在平面幾何題中,適當的建立直角坐標系,利用代數的方法解決幾何問題,即解析法,有時會顯得更簡潔高效.現以近年中考壓軸題為例,分析說明解析法之妙.
1.如圖,在矩形ABCD中,點P在邊CD上,且與C、D不重合,過點A作AP的垂線與CB的延長線相交於點Q,連接PQ,M為PQ中點.
(1)求證:△ADP∽△ABQ;
(2)若AD=10,AB=20,點P在邊CD上運動,設DP=x,BM2=y,求y與x的函數關係式,並求線段BM的最小值;
(3)若AD=10,AB=a,DP=8,隨著a的大小的變化,點M的位置也在變化.當點M落在矩形ABCD外部時,求a的取值範圍.
【分析】本題綜合考查了相似三角形的判定與性質、中位線、勾股定理、二次函數的最值、解一元一次不等式等知識點,涉及考點較多,有一定的難度.解題關鍵是:第(2)問中,由BM2=y,容易聯想到直角三角形與勾股定理;由最值容易聯想到二次函數;第(3)問中需要明確「點M落在矩形ABCD外部」所要滿足的條件.
【解答】(1)證明:∵∠QAP=∠BAD=90°,∴∠QAB=∠PAD,
又∵∠ABQ=∠ADP=90°,∴△ADP∽△ABQ.
(2)解:∵△ADP∽△ABQ,∴AD/AB=DP/QB,
即10/20=x/QB,解得QB=2x.
∵DP=x,CD=AB=20,∴PC=CD﹣DP=20﹣x.
如解答圖所示,過點M作MN⊥QC於點N,
∵MN⊥QC,CD⊥QC,點M為PQ中點∴點N為QC中點,MN為中位線,
∴MN=1/2PC=1/2(20﹣x)=10﹣1/2x,
BN=1/2QC﹣BC=1/2(BC+QB)﹣BC=1/2(10+2x)﹣10=x﹣5.
在Rt△BMN中,由勾股定理得:
第(3)的解法不僅要想到添加輔助線,還兩次運用了相似比,計算量大,易出錯.比較穩妥而簡潔的做法是將圖形放進直角坐標系中,利用數形結合的方法來解決此類問題.
如何建立合適、恰當的坐標系呢?通常需要考慮以下兩點: 第一,讓儘可能多的點落在直角坐標繫上,這些點的坐標含有數字O,可以起到簡化運算的功效;
第二,考慮圖形的對稱性,同樣,也能起到簡化運算的作用.
解答 如(2)中的答圖所示,建立以B點為原點,BC方向為x軸正半軸,BA方向為y軸正半軸的直角坐標系.
思考:沒有比較久沒有傷害,這樣通過建立合適的直角坐標系,使圖形上各點得到確定,讓問題變得清晰明了,避免了運用相似而產生的複雜計算.
知微見著,在初中幾何的學習中, 常常遇到不同類型的幾何計算題, 若以直角為背景的幾何題,一般情況下,用初中幾何有關定義、定理處理比較方便!但有些題目卻要添加輔助線,發掘隱含條件等高技巧的特殊處理措施,初學者解題時常遇到困難。如果採用解析法,有些問題思路反而清晰簡單,具有獨特的優點。
平面上建立直角坐標系後,點與有序實數對建立了一一對應關係,這樣,就可以將幾何問題轉化為代數問題。平面解析幾何是藉助平面坐標系, 利用代數方法來研究平面圖形,從而平面圖形的性質可以表示為圖形上點的坐標之間的關係, 特別是代數關係, 以此實現幾何問題與代數問題的相互轉化。
2.某數學興趣小組對線段上的動點問題進行探究,已知AB=8.
問題思考:
如圖1,點P為線段AB上的一個動點,分別以AP、BP為邊在同側作正方形APDC、BPEF.
(1)當點P運動時,這兩個正方形的面積之和是定值嗎?若是,請求出;若不是,請求出這兩個正方形面積之和的最小值.
