专题08 图形运动中的有关函数关系问题-2019届突破中考数学压轴题讲义(解析版)
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1、【类型综述】图形运动的过程中,求面积随某个量变化的函数关系,是中考数学的热点问题计算面积常见的有四种方法,一是规则图形的面积用面积公式;二是不规则图形的面积通过割补进行计算;三是同高(或同底)三角形的面积比等于对应边(或高)的比;四是相似三角形的面积比等于相似比的平方前两种方法容易想到,但是灵活使用第三种和第四种方法,可以使得运算简单【方法揭秘】一般情况下,在求出面积 S 关于自变量 x 的函数关系后,会提出在什么情况下(x 为何值时) ,S 取得最大值或最小值关于面积的最值问题,有许多经典的结论例 1,周长一定的矩形,当正方形时,面积最大例 2,面积一定的矩形,当正方形时,周长最小例 3,周
2、长一定的正多边形,当边数越大时,面积越大,极限值是圆例 4,如图 1,锐角ABC 的内接矩形 DEFG 的面积为 y,AD x,当点 D 是 AB 的中点时,面积 y 最大例 5,如图 2,点 P 在直线 AB 上方的抛物线上一点,当点 P 位于 AB 的中点 E 的正上方时,PAB 的面积最大例 6,如图 3,ABC 中,A 和对边 BC 是确定的,当 ABAC 时,ABC 的面积最大来源:Zxxk.Com图 1 图 2 图 3【典例分析】例 1 如图 1,已知梯形 OABC,抛物线分别过点 O(0,0) 、A(2,0) 、B(6,3) (1)直接写出抛物线的对称轴、解析式及顶点 M 的坐标
3、;(2)将图 1 中梯形 OABC 的上下底边所在的直线 OA、CB 以相同的速度同时向上平移,分别交抛物线于点 O1、A 1、C 1、B 1,得到如图 2 的梯形 O1A1B1C1设梯形 O1A1B1C1 的面积为 S,A 1、 B1 的坐标分别为 (x1,y 1)、(x 2,y 2)用含 S 的代数式表示 x2x 1,并求出当 S=36 时点 A1 的坐标;(3)在图 1 中,设点 D 的坐标为 (1,3),动点 P 从点 B 出发,以每秒 1 个单位长度的速度沿着线段 BC 运动,动点 Q 从点 D 出发,以与点 P 相同的速度沿着线段 DM 运动P、Q 两点同时出发,当点 Q 到达点M
4、 时,P 、Q 两点同时停止运动设 P、Q 两点的运动时间为 t,是否存在某一时刻 t,使得直线 PQ、直线AB、x 轴围成的三角形与直线 PQ、直线 AB、抛物线的对称轴围成的三角形相似?若存在,请求出 t 的值;若不存在,请说明理由图 1 图 2思路点拨1第(2)题用含 S 的代数式表示 x2x 1,我们反其道而行之,用 x1,x 2 表示 S再注意平移过程中梯形的高保持不变,即 y2y 13通过代数变形就可以了2第(3)题最大的障碍在于画示意图,在没有计算结果的情况下,无法画出准确的位置关系,因此本题的策略是先假设,再说理计算,后验证3第(3)题的示意图,不变的关系是:直线 AB 与 x
5、 轴的夹角不变,直线 AB 与抛物线的对称轴的夹角不变变化的直线 PQ 的斜率,因此假设直线 PQ 与 AB 的交点 G 在 x 轴的下方,或者假设交点 G 在 x轴的上方满分解答(1)抛物线的对称轴为直线 ,解析式为 ,顶点为 M(1, ) 1x2184yx8(2) 梯形 O1A1B1C1 的面积 ,由此得到 由于122()3()6Sx123sx,所以 整理,得 因此213y2221184yxx2121()84得到 217xS当 S=36 时, 解得 此时点 A1 的坐标为(6,3) 214,.x12,8.x(3)设直线 AB 与 PQ 交于点 G,直线 AB 与抛物线的对称轴交于点 E,直
6、线 PQ 与 x 轴交于点 F,那么要探求相似的GAF 与GQE,有一个公共角G 在GEQ 中, GEQ 是直线 AB 与抛物线对称轴的夹角,为定值在GAF 中,GAF 是直线 AB 与 x 轴的夹角,也为定值,而且 GEQ GAF因此只存在GQEGAF 的 可能,GQEGAF这时GAFGQEPQD由于 , ,所以 解得 3tan4GAFtan5DQtP345t207t图 3 图 4考点伸展第(3)题是否存在点 G 在 x 轴上方的情况?如图 4,假如存在,说理 过程相同,求得的 t 的值也是相同的事实上,图 3 和图 4 都是假设存在的示意图,实际的图形更接近图 3例 2 如图 1,抛物线
