探究一規律,活求二次函數背景下的面積最值問題,越深入越簡潔

2020-12-04 中學數學精準輔導

二次函數背景下圖形面積問題,是中考數學試卷中的常見題型,在數學學習中佔有重要地位。這類問題歸根結底是坐標系背景下三角形面積的計算問題。進一步又可歸結為已知三個頂點坐標求三角形面積的問題。後者就是解決此類問題的關鍵所在。解決好這個問題就是抓住了解決此類問題的「牛鼻子」。

【預備知識】

三角形面積計算的常用策略

如圖1,如果三角形的某一條邊與坐標軸平行,計算這樣「規則」的三角形的面積,直接用面積公式

如圖2,圖3,三角形的三條邊沒有與坐標軸平行的,計算這樣「不規則」的三角形的面積,用「割」或「補」的方法

如圖4,同底等高三角形的面積相等.平行線間的距離處處相等

如圖5,同底三角形的面積比等於高的比

如圖6,同高三角形的面積比等於底的比

【典型問題】

1.(2019揭西縣模擬)如圖,一次函數y=kx+b的圖象與y軸交於A點,與x軸交於B點,二次函數y=﹣x2+2x+8的圖象經過A、B兩點.

(1)求一次函數的解析式;

(2)根據圖象直接寫出當x取何值時,kx+b>﹣x2+2x+8;

(3)點P是拋物線在第一象限上的一個動點,是否存在點P,使△ABP面積最大,若存在,求出此時點P坐標以及△ABP面積,若不存在,請說明理由.

【解析】(1)先求出二次函數y=﹣x2+2x+8與y軸、x軸交點A、B的坐標,再用待定係數法求出y=﹣2x+8;

(2)根據圖象可得當x<0或x>4時,kx+b>﹣x2+2x+8;

(3)過點P作y軸的平行線PQ交AB於點Q,先利用圖象上點的特徵表示出P、Q兩點的坐標,再求出PQ的長,進而表示出△ABP的面積,利用頂點坐標求最值.

∵﹣2<0,∴當m=2時,即P點坐標為(2,8)時,S△ABP取得最大值,最大值為8.

【總結反思】

一些幾何圖形題中蘊含著變化著的幾何量。解決此類問題需要觀察分析幾何圖形的特徵,依據相關圖形的性質,找出幾何量之間的關係,進而建立函數關係模型,利用函數的相關性質來討論解決問題。當題目中要求矩形的最大面積時,通常用含有自變量的代數式表示矩形的長與寬,根據矩形的面積公式構造二次函數,再利用二次函數的性質求出面積的最大值。

我們發現在解決幾何中相關面積最值問題,主要是樹立數形結合的思想,由計算圖形面積公式來尋找兩邊長之間的變量關係,利用幾何圖形的性質分別用含 x 的代數式表示出長和寬,求出 y 關於 x 的函數,討論解答。

在這裡P是在第一象限上的一個動點這個條件,有兩個方面的作用:①限制了動點P的活動範圍,進而使得△PAB有最大值;②使得動點P的橫坐標0<m<4,進而約束了面積函數關係式自變量取值範圍,這一點極為忽視,在確定要研究問題函數關係式時,一定要考慮自變量的取值範圍。

【規律探究】

1.S△ABP為什麼會有最大值?

【規律應用】

2.(2019黔南州一模)如圖,拋物線y=ax2+bx+c與x軸交於A(﹣1,0)B(3,0)兩點,與y軸交於點C(0,﹣3)

(1)求出該拋物線的函數關係式及對稱軸

(2)點P是拋物線上的一個動點,設點P的橫坐標為t (0<t<3).當△PCB的面積的最大值時,求點P的坐標

(3)在(1)的條件下,點P在拋物線上,點Q在拋物線的對稱軸上,若以BC為邊,以點B、C、P、Q為頂點的四邊形是平行四邊形時,求P點的坐標.

