对于(2)中的点G,在位于第一象限内的该抛物线上是否存在点Q,使得直线GQ与AB的交点P与点C、G构成的△PCG是等腰三角形?若存在,请求出点Q的坐标;若不存在,请说明理由。
解析:(1)由△ADE∽△BCD,及已知条件求得E、D、C坐标,进而求出过点E、D、C的抛物线的解析式:
(2)EF=2GO成立.
点M在该抛物线上,且它的横坐标为,
∴点M的纵坐标为.设DM的解析式为
将点D、M的坐标分别代入,得
解得 ∴DM的解析式为 ∴F(0,3) EF=2
过点D作DK⊥OC于点K,则DA=DK.
△DAF≌△DKG,KG=AF=1,GO=1 ∴EF=2GO
(3)点P在AB上,G(1,0),C(3,0),则设P(t,2).
∴PG=(t-1)+2,PC=(3-t)+2,GC=2
①若PG=PC,则(t-1)+2=(3-t)+2
解得t=2.∴P(2,2),此时点Q与点P重合.Q(2,2)
②若PG=GC,则(t-1)+2=2,解得t=1,P(1,2)
此时GP⊥x轴.
GP与该抛物线在第一象限内的交点Q的横坐标为1,
∴点Q的纵坐标为.Q(1,)
③若PC=GC,则(3-t)+2=2,解得t=3,∴P(3,2)
此时PC=GC=2,P与D重合
过点Q作QH⊥x轴于点H,
则QH=GH,设QH=h,∴Q(h+1,h) .
解得(舍去).∴Q(,)
综上所述,存在三个满足条件的点Q,即Q(2,2)或Q(1,)或Q(,)
思想方法解读:这道压轴题是将二次函数与平面几何相结合的函数综合题。
第⑴问结合“形”的特征,求出点D、E、C的坐标,再设二次函数一般式,用待定系数法可求得二次函数解析式。体现了解函数问题时常用到的“数形结合”思想。
第⑵由D、M所在直线与y轴相交哦于F,可求得F点坐标,并求出EF的长度,并由旋转过程中的角度相等关系,设法构造全等求出OG。得证结论。解决第⑵问的关系是将EF、OG转化为可求的已知量,得到其长度关系。体现出数学解题中的“转化思想”。
本题的第⑶问讨论存在性问题。要使△PCG是等腰三角形,其中G、C为定点,P为不确定的点,因此应考虑GC为腰、GC为底,并考虑G、C、P分别为顶点等多种情况进行分类讨论。假设存在P点,结合P点的位置,通过设置P点坐标参数,用所设参数表示出相应三角形边长,由等腰三角形的性质,构造相应方程,可求出P点坐标。第⑶问不仅体现了分类讨论思想,还考察了用方程建模的能力。
2.2转化思想
代表性题型:面积问题,二函数图象与坐标轴的交点距离、二次函数与一次函数交点距离、反比例函数与一次函数交点距离问题(与一元二次方程根的系数关系转化)。
例2.已知:Rt△ABC的斜边长为5,斜边上的高为2,将这个直角三角形放置在平面直角坐标系中,使其斜边AB与x轴重合(其中OA<OB),直角顶点C落在y轴正半轴上(如图1)。
(1)求线段OA、OB的长和经过点A、B、C的抛物线的关系式。(4分)
(2)如图2,点D的坐标为(2,0),点P(m,n)是该抛物线上的一个动点(其中m>0,n>0),连接DP交BC于点E。
①当△BDE是等腰三角形时,直接写出此时点E的坐标。(3分)
②又连接CD、CP(如图3),△CDP是否有最大面积?若有,求出△CDP的最大面积和此时点P的坐标;若没有,请说明理由。(3分)
解析:⑴由Rt△AOC∽Rt△COB易知,CO2=OA.OB=OA(AB-OA),可求OA=1,OB=4
∴A(-1,0) B(4,0) C(0,2) 可设解析式为y=a(x+1)(x-4),
将点C(0,2)代入,可求a= ∴为所求
⑵;
提示:①ED=EB时,过E作BD垂线,可得
②直线BC的解析式为,设,利用勾股定理和点在直线BC上,可得两个方程组 分别可求和。
⑶方法1:连OP。如图4。
P(m,n)在抛物线上
∴P(m, )
S△CPO=S四边形ODPC-S△OCD
=S△POC+ S△PDO-S△OCD=OC·|xp|+OD·|yp|—OC·OD