7、yax 2bx c(a、b、c 是常数,a0)的对称轴为 y 轴,且经过(0,0)和 两点,1(,)6a点 P 在该抛物线上运动,以点 P 为圆心的P 总经过定点 A(0, 2)(1)求 a、b、c 的值;(2)求证:在点 P运动的过程中,P 始终与 x 轴相交;(3)设P 与 x 轴相交于 M(x1, 0)、N (x2, 0)两点,当AMN 为等腰三角形时,求圆心 P 的纵坐标图 1 思路点拨1不算不知道,一算真奇妙,原来P 在 x 轴上截得的弦长 MN4 是定值2等腰三角形 AMN 存在三种情况,其中 MAMN 和 NANM 两种情况时,点 P 的纵坐标是相等的满分解答(1)已知抛物线的顶
8、点为(0,0),所以 yax 2所以 b0,c0将 代入 yax 2,得 解得 (舍去了负值) (,)6a216a14(2)抛物线的解析式为 ,设点 P 的坐标为 4x2(,)x已知 A(0, 2),所以 22411()6PA而圆心 P 到 x 轴的距离为 ,所以半径 PA圆心 P 到 x 轴的距离4x所以在点 P 运动的过程中,P 始终与 x 轴相交(3)如图 2,设 MN 的中点为 H,那么 PH 垂直平分 MN在 Rt PMH 中, , ,所以 MH242416MAx2241()6Px所以 MH2因此 MN4,为定值学 *科网等腰AMN 存在三种情况:如图 3,当 AMAN 时,点 P
9、为原点 O 重合,此时点 P 的纵坐标为 0图 2 图 3如图 4,当 MAMN 时,在 RtAOM 中,OA2,AM4,所以 OM2 3此时 xOH 2 所以点 P 的纵坐标为 3 21(3)(1)4x如图 5,当 NANM 时,点 P 的纵坐标为也为 4图 4 图 5考点伸展如果点 P 在抛物线 上运动,以点 P 为圆心的P 总经过定点 B(0, 1),那么在点 P 运动的过程中,214yxP 始终与直线 y1 相切这是因为:设点 P 的坐标为 2(,)x已知 B(0, 1),所以 22211()()144Bxxx而圆心 P 到直线 y1 的距离也为 ,所以半径 PB圆心 P 到直线 y1
10、 的距离所以在点 P 运动的过程中,P 始终与直线 y1 相切例 3 如图 1,已知一次函数 yx7 与正比例函数 的图象交于点 A,且与 x 轴交于点 B43yx( 1) 求点 A 和点 B 的 坐标;(2)过点 A 作 ACy 轴于点 C,过点 B 作直线 l/y 轴动点 P 从点 O 出发,以每秒 1 个单位长的速度,沿 OCA 的 路 线 向 点 A 运 动 ; 同时直线 l 从点 B 出发,以相同速度向左平移,在平移过程中,直线 l交 x 轴于点 R,交线段 BA 或 线 段 AO 于 点 Q当 点 P 到 达 点 A 时 , 点 P 和 直 线 l 都 停 止 运 动 在 运 动过
11、 程 中 , 设 动 点 P 运 动 的 时 间 为 t 秒 当 t 为何值时,以 A、 P、 R 为顶点的三角形的面积为 8?是否存在以 A、 P、 Q 为顶点的三角形是等腰三角形?若存在,求 t 的值;若不存在,请说明理由思路点拨1把图 1 复制若干个,在每一个图形中解决一个问题2求APR 的面积等于 8,按照点 P 的位置分两种情况讨论事实上,P 在 CA 上运动时,高是定值 4,最大面积为 6,因此不存在面积为 8 的可能3讨论等腰三角形 APQ,按照点 P 的位置分两种情况讨论,点 P 的每一种位置又要讨论三种情况满分解答(1)解方程组 得 所以点 A 的坐标是( 3,4)7,43y
12、x3,4.y令 ,得 所以点 B 的坐标是(7,0) 0yxx(2)如图 2,当 P 在 OC 上运动时,0t 4由 ,得8APRACPOROSS 梯 形整理,得 解得 t2 或 t6(舍去) 如图 3,113+7)4()(7)82t( 2810t当 P 在 CA 上运动时,APR 的最大面积为 6因此,当 t2 时,以 A、 P、 R 为顶点的三角形的面积为 8图 2 图 3 图 4我们先讨论 P 在 OC 上运动时的情形,0t 4如图 1,在AOB 中,B 45 ,AOB45,OB7, ,所以 OBAB 因此2ABOABAOBB如图 4,点 P 由 O 向 C 运动的过程中,OPBRRQ
