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二次函数中平行四边形通用解决方法压轴中考题

二次函数中平行四边形通用解决方法压轴中考题
二次函数中平行四边形通用解决方法压轴中考题

● 探究

(1)在图1中,已知线段AB ,CD ,其中点分别为E ,F 。

①若A (-1,0),B (3,0),则E 点坐标为__________;

②若C (-2,2),D (-2,-1),则F 点坐标为__________;

(2)在图2中,已知线段AB 的端点坐标为A (a ,b ),B (c ,d ),求出图中AB 中点D 的坐标(用含a ,b ,c ,d 的代数式表示),并给出求解过程;

●归纳

无论线段AB 处于直角坐标系中的哪个位置,

当其端点坐标为A (a ,b ),B (c ,d ),AB 中点为D (x ,

y ) 时,x=_________,y=___________;(不必证明)

●运用

在图2中,一次函数y=x-2与反比例函数的图象交点为A ,B 。

①求出交点A ,B 的坐标;

②若以A ,O ,B ,P 为顶点的四边形是平行四边形,请利用上面的结论求出顶点P 的坐标。

以二次函数为载体的平行四边形存在性问题是近年来中考的热点,其图形复杂,知识覆盖面广,综合性较强,对学生分析问题和解决问题的能力要求高.对这类题,常规解法是先画出平行四边形,再依据“平行四边形的一组对边平行且相等”或“平行四边形的对角线互相平分”来解决.由于先要画出草图,若考虑不周,很容易漏解.为此,笔者另辟蹊径,借助探究平行四边形顶点坐标公式来解决这一类题.

1 两个结论,解题的切入点

数学课标,现行初中数学教材中没有线段的中点坐标公式,也没有平行四边形的顶点坐标公式,我们可帮助学生来探究,这可作为解题的切入点。

1.1 线段中点坐标公式

平面直角坐标系中,点A 坐标为(x 1,y 1),点B 坐标为(x 2,y 2),则线段AB 的中点坐标为(221x x +,2

21y y +). 证明 : 如图1,设AB 中点P 的坐标为(x P ,y P ).由x P -x 1=x 2-x P ,得x P =

2

21x x +,同理

y P =221y y +,所以线段AB 的中点坐标为(221x x +,221y y +).

图4

2 图3

1.2 平行四边形顶点坐标公式

□ABCD 的顶点坐标分别为A (x A ,y A )、B (x B ,y B )、C (x C ,y C )、D (x D ,y D ),则:x A +x C =x B +x D ;y A +y C =y B +y D .

证明: 如图2,连接AC 、BD ,相交于点E .

∵点E 为AC 的中点,

∴E 点坐标为(2

C A x x +,2C A y y +). 又∵点E 为B

D 的中点, ∴

E 点坐标为(

2D B x x +,2D B y y +). ∴x A +x C =x B +x D ;y A +y C =y B +y D .

即平行四边形对角线两端点的横坐标、纵坐标之和分别相等.

2 一个基本事实,解题的预备知识

如图3,已知不在同一直线上的三点A 、B 、C ,在平面内另找一个点D ,使以A 、B 、C 、D 为顶点的四边形是平行四边形.答案有三种:以AB 为对角线的□ACBD 1,以AC 为对角线的□ABCD 2,以BC 为对角线的□ABD 3C .

3 两类存在性问题解题策略例析与反思

3.1 三个定点、一个动点,探究平行四边形的存在性问题

例1 已知抛物线y=x 2-2x+a (a <0)与y 轴相交于点A ,顶点为M .直线y=2

1x-a 分别与x 轴、y 轴相交于B 、C 两点,并且与直线AM 相交于点N .

(1)填空:试用含a 的代数式分别表示点M 与N 的坐标,则M ( ), N ( );

(2)如图4,将△NAC 沿y 轴翻折,若点N 的对应点N ′恰好落在抛物线上,AN ′与x 轴交于点D ,连接CD ,求a 的值和四边形ADCN 的面积;

(3)在抛物线y=x 2-2x+a (a <0)上是否存在一点P ,使得以P 、A 、C 、N 为顶点的四边形是平行四边形?若存在,求出点P 的坐标;若不存在,试说明理由.

