专题04 因动点产生的特殊四边形问题-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】特殊四边形的几何动点问题,很多困难源于问题中的可动点,常见的动点四边形有平行四边形、矩形、菱形等问题,其中尤其是平行四边形的问题出现次数最多。实际上,求解特殊四边形的动点问题,关键是利用图解法抓住它运动中的某一瞬间,寻找合理的代数关系式,确定运动变化过程中的数量关系、图形位置关系,分类画出符合条件的图形进行讨论,就能找到解决问题的途径,有效避免思维混乱。【方法揭秘】我们先思考三个问题:1已知 A、B 、C 三点,以 A、B、C、D 为顶点的平行四边形有几个,怎么画?2在坐标平面内,如何理解平行四边形 ABCD 的对边 AB 与 DC 平行且相等?3在坐标平面内,如何理解平行四边形
2、ABCD 的对角线互相平分?图 1 图 2 图 3如图 1,过ABC 的每个顶点画对边的平行线,三条直线两两相交,产生三个点 D如图 2,已知 A(0, 3),B(2, 0),C(3, 1) ,如果四边形 ABCD 是平行四边形,怎样求点 D 的坐标呢?点 B 先向右平移 2 个单位,再向上平移 3 个单位与点 A 重合,因为 BA 与 CD 平行且相等,所以点C(3, 1) 先向右平移 2 个单位,再向上平移 3 个单位得到点 D(5, 4)如图 3,如果平行四边形 ABCD 的对角线交于点 G,那么过点 G 画任意一条直线(一般与坐标轴垂直),点 A、 C 到这条直线的距离相等,点 B、D
3、 到这条直线的距离相等关系式 xAx Cx Bx D和 yA yCy By D有时候用起来很方便我们再来说说压轴题常常要用到的数形结合如图 4,点 A 是抛物线 yx 22x3 在 x 轴上方的一个动点, ABx 轴于点 B,线段 AB 交直线yx1 于点 C,那么点 A 的坐标可以表示为(x,x 22x3),点 C 的坐标可以表示为(x, x 1),线段 AB 的长可以用点 A 的纵坐标表示为ABy Ax 2 2x3,线段 AC 的长可以用 A、C 两点的纵坐标 图 4表示为 ACy Ay C(x 2 2x3) (x1)x 2x2 通俗地说,数形结合就是:点在图象上,可以用图象的解析式表示点
4、的坐标,用点的坐标表示点到坐标轴的距离【典例分析】例 1 如图 1,直线 y3x 3 与 x 轴、y 轴分别交于点 A、B,抛物线 ya(x2) 2k 经过 A、B 两点,并与 x 轴交于另一点 C,其顶点为 P(1 )求 a,k 的值;(2 )抛物线的对称轴上有一点 Q,使ABQ 是以 AB 为底边的等腰三角形,求点 Q 的坐标;(3 )在抛物线及其对称轴上分别取点 M、N,使以 A、C、M 、N 为顶点的四边形为正方形,求此正方形的边长 】图 1 思路点拨1第(2)题的等腰三角形只考虑 QAQB 的情形2第(3)题的正方形不可能 AC 为边,只存在 AC 为对角线的情形满分解答图 2 图
5、3 图 4考点伸展如果把第(3)题中的正方形改为平行四边形,那么符合条件的点 M 有几个?如果 AC 为对角线,上面的正方形 AMCN 是符合条件的,M(2,1)如图 5,如果 AC 为边,那么 MN/AC,MNAC2 所以点 M 的横坐标为 4 或 0 此时点 M 的坐标为 (4, 3)或(0, 3)第(2)题如果没有限制等腰三角形 ABQ 的底边,那么符合条件的点 Q 有几个?如图 2,当 QAQB 时,Q (2, 2)如图 6,当 BQBA 时,以 B 为圆心,BA 为半径的圆与直线 x2 有两个交点 10根据 BQ210,列方程 22( m3) 210 ,得 36此时 Q 或 (2,3
6、6)(,)如图 7,当 AQAB 时,以 A 为圆心,AB 为半径的圆与直线 x2 有两个交点,但是点(2,3) 与A、 B 三点共线,所以 Q(2, 3)图 5 图 6 图 7例 2 如图 1,在平面直角坐标系中,已知矩形 ABCD 的三个顶点 B(1, 0)、C (3, 0)、D(3, 4)以 A 为顶点的抛物线 y ax2bx c 过点 C动点 P 从点 A 出发,沿线段 AB 向点 B 运动,同时动点 Q 从点 C 出发,沿线段 CD 向点 D 运动点 P、Q 的运动速度均为每秒 1 个单位,运动时间为 t 秒过点 P 作 PEAB 交AC 于点 E(1)直接写出点 A 的坐标,并求出