(2)分別連接AD、DF、AF,AF交DP於點K,當點P運動時,在△APK、△ADK、△DFK中,是否存在兩個面積始終相等的三角形?請說明理由.
問題拓展:
(3)如圖2,以AB為邊作正方形ABCD,動點P、Q在正方形ABCD的邊上運動,且PQ=8.若點P從點A出發,沿A→B→C→D的線路,向點D運動,求點P從A到D的運動過程中,PQ的中點O所經過的路徑的長.
(4)如圖3,在「問題思考」中,若點M、N是線段AB上的兩點,且AM=BN=1,點G、H分別是邊CD、EF的中點,請直接寫出點P從M到N的運動過程中,GH的中點O所經過的路徑的長及OM+OB的最小值.
【分析】本題是中考壓軸題,難度較大.解題難點在於分析動點的運動軌跡,需要很好的空間想像能力和作圖分析能力;此外本題還綜合考查了二次函數、整式運算、四邊形、中位線、相似、軸對稱與勾股定理等眾多知識點,是一道好題.聲明:試題解析著作權屬菁優網所有,未經書面同意,不制發
【解答】(1)當點P運動時,這兩個正方形的面積之和不是定值.
設AP=x,則PB=8﹣x,
(3)當點P從點A出發,沿A→B→C→D的線路,向點D運動時,不妨設點Q在DA邊上,若點P在點A,點Q在點D,此時PQ的中點O即為DA邊的中點;若點Q在DA邊上,且不在點D,則點P在AB上,且不在點A.此時在Rt△APQ中,O為PQ的中點,所以AO=1/2PQ=4.
所以點O在以A為圓心,半徑為4,圓心角為90°的圓弧上.
PQ的中點O所經過的路徑是三段半徑為4,圓心角為90°的圓弧,如答圖3所示:
所以PQ的中點O所經過的路徑的長為:3/4×2π×4=6π.
(4)點O所經過的路徑長為3,OM+OB的最小值為√113.
如答圖4﹣1,分別過點G、O、H作AB的垂線,垂足分別為點R、S、T,則四邊形GRTH為梯形.
∵點O為中點,∴OS=1/2(GR+HT)=1/2(AP+PB)=4,
即OS為定值.∴點O的運動路徑在與AB距離為4的平行線上.
∵MN=6,點P在線段MN上運動,且點O為GH中點,
∴點O的運動路徑為線段XY,XY=1/2MN=3,XY∥AB且平行線之間距離為4,點X與點A、點Y與點B之間的水平距離均為2.5.
如答圖4﹣2,作點M關於直線XY的對稱點M′,連接BM′,與XY交於點O.由軸對稱性質可知,此時OM+OB=BM′最小.
在Rt△BMM′中,MM′=2×4=8,BM=7,
解答 (1)如圖5所示,以A點為原點,AB方向為x軸正半軸,AC方向為y軸正半軸,建立直角坐標系.設AP=a.
又P在M到N之間運動,∴1≤a≤7.
∴a經過的路徑是一條與AB平行的線段,長為3.
(3)如圖7所示,作點M關於直線XY的對稱點M',連結BM'.
由軸對稱性質可知,M'(1,8),由兩點之間線段最短可知,此時OM+OB=BM'最小,
綜上所述,解析法一般先求出點所在線(直線或拋物線)的函數關係式,再根據需要列出方程、不等式或函數分析求解,突出從數到形思想方法應用。因此在以特殊圖形為基礎幾何問題中,不要因變化多端的條件而搞亂思路,可以嘗試用解析幾何的方法去應對,有可能達到化繁為簡的效果.可以說解析法是平面幾何最代數化、最暴力的方法,一般在平面幾何法比較困難時或圖形簡明但倒邊、倒角困難時使用。
最後中考衝刺階段,一定要樹立堅定、必勝的複習信心。因為任何事情的成功,都源於「動機」和「信心」,信心是力量的源泉,是做好一切事情的保證。