解:(1)M (1,a-1),N (a 34,-a 31);(2)a=-4

9;S 四边形ADCN =16189; (3)由已知条件易得A (0,a )、C (0,-a )、N (a 3

4,-a 31).设P (m ,m 2-2m +a ). ①当以AC 为对角线时,由平行四边形顶点坐标公式(解题时熟练推导出),得:

???

????+-+-=-+=+a m m a a a m a 23134002,∴???????-==81525a m . ∴P 1(25,-8

5); ②当以AN 为对角线时,得:

图5

???

????+-+-=-+=+a m m a a a m a 23103402,∴???????==81525a m (不合题意,舍去). ③当以CN 为对角线时,得:

???

????+-+=--+=+a m m a a a m a 23103402,∴???????-=-=8321a m . ∴P 2(-21,8

7). ∴在抛物线上存在点P 1(

25,-85)和P 2(-21,87),使得以P 、A 、C 、N 为顶点的四边形是平行四边形.

反思:已知三个定点的坐标,可设出抛物线上第四个顶点的坐标,运用平行四边形顶点坐标公式列方程(组)求解.这种题型由于三个定点构成的三条线段中哪条为对角线不清楚,往往要以这三条线段分别为对角线分类,分三种情况讨论.

3.2 两个定点、两个动点,探究平行四边形存在性问题

例2 如图5,在平面直角坐标系中,抛物线A (-1,0),B (3,0),C (0,-1)三点.

(1)求该抛物线的表达式;

(2)点Q 在y 轴上,点P 在抛物线上,要使以点Q 、P 、A 、B 为

顶点的四边形是平行四边形,求所有满足条件点P 的坐标.

解 :(1)易求抛物线的表达式为y=13

2312--x x ; (2)由题意知点Q 在y 轴上,设点Q 坐标为(0,t );点P 在抛物线上,

设点P 坐标为(m ,132312--m m ). 尽管点Q 在y 轴上,也是个动点,但可理解成一个定点,这样就转化为三定一动了. ①当以AQ 为对角线时,由四个顶点的横坐标公式得:-1+0=3+m ,

∴m=-4,∴P 1(-4,7);

②当以BQ 为对角线时,得:-1+m=3+0,∴m=4,∴P 2(4,3

5); ③当以AB 为对角线时,得:-1+3=m+0,∴m=2,∴P 3(2,-1).

综上,满足条件的点P 为P 1(-4,7)、P 2(4,3

5)、P 3(2,-1). 反思:这种题型往往特殊,一个动点在抛物线上,另一个动点在x 轴(y 轴)或对称轴或某一定直线上.设出抛物线上的动点坐标,另一个动点若在x 轴上,纵坐标为0,则用平行四边形顶点纵坐标公式;若在y 轴上,横坐标为0,则用平行四边形顶点横坐标公式.该动点哪个坐标已知就用与该坐标有关的公式.本例中点Q 的纵坐标t 没有用上,可以不设.另外,把在定直线上的动点看成一个定点,这样就转化为三定一动了,分别以三个定点构成的三条线段为对角线分类,分三种情况讨论.

6

例3 如图6,在平面直角坐标系中,已知抛物线经过A (-4,0),B (0,-4),C (2,0)三点.

(1)求抛物线的解析式;

(2)若点M 为第三象限内抛物线上一动点,点M 的横坐标为m ,△AMB 的面积为S .求S 关于m 的函数关系式,并求出S 的最大值;

(3)若点P 是抛物线上的动点,点Q 是直线y =-x 上的动点,判断有几个位置能使以点P 、Q 、B 、O 为顶点的四边形为平行四边形,直接写出相应的点Q 的坐标.