7、抛物线的解析式;(2)过点 E 作 EFAD 于 F,交抛物线于点 G,当 t 为何值时,ACG 的面积最大?最大值为多少?(3)在动点 P、Q 运动的过程中,当 t 为何值时,在矩形 ABCD 内(包括边界)存在点 H,使以C、Q、 E、H 为顶点的四边形为菱形?请直接写出 t 的值图 1思路点拨1把ACG 分割成以 GE 为公共底边的两个三角形,高的和等于 AD2用含有 t 的式子把图形中能够表示的线段和点的坐标都表示出来3构造以 C、Q、E、H 为顶点的平行四边形,再用邻边相等列方程验证菱形是否存在满分解答考点伸展第(3)题的解题思路是这样的:因为 FE/QC,FE QC ,所以四边形
8、FECQ 是平行四边形再构造点 F 关于 PE 轴对称的点 H,那么四边形 EHCQ 也是平行四边形再根据 FQCQ 列关于 t 的方程,检验四边形 FECQ 是否为菱形,根据 EQCQ 列关于 t 的方程,检验四边形 EHCQ 是否为菱形, , , 1(,4)2Et1(,4)2Ft(3,Qt,0)C如图 2,当 FQCQ 时,FQ 2CQ 2,因此 221(4)tt整理,得 解得 , (舍去) 08t1085t2085如图 3,当 EQCQ 时,EQ 2CQ 2,因此 2()()tt整理,得 所以 , (舍去) 217t(3)4t13240t图 2 图 3例 3 如图 1,抛物线经过 A(1
9、, 0)、B(5, 0)、C 三点设点 E(x, y)是抛物线上一动点,且在 x 轴10(,)3下方,四边形 OEBF 是以 OB 为对角线的平行四边形(1 )求抛物线的解析式;(2 )当点 E(x, y)运动时,试求平行四边形 OEBF 的面积 S 与 x 之间的函数关系式,并求出面积 S 的最大值;(3 )是否存在这样的点 E,使平行四边形 OEBF 为正方形?若存在,求点 E、F 的坐标;若不存在,请说明理由 思路点拨1平行四边形 OEBF 的面积等于OEB 面积的 2 倍2第(3)题探究正方形 OEBF,先确定点 E 在 OB 的垂直平分线上,再验证 EOEB满分解答(1 )因为抛物线
10、与 x 轴交于 A(1, 0)、B(5, 0)两点,设 ya( x1)(x5) 代入点 C ,得 解得 0(,)315a23所以抛物线的解析式为 10()43yxx图 2 图 3考点伸展既然第(3)题正方形 OEBF 是存在的,命题人为什么不让探究矩形 OEBF 有几个呢?如图 4,如果平行四边形 OEBF 为矩形,那么OEB 90根据 EH2HO HB,列方程 22(1)5()3xx或者由 DE OB ,根据 DE2 ,列方程 15422 5()(1)34x这两个方程整理以后都是一元三次方程 4x328x 253x20 0 ,这个方程对于初中毕业的水平是不好解的事实上,这个方程可以因式分解,
11、 51()()如图 3,x ;如图 4,x 4;如图 5,x ,但此时点 E 在 x 轴上方了522这个方程我们也可以用待定系数法解:设方程的三个根是 、m、n,那么 4x328x 253 x20 54()()2mn根据恒等式对应项的系数相等,得方程组 解得41028,53.mn4,1.2mn图 4 图 5例 4 如图 1,在平面直角坐标系中,抛物线 yax 22ax 3a(a0)与 x 轴交于 A、B 两点(点 A 在点 B 的左侧) ,经过点 A 的直线 l:ykxb 与 y 轴负半轴交于点 C,与抛物线的另一个交点为 D,且CD4AC (1)直接写出点 A 的坐标,并求直线 l 的函数表
12、达式(其中 k、b 用含 a 的式子表示) ;(2)点 E 是直线 l 上方的抛物线上的动点,若ACE 的面积的最大值为 ,求 a 的值;54(3)设 P 是抛物线的对称轴上的一点,点 Q 在抛物线上,以点 A、D 、P、Q 为顶点的四边形能否成为矩形?若能,求出点 P 的坐标;若不能,请说明理由图 1 备用图思路点拨1过点 E 作 x 轴的垂线交 AD 于 F,那么AEF 与CEF 是共底的两个三角形2以 AD 为分类标准讨论矩形,当 AD 为边时,AD 与 QP 平行且相等,对角线 APQD;当 AD 为对角线时,AD 与 PQ 互相平分且相等满分解答(3)已知 A( 1, 0)、D(4,
13、 5a),x P1,以 AD 为分类标准,分两种情况讨论:如图 2,如果 AD 为矩形的边,那么 AD/QP,AD QP,对角线 APQD由 xDx Ax P xQ,得 xQ4当 x4 时,y a(x 1)(x 3)21a所以 Q(4, 21a)由 yDy Ay P yQ,得 yP26a所以 P(1, 26a)由 AP2QD 2,得 22(26 a)28 2(16a) 2整理,得 7a21所以 此时 P 767(1),如图 3,如果 AD 为矩形的对角线,那么 AD 与 PQ 互相平分且相等由 xDx Ax P xQ,得 xQ2所以 Q(2,3a)由 yDy Ay P yQ,得 yP8a所以