【解析】(1)設拋物線解析式為y=a(x+1)(x﹣3),將C(0,﹣3)代入求出a即可求得拋物線解析式為y=(x+1)(x﹣3)=x2﹣2x﹣3,

對稱軸為直線x=1;

(2)易求C(0,-3),B(3,0)結合上述探究出的規律,先確定出△PCB的面積的最大值時點P的坐標的橫坐標為C,B兩點橫坐標的中點橫坐標,易求 (0+3)/2=3/2,代人拋物線解析式易求得P的縱坐標為-15/4, 所以P(3/2,-15/4)

(3)設Q(1,n)),分兩種情況討論①當PQ、PC為平行四邊形的對角線時,②當CQ、BP為平行四邊形的對角線時.綜上所述,可求得以BC為邊,以點B、C、P、Q為頂點的四邊形是平行四邊形時,可求得P點的坐標(4,5),(﹣2,5).

3. (2019岐山縣二模)如圖,已知直線y=﹣2x+4分別交x軸、y軸於點A、B.拋物線過A、B兩點,點P是線段AB上一動點,過點P作PC⊥x軸於點C,交拋物線於點D.

(1)如圖1,設拋物線頂點為M,且M的坐標是(1/2,9/2),對稱軸交AB於點N.

①求拋物線的解析式;

②是否存在點P,使四邊形MNPD為菱形?並說明理由;

(2)是否存在這樣的點D,使得四邊形BOAD的面積最大?若存在,求出此時點D的坐標;若不存在,請說明理由.

【解析】(1)①由一次函數圖象上點的坐標特徵求得點B的坐標,設拋物線解析式為y=a(x﹣1/2)2+9/2,把點B的坐標代入求得a的值即,可求該拋物線的解析式為:y=﹣2x2+2x+4;

②不存在點P,使四邊形MNPD為菱形.設點P的坐標是(m,﹣2m+4),則D(m,﹣2m2+2m+4),根據題意知PD∥MN,所以當PD=MN時,四邊形MNPD為平行四邊形,根據該等量關系列出方程﹣2m2+4m=3/2,通過解方程求得m的值,易得點N、P的坐標,然後推知PN=MN是否成立即可;

(2)常規思路:設點D的坐標是(n,﹣2n2+2n+4),P(n,﹣2n+4).根據S四邊形BOAD=S△BOA+S△ABD=4+S△ABD,則當S△ABD取最大值時,S四邊形BOAD最大.根據三角形的面積公式得到函數S△ABD=﹣2(n﹣1)2+2.由二次函數的性質求得最值.當n=1時,S△ABD取得最大值2,S四邊形BOAD有最大值.此時點D的坐標是(1,4).

沒有比較就沒有傷害,探究這一規律最起碼可以結論功效。利用上述探究出規律,很快進入解題狀態,當S△ABD取最大值時,S四邊形BOAD最大.由拋物線的解析式為:y=﹣2x2+2x+4易求A(2,0),B(0,4),易求出D點橫坐標為(2+0)/2=1,代入y=﹣2x2+2x+4易求出D點縱坐標為4,即可得D(1,4).

4.(2019海口模擬)如圖,對稱軸為直線x=1的拋物線經過A(﹣1,0)、C(0,3)兩點,與x軸的另一個交點為B,點D在y軸上,且OB=3OD

(1)求該拋物線的表達式;

(2)設該拋物線上的一個動點P的橫坐標為t

①當0<t<3時,求四邊形CDBP的面積S與t的函數關係式,並求出S的最大值;

②點Q在直線BC上,若以CD為邊,點C、D、Q、P為頂點的四邊形是平行四邊形,請求出所有符合條件的點P的坐標.

總之,對於二次函數背景下一類面積最值問題,常規思路:過點P做輔助線,然後利用相關性質,找出各元素之間的關係。設動點P的坐標,然後找出各線段的代數式,再通過面積計算公式,得出二次函數頂點式,求出三角形面積的最大值。而利用探究出規律求解,很容易求解動點坐標所處什麼位置時,圖形面積取得最值,從而快速確定結果。

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