13、,所以 PQ/x 轴因此AQP45保持不变, PAQ 越来越大,所以只存在 APQ AQP 的情况此时点 A 在 PQ 的垂直平分线上, OR2CA 6所以 BR1,t1我们再来讨论 P 在 CA 上运动时的情形,4t7在APQ 中, 为定值, , 3cos57APt5203QOARt如图 5,当 APAQ 时,解方程 ,得 52073t418t如图 6,当 QPQA 时,点 Q 在 PA 的垂直平分线上,AP2(OR OP)解方程 ,72()4tt得 t如 7,当 PAPQ 时,那么 因此 解方程 ,得12cosAP2cosQAP5032(7)35tt2643t综上所述,t1 或 或 5 或
14、 时,APQ 是等腰三角形 41863图 5 图 6 图 7考点伸展当 P 在 CA 上,QPQA 时,也可以用 来求解2cosAPQ例 4 如图 1,在 RtABC 中,ACB90,AB13,CD/ AB,点 E 为射线 CD 上一动点(不与点 C 重合) ,联结 AE 交边 BC 于 F,BAE 的平分线交 BC 于点 G (1)当 CE3 时,求 SCEF S CAF 的值;(2)设 CEx ,AE y,当 CG2GB 时,求 y 与 x 之间的函数关系式;(3)当 AC5 时,联结 EG,若AEG 为直角三角形,求 BG 的长图 1 思路点拨1第(1)题中的CEF 和CAF 是同高三角
15、形,面积比等于底边的比2第(2)题中的ABC 是斜边为定值的形状不确定的直角三角形3第(3)题中的直角三角形 AEG 分两种情况讨论满分解答(1)如图 2,由 CE/AB,得 31EFCAB由于CEF 与CAF 是同高三角形,所以 SCEF S CAF 313(2)如图 3,延长 AG 交射线 CD 于 M 图 2由 CM/AB,得 所以 CM2AB26CGAB由 CM/AB,得EMABAM学% 科网又因为 AM 平分BAE,所以BAMEAM 所以EMA EAM所以 yEAEM26x 图 3 图 4(3)在 RtABC 中, AB13,AC 5,所以 BC12如图 4,当AGE90时,延长 E
16、G 交 AB 于 N,那么AGE AGN所以 G 是 EN 的中点所以 G 是 BC 的中点,BG 6如图 5,当AEG90时,由 CAF EGF,得 FCAEG由 CE/AB,得 FCBEA所以 又因为AFGBFA,所以AFGBFA G所以FAGB 所以GABB所以 GAGB作 GHAH ,那么 BHAH 132在 Rt GBH 中,由 cosB ,得 BG HG132694图 5 图 6考点伸展第(3)题的第种情况,当AEG90 时的核心问题是说理 GAGB如果用四点共圆,那么很容易如图 6,由 A、C、E、G 四点共圆,直接得到24上海版教材不学习四点共圆,比较麻烦一点的思路还有:如图
17、7,当AEG90时,设 AG 的中点为 P,那么 PC 和 PE 分别是 RtACG 和 RtAEG 斜边上的中线,所以 PCPE PAPG所以122,325如图 8,在等腰PCE 中,CPE 180 2( 45),又因为CPE180(1 3) ,所以132(45)所以124所以24B所以GABB所以 GAGB图 7 图 8例 5 在平面直角坐标系 xOy 中,抛物线 与 x 轴的交点分别为原点 O 和221534myxm点 A,点 B(2,n)在这条抛物线上(1)求点 B 的坐标;(2)点 P 在线段 OA 上,从点 O 出发向点 A 运动,过点 P 作 x 轴的垂线,与直线 OB 交于点
18、E,延长 PE到点 D,使得 EDPE ,以 PD 为斜边,在 PD 右侧作等腰直角三角形 PCD( 当点 P 运动时,点 C、D 也随之运动) 当等腰直角三角形 PCD 的顶点 C 落在此抛物线上时,求 OP 的长;若点 P 从点 O 出发向点 A 作匀速运动,速度为每秒 1 个单位,同时线段 OA 上另一个点 Q 从点 A 出发向点 O 作匀速运动,速度为每秒 2 个单位(当点 Q 到达点 O 时停止运动,点 P 也停止运动) 过 Q 作 x轴的垂线,与直线 AB 交于点 F,延长 QF 到点 M,使得 FMQF,以 QM 为斜边,在 QM 的左侧作等腰直角三角形 QMN(当点 Q 运动时
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