直線與四邊形的關係我們給出如下定義:如圖1,當一條直線與一個四邊形沒有公共點時,我們稱這條直線和這個四邊形相離.如圖2,當一條直線與一個四邊形有唯一公共點時,我們稱這條直線和這個四邊形相切.如圖3,當一條直線與一個四邊形有兩個公共點時,我們稱這條直線和這個四邊形相交.
(1)如圖4,矩形AOBC在平面直角坐標系xOy中,點A在x軸上,點B在y軸上,OA=3,OB=2,直線y=x+2與矩形AOBC的關係為___.
(2)在(1)的條件下,直線y=x+2經過平移得到直線y=x+b,當直線y=x+b,與矩形AOBC相離時,b的取值範圍是_______;當直線y=x+b,與矩形AOBC相交時,b的取值範圍是_______.(3)已知P(m,m+2),Q(3,m+2),M(3,1),N(m,1),當直線y=x+2與四邊形PQMN相切且線段QN最小時,利用圖5求直線QN的函數表達式.
分析:⑴閱讀材料即可得出直線y=x+2與y軸的交點就是B點,因此直線與矩形AOBC相切.
⑵數形結合:由一次函數的性質,當直線上下平移時,k不變,b變化。
直線y=x+2平移後的y=x+b與矩形的關係,當b>2時,y=x+b與y軸交點在B的上方,此時直線與矩形相離;
當直線向下平移過點A時,相切,此時b=-3,繼續向下平移,當b<-3時,直線與矩形相離;
因此當b>2或b<-3時,直線與矩形相離。
可以同時得出當-3<b<2時,直線與矩形相交。
⑶∵P(m,m+2),Q(3,m+2),M(3,1),N(m,1),∴PQ∥MN,PN∥QM,PN⊥x軸,∴四邊形PQMN是矩形,∴PM=QN.QN最小,即PM最小。
PM最小時,就是M到直線y=x+2的距離,此時PM⊥直線y=x+2。如圖7
則PM所在直線的k=-1,設PM解析式是y=-x+b,把M點帶入,得出b=4,則PM所在直線的解析式是y=-x+4.
通過y=x+2和y=-x+4,解得P點坐標(1,3),則m=1。
此時Q點坐標(3,3)N點坐標(1,1)。
用待定係數法,可得QN的解析式是y=x。
本題為一次函數拓展題型,有九年級的同學說,本題第3問,不需數形結合,直接用二次函數求QN的最小值和m的取值。
根據Q(3,m+2),N(m,1)得出線段QN的長度:
m=1時,可得Q、N的坐標,待定係數法確定QN解析式:y=x,此法用了二次函數求極值的方法,適用於九年級同學。