14、P(1, 8a)由 AD2PQ 2,得 52(5 a)21 2(11a) 2整理,得 4a21所以 此时 P (14),图 1 图 2 图 3考点伸展第(3)题也可以这样解设 P(1,n)如图 2,当 AD 时矩形的边时, QPD 90,所以 ,即 AMDNP53an解得 所以 P 所以 Q 5an235(1,)a3(4,)a将 Q 代入 ya(x 1)(x 3) ,得 所以 3(4,)17如图 3,当 AD 为矩形的对角线时,先求得 Q(2,3a) 由AQD 90 ,得 ,即 解得 AGKQD2512例 5 如图 1,已知抛物线 C:yx 2bx c 经过 A(3,0) 和 B(0, 3)两
15、点将这条抛物线的顶点记为 M,它的对称轴与 x 轴的交点记为 N(1)求抛物线 C 的表达式;(2)求点 M 的坐标;(3)将抛物线 C 平移到抛物线 C,抛物线 C的顶点记为 M,它的对称轴与 x 轴的交点记为 N如果以点 M、N 、M 、N 为顶点的四边形是面积为 16 的平行四边形,那么应将抛物线 C 怎样平移?为什么?图 1思路点拨1抛物线在平移的过程中,MN与 MN 保持平行,当 MNMN4 时,以点 M、N 、M 、N 为顶点的四边形就是平行四边形2平行四边形的面积为 16,底边 MN4,那么高 NN 43MN4 分两种情况:点 M在点 N的上方和下方 4NN 4 分两种情况:点
16、N在点 N 的右侧和左侧满分解答图 2 图 3考点伸展本题的抛物线 C 向右平移 m 个单位,两条抛物线的交点为 D,那么MM D 的面积 S 关于 m 有怎样的函数关系?如图 4,MM D 是等腰三角形,由 M(1,4)、M( 1m, 4),可得点 D 的横坐标为 2将 代入 y( x1) 24,得 所以 DH 2mx 24y24所以 S 311)48m图 4例 6 如图 1,已知抛物线 yx 2bx c 经过 A(0, 1)、B(4, 3) 两点 (1)求抛物线的解析式;(2)求 tanABO 的值;(3)过点 B 作 BCx 轴,垂足为 C,在对称轴的左侧且平行于 y 轴的直线交线段 A
17、B 于点 N,交抛物线于点 M,若四边形 MNCB 为平行四边形,求点 M 的坐标图 1 思路点拨1第(2)题求ABO 的正切值,要构造包含锐角ABO 的角直角三角形2第(3)题解方程 MNy My NBC,并且检验 x 的值是否在对称轴左侧满分解答(1)将 A(0, 1)、B(4, 3)分别代入 yx 2bxc ,得解得 ,c1,643.cb92b所以抛物线的解析式是 yx(2)在 RtBOC 中,OC 4,BC 3,所以 OB5如图 2,过点 A 作 AHOB ,垂足为 H在 Rt AOH 中,OA1, ,4sinsi5AOHBC所以 图 24sin5AHO所以 , 32B在 Rt ABH
18、 中, ta51AH图 3 图 4考点伸展第(3)题如果改为:点 M 是抛物线上的一个点,直线 MN 平行于 y 轴交直线 AB 于 N,如果M、N 、B 、C 为顶点的四边形是平行四边形,求点 M 的坐标那么求点 M 的坐标要考虑两种情况: MNy My N或 MNy Ny M由 yN yM4x x2,解方程 x24x3,得 (如图 5) 27所以符合题意的点 M 有 4 个: , , , 9(1,),(,)57(2,)图 5例 7 将抛物线 c1: 沿 x 轴翻折,得到抛物线 c2,如图 1 所示23y(1)请直接写出抛物线 c2 的表达式;(2)现将抛物线 c1 向左平移 m 个单位长度
19、,平移后得到新抛物线的顶点为 M,与 x 轴的交点从左到右依次为 A、B;将抛物线 c2 向右也平移 m 个单位长度,平移后得到新抛物线的顶点为 N,与 x 轴的交点从左到右依次为 D、E当 B、D 是线段 AE 的三等分点时,求 m 的值;在平移过程中,是否存在以点 A、N、E 、M 为顶点的四边形是矩形的情形?若存在,请求出此时m 的值;若不存在,请说明理由图 1思路点拨1把 A、B 、D 、E 、M、N 六个点起始位置的坐标罗列出来,用 m 的式子把这六个点平移过程中的坐标罗列出来2B、D 是线段 AE 的三等分点,分两种情况讨论,按照 AB 与 AE 的大小写出等量关系列关于 m 的方
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