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近年中考题中,关于存在性的问题不时出现.由于这类问题大多以函数图象为载体,来研究事物的存在性,技巧性和综合性也较强,解决起来有一定的难度,对知识的迁移能力、灵活运用能力和分析问题的能力要求又高,所以一直是连续几年来全国各地中考数学试题的压轴型题目.
存在性问题的求解思路是:先对结论作出肯定的假设,然后由这个假设出发,结合已有条件或挖掘隐含条件,辅以方程思想、数形结合思想和分类讨论思想等进行正确地计算、推理,再对得出的结果进行分析、验证,判断是否与题设、公理、定理等相吻合.若无矛盾,说明结论正确,由此得出符合条件的数学对象存在;否则,说明不存在.
一、以点的运动为背景,探究等腰三角形的存在性问题
y=12x2+bx+c
与y轴相交于C,与x轴相交于A、B,点A的坐标为(2,0),点C的坐标为(0,-1).
(1)求抛物线的解析式;
(2)点E是线段AC上一动点,过点E作DEx轴于点D,连结DC,当DCE的面积最大时,求点D的坐标;
(3)在直线BC上是否存在一点P,使ACP为等腰三角形,若存在,求点P的坐标,若不存在,说明理由.
二、以点在抛物线上运动为背景,探究三角形相似(或全等)的存在性问题
例2(2010 甘肃) 如图4,抛物线与x轴交于A(-1,0)、B(3,0)两点,与y轴交于点C(0,-3),设抛物线的顶点为D.
(1)求该抛物线的解析式与顶点D的坐标;
(2)以B、C、D为顶点的三角形是直角三角形吗?为什么?
(3)探究坐标轴上是否存在点P,使得以P、A、C为顶点的三角形与BCD相似?若存在,请指出符合条件的点P的位置,并直接写出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)(2)略.(3)连接AC,可知RtCOA∽ RtBCD,得符合条件的点为O(0,0).
过A作AP1AC交y轴正半轴于P1,可知RtCAP1 ∽ RtCOA∽ RtBCD,
求得符合条件的点为P1(0,13).
过C作CP2AC交x轴正半轴于P2,可知RtP2CA∽ RtCOA∽ RtBCD,
求得符合条件的点为P2(9,0).
所以符合条件的点有三个:O(0,0),P1(0,13),P2(9,0).
点评:本题渗透了分类讨论和数形结合的数学思想,分类讨论画出图形来确定点P的位置,根据图形求出P点坐标.
三、以点在抛物线上运动为背景,探究图形周长或面积最大(小)的存在性问题
例3(山东济宁)如图5,在平面直角坐标系中,顶点为(
4,-1)的抛物线交y轴于A点,交x轴于B、C两点(点B在点C的左侧). 已知A点坐标为(
0,3).
(1)求此抛物线的解析式;
(2)过点B作线段AB的垂线交抛物线于点D, 如果以点C为圆心的圆与直线BD相切,请判断抛物线的对称轴l与圆C有怎样的位置关系,并给出证明;
(3)已知点P是抛物线上的一个动点,且位于A、C 两点之间,问:当点P运动到什么位置时,
PAC的面积最大?并求出此时P点的坐标和PAC的最大面积.
点评:能够找出关键点的坐标,建立一个合适的函数关系式,根据函数关系式和自变量的取值范围来确定相应的最大值或最小值.
四、以点在抛物线上运动为背景,探究直角三角形、平行四边形、菱形、矩形、正方形、等腰梯形、直角梯形等图形的存在性问题
解后反思:本题综合考察了求交点坐标、求函数解析式、直角梯形性质等知识,既是代数与几何的有机结合,又有运动与静止的辨证统一.其解法由直角梯形的两底平行得出顶点P是直线AP或OP与抛物线的交点,需要学生有较强的观察能力及分析问题能力.
五、以点在抛物线上运动为背景,探究圆的存在性问题
例5(四川成都)在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=ax2+bx+c与x轴交于
A、B两点(点A在点B的左侧),与y轴交于点C,点A的坐标为(-3,0),若将经过A、C两点的直线
y=kx+b沿y轴向下平移3个单位后恰好经过原点,且抛物线的对称轴是直线
x=-2.
(1)求直线AC及抛物线的函数表达式;
(2)如果P是线段
AC上一点,设ABP、BPC的面积分别为SABP、
SBPC,且
SABP∶
(3)设圆Q的半径为1,圆心Q在抛物线上运动,则在运动过程中是否存在圆Q与坐标轴相切的情况?若存在,求出圆心Q的坐标;若不存在,请说明理由.并探究:若设圆Q的半径为r,圆心Q在抛物线上运动,则当r取何值时,圆Q与两坐标轴同时相切?
解:(3)(Ⅰ)假设圆Q在运动过程中,存在圆Q与坐标轴相切的情况.
评注:此题在内容上涉及了方程、函数、圆等诸多知识点及能力要求,融入了动态几何的变与不变的特性.解答这类题型关键要注意“动静结合、以静制动”,抓住圆在运动过程中与坐标轴相切的静止的瞬间作为突破口,利用圆心在抛物线上的坐标之间的关系求出圆心坐标. 其重要数学思想“分类讨论”思想贯穿于整个解题过程中.
综上所述,解决存在性试题需要用运动与变化的眼光去观察和研究图形,抓住其中的等量关系和变量关系,同时要善于利用相似三角形的性质定理、勾股定理、圆的有关性质、图形的面积关系等,并利用方程这个桥梁,得到函数关系式.因此,在中考复习中应有意识地加强这方面的训练,培养学生解答这类试题的能力.