以2018年山西省中考23題為例,談談等腰三角形的存在性問題

2020-12-13 胡不歸數學課堂

前言:中考高頻考點系列是筆者根據近兩年中考的趨勢及熱點,結合《新課標》的要求,對中考經常出現的題型,進行了歸納總結,要想在中考時取得好成績,這些都是必須要掌握的知識。

本篇重點講解「等腰三角形的存在性問題」。(已推出的旋轉結構、直角結構、中點結構、半角結構、一線三等角模型等內容,請關注「胡不歸數學課堂」查看)

等腰三角形的存在性問題一直是近年中考熱點之一,常出現在綜合題中,屬於難度大知識點覆蓋面廣的一種題型,常用的解決方法有以下三種:

方法一:幾何法「兩圓一線」

如下圖,已知點A、B和直線l,在l上是否存在點P,使以A、B、P為頂點的三角形是等腰三角形,若存在,有幾個符合條件的點P?

方法:分別以點A、B為圓心,以線段AB長為半徑作圓,然後作AB的中垂線,兩圓和中垂線與l的所有交點即為P點,共5個,如下圖所示:

方法二:「分情況討論法」

題中給出的條件不明確,哪個是三角形的腰無法確定,這時要分不同情況求解,表示出三角形三個頂點A、B、P的坐標,再表示出線段AB、BP、AP的長度,分三種情況討論:①AB=AP;②BA=BP;③PB=PA,分別列方程解出坐標。

方法三:作等腰三角形底邊的高,用勾股定理或相似建立等量關係求解。

在實戰中,找點的位置和個數適合用第一種「兩圓一線」法,第二、三種方法更適合求點的坐標。

我們來研究今年山西的一道中考題:

( 1) 求 A、 B 、C 三點的坐標;

( 2) 試探究在點 P 的 運 動 的 過 程 中,是 否 存 在 這 樣 的 點 Q,使 得 以 A ,C ,Q 為 頂 點 的 三 角 形是等腰三角形 .若 存 在,請直接寫出此時點 Q 的 坐 標; 若 不 存 在,請 說明理由.

解析:

第一問令y=0,求出方程的兩個根,即可得到A、B的橫坐標,進而可求得點A、B的坐標,令x=0,得y=-4,即可得到C點的坐標,答案為:A(-3,0),B( 4,0),C( 0, -4).

第二問求點的坐標,不妨選擇「分情況討論法」,解答如下:

依題意分3種情況求解:

反思:「分情況討論法」的解答過程中,要經常用到勾股定理,甚至是兩點間距離公式,提醒大家注意。

下面再舉幾個例子:

【典例1】在平面直角坐標系中,如下圖,O為原點,已知A(2,-1),P是x軸上的一個動點,如果以P,O,A為頂點的三角形是等腰三角形,那麼符合條件的動點P的個數為( )

A.2 B.3 C.4 D.5

解析:求點的個數就用「兩圓一線」法,很容易得到答案,如下圖所示,符合要求的P點共有5個。

反思:等腰三角形存在性問題,根據點的特徵又可分為「兩定一動型」和「兩動一定型」,「分情況討論法」是通用的一種求解方法,而「兩圓一線」更適用於「兩定一動型」的求交點位置或個數的問題。

【典例2】如下圖,已知△ABC中,∠C=90°,AC=3,BC=4,P、Q分別為AB、BC上的動點,PB=CQ=x。求:當x為何值時,△PBQ為等腰三角形?

解析:本題是兩個動點(P和Q)一個定點(B),需分3種情況討論:

① 當BP=BQ時,易得4-x=x x=2.

② 當PQ=PB時,如下圖,過點P作PM⊥BC於點M,易證△BPM∽△BAC,再由相似比可算出答案。

③當QP=QB時,如下圖,則由△BQM∽△BAC可得答案。

反思:當有兩個點是動點,一個是定點時,需要分3種情況討論,此時一般考慮後兩種方法,而作等腰三角形底邊的高,由 「三線合一」走相似路線一般很好使。

求解點的坐標過程中,往往要用到勾股定理或者兩點間距離公式,甚至要用上「若兩直線垂直則斜率的積為-1」 得到答案 ,而這些知識課本上是沒有的,其實中考最後的壓軸題一般不需要過程,只需求出正確的答案即可,因此,如果作為學有餘力的同學,可以拓寬視野,適當掌握一些有用的公式,也是必要的。

以下是坐標系背景下的求解題可能用得上的3個公式,供參考:

① 線段的中點坐標公式:如果線段AB的兩個端點坐標分別為 (x,y),(x,y) ,中點M的坐標記作(x, y),則x =1/2(x+x),y =1/2(y+y) 即線段的中點坐標等於它的兩個端點坐標之和的一半;

②若直線y=kx+b與直線y=kx+b互相垂直,則有k·k=-1;

③兩點間距離公式:設A(x,y),B(x,y)是平面直角坐標系中的兩個點,則

【精品練習題】

1、如下圖,在長方形ABCD中,AB=4,AD=10,點Q是BC的中點,點P在AD邊上運動,若△BPQ是腰長為5的等腰三角形,則滿足題意的點P有( )

A.2個 B.3個 C.4個 D.5個

2、已知:如下圖,線段AB的端點A在直線l上,AB與l的夾角為60°,請在直線l上另找一點C,使△ABC是等腰三角形.這樣的點有( )

A.1個 B.2個 C.3個 D.4個

3、如下圖,在△ABC中,∠ABC=90°,AB=3cm,BC=4cm.動點Q從點A出發沿AC向終點C勻速運動,速度2cm/s;同時,點P從點B出發沿BA向終點A勻速運動,速度1cm/s.求當t為何值時,△APQ為等腰三角形?

(1)求拋物線的解析式;

(2)點P為拋物線對稱軸上的動點,當△PBC為等腰三角形時,求點P的坐標。

【答案】

1、B

2、B(注意:特殊三角形作兩圓一線時,有些點是重合的)

3、當t為1s或9/8s或15/17s時,△APQ為等腰三角形.

(2)方法一:分別以點B、C為圓心,線段BC長為半徑作圓,交對稱軸於點P2、P3、P4、P5,再作BC的垂直平分線交對稱軸於點P1,故符合要求的P點共5個,利用勾股定理及已知的B和C坐標,可求出P2、P3、P4、P5,求P1時需用中點坐標公式,以及兩直線垂直其斜率的積為-1求得。

方法二:通過二次函數解析式求出點B、C的坐標;然後利用勾股定理求得線段BC的長,當△PBC為等腰三角形時,需分PB=PC,CP=CB,BP=BC三種情況討論,得到答案。

綜上,當△PBC為等腰三角形時,點P的坐標為(-1,0)或(-1,√3+√11)或(-1,√3-√11)或(-1,2√2)或(-1,-2√2 )

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