原題重現(xiàn):(來(lái)源:高郵市贊化學(xué)校九年級(jí)數(shù)學(xué)自主練習(xí),江都一模壓軸)
如圖1,二次函數(shù)y=mx^2+(m^2-m)x-2m+1的圖像與x軸交于點(diǎn)A、B,與y軸交于點(diǎn)C,頂點(diǎn)D的橫坐標(biāo)為1.
(1)求二次函數(shù)的解析式及A、B的坐標(biāo);
(2)若點(diǎn)P(0,t)(t<>
(3)在(2)的條件下,連接AD、AE,若點(diǎn)M是該二次函數(shù)圖像上的一點(diǎn),且∠DAE=∠MCB,求點(diǎn)M的坐標(biāo).
簡(jiǎn)析:(1)利用二次函數(shù)頂點(diǎn)公式易知m=-1,故二次函數(shù)的解析式為y=-x^2+2x+3,且點(diǎn)A、B的坐標(biāo)分別為(-1,0)、(3,0),不再詳述;
(2)點(diǎn)P(0,t)(t<>
第一步:畫(huà)出符合題意的草圖,如圖2所示;
第二步:分析草圖2會(huì)發(fā)現(xiàn)隱藏著一個(gè)等腰Rt△PQE,“見(jiàn)等腰直角三角形,造K字型全等”,如圖3所示,注意這里的PF=QR=-t>0,再利用“平移公式”得點(diǎn)E的坐標(biāo)為(-t,t+5);
第三步:“有點(diǎn)即代入”,將點(diǎn)E的坐標(biāo)代入拋物線(xiàn)得t+5=-(-t)^2+2(-t)+3,解得t=-1或-2,又因?yàn)閠<>
解題后反思:本題中“見(jiàn)等腰直角三角形,造K字型全等”(類(lèi)比“見(jiàn)直角三角形,造K字型相似”)是一個(gè)極其重要的基本圖形與解題思路,在中考里應(yīng)用非常廣泛,值得同學(xué)們反復(fù)推敲,這是本文中“K字型”的第一次“生花”!
再來(lái)看最后一問(wèn):
(3)這是一個(gè)有關(guān)角的存在性問(wèn)題,可以采用“抓不變量”的審題策略結(jié)合“確定性思想”去認(rèn)真讀讀題目、理解題意:與∠DAE相關(guān)的三個(gè)點(diǎn)A、D、E都是確定的,因此∠DAE也是一個(gè)確定的角,“既然是確定的,一定是可解的”,∠DAE的三角函數(shù)值一定可求;這樣與其相等的∠MCB的大小也是隨之確定的,而與∠MCB相關(guān)的兩個(gè)點(diǎn)C、B都是確定的點(diǎn),現(xiàn)在需要尋找的就是第三個(gè)點(diǎn)M,它也一定是確定的,肯定可解;
用這些“確定性思想”去分析問(wèn)題,結(jié)合“不變的背景(或框架)”去尋找符合題意的目標(biāo),這種最基本也是最自然的分析方式值得同學(xué)們用心學(xué)習(xí)并加以運(yùn)用;
回到本問(wèn)的解答中,主要分以下幾步“庖丁解牛”:
第一步:如圖4所示,什么事也不干,就先按題目要求連接AD、AE,然后去認(rèn)真分析∠DAE,想辦法求出其三角函數(shù)值,解出此角;
相不相信,∠DAE所在的△DAE會(huì)是一個(gè)特殊的三角形,很有可能是直角三角形額,如圖5那樣;
做數(shù)學(xué)題就是需要大膽而心細(xì),大膽地去猜,但又不是毫無(wú)依據(jù)地瞎猜;細(xì)心地去推理證明剛剛的猜想,“瞎想與遐想”有時(shí)候真的很重要,這是一種重要的數(shù)學(xué)感性意識(shí);
第二步:驗(yàn)證△DAE是個(gè)直角三角形,進(jìn)而得到∠DAE的三角函數(shù)值,如tan∠DAE;