=×2m+×2()-×2×2
=-m+m=-(m-)+
当m=时,S△CPO面积最大,此时P(,)
方法2:过D作X轴的垂线,交PC于M,如图5。
易求PC的解析式为,且,故
∴当时,,
思想方法解读:本题是一道二次函数与平面几何综合的压轴题
第⑴问由三角形形似(或射影定理)求出相关线段的长,写出相应点的坐标。然后灵活设置二次函数式,用待定系数法求出二次函数式。
第⑵问,虽然题目要求是直接写出点E的坐标。但点E的坐标必须通过计算得到。而在计算的过程中,要考虑符合要求的等腰三角形的多样性,需分类讨论顶点、腰的对应情况。
第⑶问是本题的难点。题中的面积表示,要结合P(m,n)在抛物线上,充分利用点的坐标的几何意义,或是利用平面几何的性质,有效表示△BCD的面积,将不能直接表示的三角形面积转化为能用已知线段和P点坐标表示的面积。方法1是将四边形分割成两个三角形△POC、△POD,方法2,是通过过D点作垂线,直接将△BDC转化为△PDM、△CDM。
2.3极端值思想
代表性题型:动态几何问题,动态函数问题。
例3.已知为线段上的动点,点在射线上,且满足(如图1所示).
(1)当,且点与点重合时(如图2所示),求线段的长;
(2)在图1中,联结.当,且点在线段上时,设点之间的距离为,,其中表示的面积,表示的面积,求关于的函数解析式,并写出函数定义域;
(3)当,且点在线段的延长线上时(如图3所示),求的大小。
解析:(1)AD=2,且Q点与B点重合。由=1,∴PB(Q)=PC,△PQC为等腰直角三角形,BC=3,PC=Bccos45°=3×=。
(2)如图:作PE⊥BC,PF⊥AQ。BQ=x,则AQ=2-x。
由△BPF∽△BDP,==,又BF=PE
∴=,∴PF=PE
S△APQ=(2-x)PF,S△PBC=×3PE
∴y=(2-x)
P点与D点重合时,此时CQ取最大值。过D作DH⊥BC。
CD=,此时=,=,PQ=,BQ=AB-AQ=
∴函数的定义域:0≤x≤
(3)方法1:PQ/PC=AD/AB,假设PQ不垂直PC,则可以作一条直线PQ′垂直于PC,与AB交于Q′点,则:B,Q′,P,C四点共圆。
由圆周角定理,以及相似三角形的性质得:PQ′/PC=AD/AB,
又由于PQ/PC=AD/AB 所以,点Q′与点Q重合,所以角∠QPC=90°
方法2:如图3,作PM⊥BC,PN⊥AB。由==,即==
∴△PNQ∽△PMC ∠MPC=∠NPN,∴∠QPC=∠MPC+∠QPB=∠NPQ+∠QPM=90°
思想方法解读:这是一道动态几何的变式综合题。
第⑴问,线段的比值不变,Q在特殊点(与B点重合),由AD=AB=2,故PQ(B)=PC,△PQC为等腰直角三角形。利用几何性质可求出PC。
第⑵问中利用三角形相似比,结合已知条件中的固定线段比,找出△PAQ、△PBC高之间的比例关系,是求函数式的关键。而第二问中写出函数的定义域则是难点。需分析出P点运动的极端情况,当P与D重合时,BQ取得最大值。集合图形的几何性质及已知条件中的固定线段比,求出此时BQ的长度,既为BQ的最大值。体现极端值思想。
⑶中可以用四点共圆通过归一法求证,也可以通过构造相似形求证。
2.4数形结合思想(用好几何性质)
代表性题型:函数与几何综合题。
例4.在平面直角坐标系xOy中,已知抛物线y=a(x+1)+c(a>0)与x轴交于A、B两点(点A在点B的左侧),与y轴交于点C,其顶点为M,若直线MC的函数表达式为,与x轴的交点为N,且COS∠BCO=。
⑴求次抛物线的函数表达式。
(2)在此抛物线上是否存在异于点C的点P,使以N、P、C为顶点的三角形是以NC为一条直角边的直角三角形?若存在,求出点P的坐标:若不存在,请说明理由;
(3)过点A作x轴的垂线,交直线MC于点Q.若将抛物线沿其对称轴上下平移,使抛物线与线段NQ总有公共点,则抛物线向上最多可平移多少个单位长度?向下最多可平移多少个单位长度?
