巧用韋達定理打開思路枷鎖

2021-01-08 愛數學做數學

在解中考壓軸題過程中,往往會遇到各式各樣的思維障礙,這些障礙的形成一般可追溯到很早以前,可能是一次課堂中的一次走神,也可能是一次作業中的錯誤未及更改,更可能是某個定理長久未使用導致遺忘……

上述這些因素就成為了思路枷鎖,而打碎這些枷鎖,需要認真讀題、仔細回想、用心思考。讀題是為了不漏掉題目條件,很多時候學生讀題過程中,因為漏看某句話而導致思路不通的情況比比皆是,而回想則要求儘可能多地將與本題相關的解題經驗提取出來,和題目條件進行適配,從而讓自己更快找到解題思路。

韋達定理在一元二次方程這一章節中,人教版教材並沒有單獨強調,但在教學中,我們多少都會進行總結,畢竟兩根之和與兩根之積的推導過程其實也是一個熟悉公式的過程。在壓軸題中,巧妙使用韋達定理,有時會起到意想不到的作用,甚至是解題的關鍵鑰匙。

題目

拋物線L:y=-x+bx+c經過點A(0,1),與它的對稱軸直線x=1交於點B。

(1)直接寫出拋物線L的解析式;

(2)如圖1,過定點的直線y=kx-k+4(k<0)與拋物線L交於點M、N,若△BMN的面積等於1,求k的值;

(3)如圖2,將拋物線L向上平移m(m>0)個單位長度得到拋物線L1,拋物線L1與y軸交於點C,過點C作y軸的垂線交拋物線L1於另一點D,F為拋物線L1的對稱軸與x軸的交點,P為線段OC上一點,若△PCD與△POF相似,並且符合條件的點P恰有2個,求m的值及相應點P的坐標。

解析:

(1)既然是要求直接寫,一定有直接寫的理由,也就是說這一小題根本不需要草稿紙,僅憑觀察及簡單的口算便可得到結果。拋物線L中,只有一次項係數b和常數項c不知道,而給出的點A坐標,即為拋物線與y軸交點,這個縱坐標就是c的值,同時,對稱軸x=-b/2a=1中,可以算出b=2,因此拋物線L的解析式的確可以直接寫出,y=-x+2x+1

(2)過定點的直線,這個定點我們不妨先求一下,未來某個解題步驟還需要它,將k作為公因式提出來,我們將直線解析式寫為y=k(x-1)+4,通過觀察,發現當x=1時,無論k取何值,y=4,因此這個定點坐標為(1,4),似乎也在對稱軸上,我相信這應該不是意外。然後根據題目描述,直線與拋物線交於兩個點M、N,那麼聯立方程從而求點坐標是常規思路,先按這條路走下去,聯立的方程為x+(k-2)x+3-k=0,難道要用這個一元二次方程來表示點M、N的橫坐標?複雜度太高了點吧?先放在這裡吧!看後麵條件還說了些什麼,△BMN的面積等於1,這顯然是個等量關係,應該是前面那個聯立方程解出的根,表示M、N坐標,從而將△BMN面積表示出來得到等式(方程)來求解,這條路是沒錯,但計算量太大,就此陷入死胡同了,計算吧?量太大,也不知對錯,不計算吧?又沒別的路可走了。

還是先把△BMN面積表示出來吧,或許能有突破口,即使沒有,撈點步驟分也值。結果發現又遇到新困難,真是舊傷未復,又添新痕。

表示三角形面積,通常情況下用面積公式或割補法,本題中顯然面積公式不好用,底和高都不好用含k代數式表示,割補法怎麼下刀?橫切還是豎切?嘗試幾回發現都有問題,這時一定要回過頭看看最初那個定點E,將直線MN畫完整,然後再觀察,我們可以將△BMN看成是由△BEN減去△BEM得到,而它們有公共底BE,而且BE可求,拋物線L的頂點B坐標為(1,2),所以BE=2,而這兩個三角形的高,我們可以分別過點M、N向對稱軸作垂線MG、NH,下面可表示出△BMN的面積了,如下圖:

而MG、NH的長度,和點M、N的橫坐標有關,若將點M、N的橫坐標分別用x1和x2表示的話,那麼MG=x1-1,NH=x2-1,讓我們繼續推導上面的面積,如下圖:

原來面積等於兩根之差啊!這不正好可以利用前面那個聯立後未能解出來的一元二次方程了嗎?思路赫然開朗,如下圖:

(3)很顯然,兩個三角形相似,但又未指明對應邊,需要分情況討論,這種小兒科根本難不倒人嘛!可是後面有一句話令人費解,「符合條件的點P恰有2個」,難不成還有1個或3個甚至多個?先不管三七二十一,將相似三角形比例式列出來,看看是什麼樣的方程再說吧!

設點P坐標(0,p),同時拋物線L1向上平移了m個單位,於是它的解析式變為y=-x+2x+m+1,順便表示出C(0,m+1)和D(2,m+1),這樣我們便可以表示出CD=2,PC=m+1-p,OP=p,OF=1,開始列兩種情況下的比例式方程了,如下圖:

第一種情況是一元二次方程,可能有兩個實數根,第二種情況是一元一次方程,只可能有一個實數根,那麼結果可能會有1個、2個、3個實數根的情況,再來讀前面那句話,應該明白它的意思了,意味著一元二次方程只可能是兩個相等的實數根,即△=0,於是思路可以繼續進行下去了,令它的△=0,解得m=2√2-1,最後求點P坐標為(0,2√2/3)

解題反思:

本題的兩個難點分別是韋達定理的使用和對「符合條件的點P恰有2個」的理解,特種是第一個難點,十分不易想到,畢竟多數同學寫到那個聯立後又不能解的方程便放棄了,韋達定理十分適用於那而些「解不出來」的一元二次方程;同時面積表示過程中,橫豎切割一旦不奏效,也會進一步放棄,而直線經過的定點E恰恰在其中起到了關鍵作用,題圖中並沒有畫出,而需要自己動手,因此,勤於作圖的同學應該在思考過程中佔到意想不到的便宜。這道習題其實對平時刻苦勤奮的學生是十分友好的,對靠小聰明的學生無疑是巨坑,依然是常規解題方法,只要平時注重反思,將它真正理解吸收了,那麼在解題過程中,才能做到思如泉湧,下筆如有神。

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