多數(shù)同學(xué)第一反應(yīng)都會(huì)用勾股定理去驗(yàn)證△DAE是個(gè)直角三角形,這不失為一種好方法,但三個(gè)邊長(zhǎng)均屬于“斜”邊長(zhǎng),計(jì)算稍顯麻煩,下面筆者采用另一種解法去驗(yàn)證△DAE是個(gè)直角三角形,而且順帶求出tan∠DAE=1/3;
前文我們有提過(guò)“見(jiàn)直角三角形,造K字型相似”,這里我們變通為“證直角三角形,造K字型相似”,如圖6所示,依托于△DAE的各頂點(diǎn)作“水平—豎直輔助線(xiàn)”得Rt△DGE及Rt△EHA,若能證明這兩個(gè)確定的直角三角形相似,則就能通過(guò)導(dǎo)角得到∠DEA為直角;
事實(shí)上,這兩個(gè)直角三角形都是等腰直角三角形,可以通過(guò)普適地“相似法”導(dǎo)角得直角∠DEA,也可以抓住這里的“特殊性”,即∠DEG=∠AEH=45°輕松得到∠DEA為直角,且無(wú)論是通過(guò)相似還是通過(guò)求邊都可導(dǎo)出tan∠DAE=1/3;
值得一提的是,這一步是本文中“K字型”的第二次“生花”!有趣的是,這里是通過(guò)構(gòu)造“K字型”相似來(lái)證明直角三角形,另外有時(shí)候若需要證明等腰直角三角形的話(huà),也可以通過(guò)構(gòu)造“K字型全等”輔助線(xiàn)來(lái)完成,是一種重要的思路方法;
第三步:確定tan∠DAE=1/3后,與之相等的∠MCB的大小也就隨之確定了,接下來(lái)就要依托確定的邊CB先畫(huà)出符合題意的∠MCB,很明顯符合條件的點(diǎn)M有兩個(gè),如圖7所示,這里存在兩種情況,希望同學(xué)們一下子就要想到,這樣的幾何直觀極其重要;
接下來(lái)就是分別去求找到的點(diǎn)M了,目標(biāo)既然已經(jīng)確定,那就要堅(jiān)定方向,矢志不渝地去集中全力去思考,下面看筆者如何“玩轉(zhuǎn)任意角”獨(dú)步天下,這一點(diǎn)其實(shí)在本人作品《廣猛說(shuō)題系列之由一道月考題談通性通法與特事特辦、由玩轉(zhuǎn)45度到玩轉(zhuǎn)任意角》中曾重點(diǎn)提及過(guò),有興趣的同學(xué)可拿來(lái)溫故一下;
第四步:前面已經(jīng)得到tan∠M1CB=1/3,如圖8所示,依托這個(gè)確定的∠M1CB,過(guò)已知點(diǎn)B作BN⊥CM1交CM1于點(diǎn)N,構(gòu)造出Rt△BCN;
值得一提的是,這里將已知點(diǎn)B作成直角頂點(diǎn),值得同學(xué)們關(guān)注,這樣構(gòu)造才能真正實(shí)現(xiàn)口算,是構(gòu)造直角三角形這一步的精髓所在;
第五步:造出確定的Rt△BCN后,“見(jiàn)直角三角形,造K字型相似”再次發(fā)揮用武之地,如圖9所示,易知Rt△BCG∽R(shí)t△NBH,且其相似比為3,這里tan∠M1CB=1/3提供的就是所需相似比,從而得N(2,-1);
然后利用點(diǎn)C、N兩點(diǎn)坐標(biāo)求出直線(xiàn)CM1的解析式,再與拋物線(xiàn)聯(lián)立解方程組求交點(diǎn)坐標(biāo),即可求出所要尋找的第一個(gè)點(diǎn)M1的坐標(biāo),不再詳述;
這一步是本文中“K字型”的第三次“生花”!有趣的是,這里的直角三角形不是已知、也不是所求,而是依托于題目中已經(jīng)確定的某個(gè)角構(gòu)造出來(lái)的,筆者稱(chēng)這個(gè)過(guò)程為“玩轉(zhuǎn)任意(確定)角”,瞧,很有趣吧!