解析:⑴由直线y=kx-3与y轴交点坐标为C(0,-3)
抛物线y=a(x+1)+c(a>0)开口向上,过C(0,-3)
∴A、B在y轴两侧,B在y轴右侧。如图。
Rt△AOC中,OC=3,cos∠BCO= ∴BC=,OB=1
∴B(1,0) 又B(1,0),C(0,-3)在y=a(x+1)+c上
∴抛物线解析式y=x+2x-3
⑵由⑴抛物线顶点M(-1,-4),直线y=kx-3过M,∴直线解析式y=x-3
∴N(3,0) ∴△NOC为等腰直角三角形
假设抛物线上存在点P使△NPC为以NC为一条直角边的直角三角形。
①PC为另一条直角边。PC⊥CN,而A与N关于y轴对称在抛物线上。
∴存在P1(-3,0)使△NPC为以NC为一条直角边的直角三角形
②PN为另一条直角边。PN⊥CN,则∠PNO=45°设PN交y轴于点D,则D(0,3)
PN所在直线y=-x+3
由 解得
∴存在P2(,),P3(,)使△NPC为以NC为一条直角边的直角三角形。
满足条件的点有P1(-3,0),P2(,),P3(,)
⑶①若抛物线沿对称轴向上平移。设向上平移b个单位(b>0)。
此时抛物线的解析式为:y=x+2x-3+b
抛物线与线段NQ总有交点,即由抛物线解析式、直线MC所在直线解析式组成的方程组有解。由 消除y得x+x+b=0,
Δ=1-4b≥0, ∴0<b≤ ∴向上最多可平移个单位
②若向下平移b个单位(b>0),设y=x+2x-3-b
由y=-x+3,可求得Q(-3,-6),N(3,0)
对于抛物线y=x+2x-3-b
当x=-3,y=-b,抛物线与直线y=-x+3有交点,则需-b≥-6,b≤6
当x=3时,y=12-b,抛物线与直线y=-x+3有交点,则12-b≥0,b≤12。
∴向下最多可平移12个单位。
思想方法解读:本题还是一道二次函数与平面几何综合的压轴题。
第⑴问中,由直线解析式求出C点坐标,由C点坐标结合a>0,判定抛物线与x轴交点的大致位置。并结合cos∠BCO=,求出B点坐标,在根据待定系数法求出抛物线的解析式。
第⑵问,以NC为直角边的直角三角形,应分C、N分别为直角顶点分类讨论。结合相应点的坐标及垂直条件,利用45°角的几何性质,分析得到A点满足条件,并求出PN⊥NC时,PN所在直线的解析式,是解题的关键。
第⑶问是本题的难点。分抛物线向上、向下平移两种讨论。向上平移时,需抛物线与直线NQ有交点,由判别式可确定平移b的范围;向下平移时,线段NQ是否与抛物线相交,关键是两个端点N、Q是否在抛物线外侧。只要取两个端点刚好在抛物线上的特殊情况,进行分别判断,求出满足条件的b的范围即可,体现出用极端值解题的思想。
由以上的试题可看出,在中考压轴题中所体现出的数学思想方法并不是单一的,一般每道中考压轴题均综合体现了两到三种不同的数学思想方法。我们在求解压轴题时,一定要结合题型特征,注意一些常见的数学思想方法的灵活运用。