第六步:Once again(再來(lái)一遍)!如圖10所示,先依托確定的∠M2CB,過(guò)已知點(diǎn)B作BN⊥CM2交CM2于點(diǎn)N,構(gòu)造出Rt△BCN;
“見(jiàn)直角三角形,造K字型相似”,如圖10,易知Rt△BCO∽R(shí)t△NBG,且其相似比為3,這里tan∠M2CB=1/3提供的就是所需相似比,從而得N(4,1);
然后利用點(diǎn)C、N兩點(diǎn)坐標(biāo)求出直線(xiàn)CM2的解析式,再與拋物線(xiàn)聯(lián)立解方程組求交點(diǎn)坐標(biāo),即可求出所要尋找的第二個(gè)點(diǎn)M2的坐標(biāo),不再詳述;
這一步是本文中“K字型”的第四次“生花”!“玩轉(zhuǎn)任意(確定)角”獨(dú)步天下也并非浪得虛名?。?/strong>
至此本題已經(jīng)得到完美解答,筆者通過(guò)直角三角形,包括已知直角三角形、證明直角三角形甚至于先構(gòu)造出直角三角形,讓“K字型”基本圖形遍地生花,也期盼在同學(xué)們心里結(jié)滿(mǎn)了果!另,同學(xué)們?nèi)艟毘伞巴孓D(zhuǎn)任意(確定)角”之功夫,就可以獨(dú)步天下、笑傲江湖啦!
對(duì)于最后一問(wèn),筆者不甘就此停筆,繼續(xù)反思后,又尋到一種通解通法,而且正符合一些解題高手?jǐn)?shù)學(xué)探究情懷的味口,現(xiàn)介紹如下,同學(xué)們“慎讀”:
還記得前兩天本人作品《廣猛說(shuō)題系列之以?xún)傻佬☆}的解題后反思趣談構(gòu)造法之神奇》中,當(dāng)你需要處理兩個(gè)確定的角的和差倍分之間的關(guān)系時(shí),往往可以構(gòu)造一個(gè)神奇的“矩形模型”另行處理;
《廣猛說(shuō)題系列之以?xún)傻佬☆}的解題后反思趣談構(gòu)造法之神奇》一文中最后提及了兩個(gè)基本的構(gòu)造類(lèi)型,其他的所有類(lèi)型幾乎都可以轉(zhuǎn)化為這兩個(gè)基本類(lèi)型,現(xiàn)摘錄如下,以便強(qiáng)化理解與記憶(這里的圖序號(hào)與本文可能不一致,不影響閱讀):
回到本文的最后一問(wèn)上,如圖11所示,由前面的分析tan∠BCM=1/3知∠BCM是確定的,又易知∠BCO=45°也是確定的,從而這兩個(gè)角的和∠OCN2與差∠OCN1也是確定的,既然是確定的,肯定是可解的,只要能求出tan∠OCN2與tan∠OCN1的值即可輕松求出相應(yīng)的CM的解析式,從而解決問(wèn)題;
問(wèn)題就在于怎么求tan∠OCN2與tan∠OCN1的值呢?這正是上面我摘錄的兩個(gè)基本類(lèi)型所能解決的拿手好戲啊,下面筆者另起爐灶處理解決;
先求tan∠OCN2,其中∠OCN2=45°+∠BCN2,這里要處理的是兩個(gè)確定角之和的三角函數(shù)值,具體構(gòu)造如下:
第一步:如圖12所示,構(gòu)造一個(gè)含45°的等腰Rt△BOC;
第二步:如圖13所示,依托Rt△BOC的斜邊CB再造一個(gè)“背靠背”的含銳角β的Rt△BCN,其中tanβ=tan∠BCN2=1/3,則圖13中構(gòu)造的∠OCN就等于圖11中的∠OCN2;
第三步:如圖14所示,依托中間的“斜置”Rt△BCN構(gòu)造“K字型相似”,并補(bǔ)成矩形OCGH,即過(guò)Rt△BCN的三個(gè)頂點(diǎn)作“水平—豎直輔助線(xiàn)”,“改斜歸正”得出Rt△BOC∽R(shí)t△NHB,且其相似比為3;
第四步:鎖定Rt△CNG,利用“巧設(shè)”,求出tan∠OCN=tan∠CNG=2的值即可;
第五步:回到圖11中,tan∠OCN2=2,則N2的坐標(biāo)為(6,0),然后利用點(diǎn)C、N2兩點(diǎn)坐標(biāo)求出直線(xiàn)CM2的解析式,再與拋物線(xiàn)聯(lián)立解方程組求交點(diǎn)坐標(biāo),即可求出所要尋找的點(diǎn)M2的坐標(biāo),不再贅述;
Once again(再來(lái)一遍)!下面求圖11中的tan∠OCN1的值,其中∠OCN1=45°-∠BCN1,這里要處理的是兩個(gè)確定角之差的三角函數(shù)值,具體構(gòu)造如下:
第一步:如圖15所示,構(gòu)造一個(gè)含45°的等腰Rt△BOC;
第二步:如圖16所示,依托Rt△BOC的斜邊CB再造一個(gè)“背靠背”的含銳角β的Rt△BCN,其中tanβ=tan∠BCN1=1/3;
第三步:如圖17所示,依托中間的“斜置”Rt△BCN構(gòu)造“K字型相似”,并補(bǔ)成矩形OBGH,即過(guò)Rt△BCN的三個(gè)頂點(diǎn)作“水平—豎直輔助線(xiàn)”,“改斜歸正”得出Rt△BOC∽R(shí)t△CHN,且其相似比為3;
第四步:鎖定Rt△BNG,其中∠NBG=45°-β=∠OCN1(見(jiàn)圖11),利用“巧設(shè)”,求出tan∠NBG=1/2的值即可;
第五步:回到圖11中,tan∠OCN1=1/2,則N1的坐標(biāo)為(3/2,0),然后利用點(diǎn)C、N1兩點(diǎn)坐標(biāo)求出直線(xiàn)CM1的解析式,再與拋物線(xiàn)聯(lián)立解方程組求交點(diǎn)坐標(biāo),即可求出所要尋找的點(diǎn)M1的坐標(biāo),不再贅述;
兩角和與差的構(gòu)造,有趣吧!這里我們用初中人人都能看懂的構(gòu)造法,解決了高中學(xué)生所能掌握的公式,仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智,好與不好在于學(xué)生,對(duì)于能接受的學(xué)生并且能運(yùn)用于平時(shí)的解題中,這肯定是大好事,因?yàn)橛械臅r(shí)候,我們用最自然的“確定性思想”思考問(wèn)題時(shí),很容易遇到這些“障礙”,掌握了今天的構(gòu)造法,你就可以輕松掃除障礙,掌握不了還可以去尋找其他方法,多一種工具、多一種方法,何樂(lè)而不為!
為了滿(mǎn)足大家的探究“胃口”,下面再提供一種由兩角和的構(gòu)造法結(jié)合對(duì)稱(chēng)性進(jìn)而得到兩角差的構(gòu)造之法,增加構(gòu)造的趣味性與數(shù)學(xué)味:
一切盡在圖18與圖19中,這也是傳說(shuō)中的“無(wú)字證明”!只要最后將目光鎖定在Rt△CHN’中,tan∠HCN’=1/2即為所要構(gòu)造的兩個(gè)角之差,不再詳述!
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