解:(1)易求抛物线的解析式为y=2

1x 2+x-4; (2)s=-m 2-4m (-4

(3)尽管是直接写出点Q 的坐标,这里也写出过程.由题意知O (0,0)、B (0,-4). 由于点Q 是直线y=-x 上的动点,设Q (s ,-s ),把Q 看做定点;设P (m ,

2

1m 2+m -4). ①当以OQ 为对角线时,

?????-++-=-+=+42140002m m s m s ∴s=-252±.

∴Q 1(-2+52,2-52),Q 2(-2-52,2+52);

②当以BQ 为对角线时,

?????--=-+++=+s m m s m 44210002 ∴s 1=-4,s 2=0(舍).

∴Q 3(-4,4);

③当以OB 为对角线时,

??

???-++-=-+=+42140002m m s m s ∴s 1=4,s 2=0(舍).

∴Q 4(4,-4).

综上,满足条件的点Q 为Q 1(-2+52,2-52)、Q 2(-2-52,2+52)、Q 3(-4,4)、Q 4(4,-4).

反思:该题中的点Q 是直线y =-x 上的动点,设动点Q 的坐标为(s ,-s ),把Q 看做定点,就可根据平行四边形顶点坐标公式列方程组了.

4 问题总结

这种题型,关键是合理有序分类:无论是三定一动,还是两定两动,统统把抛物线上的动点作为第四个动点,其余三个作为定点,分别以这三个定点构成的三条线段为对角线分类,分三种情况讨论,然后运用平行四边形顶点坐标公式转化为方程(组).这种解法,不必画出平行四边形草图,只要合理分类,有序组合,从对角线入手不会漏解,条理清楚,而且适用范围广.其本质是用代数的方法解决几何问题,体现的是分类讨论思想、数形结合的思想.

1、如图,在平面直角坐标系中,已知Rt△AOB的两条直角边OA、OB分别在y轴和x轴上,并且OA、OB的长分别是方程x2—7x+12=0的两根(OA<0B),动点P从点A开始在线段AO上以每秒l个单位长度的速度向点O运动;同时,动点Q从点B开始在线段BA上以每秒2个单位长度的速度向点A运动,设点P、Q运动的时间为t秒.

(1)求A、B两点的坐标。

(2)求当t为何值时,△APQ与△AOB相似,并直接写出此时点Q的坐标.

(3)当t=2时,在坐标平面内,是否存在点M,使以A、P、Q、M为顶点的四边形是平行四边形?若存在,请直接写出M点的坐标;若不存在,请说明理由.

2、如图,抛物线经过A(﹣1,0),B(5,0),C(0,)三点.

(1)求抛物线的解析式;

(2)在抛物线的对称轴上有一点P,使PA+PC的值最小,求点P的坐标;

(3)点M为x轴上一动点,在抛物线上是否存在一点N,使以A,C,M,N四点构成的四边形为平行四边形?若存在,求点N的坐标;若不存在,请说明理由.

3、如图,在平面直角坐标系xOy中,直线y=2x+4与y轴交于A点,与x轴交于B点,抛物线C1:y=﹣x2+bx+c过A、B两点,与x轴另一交点为C.

(1)求抛物线解析式及C点坐标.

(2)向右平移抛物线C1,使平移后的抛物线C2恰好经过△ABC的外心,抛物线C1、C2相交于点D,求四边形AOCD的面积.

(3)已知抛物线C2的顶点为M,设P为抛物线C1对称轴上一点,Q为抛物线C1上一点,是否存在以点M、Q、P、B为顶点的四边形为平行四边形?若存在,直接写出P点坐标;不存在,请说明理由.

4、如图,在平面直角坐标系中,直线y=﹣3x﹣3与x轴交于点A,与y轴交于点C.抛物线y=x2+bx+c经过A,C两点,且与x轴交于另一点B(点B在点A右侧).

(1)求抛物线的解析式及点B坐标;

(2)若点M是线段BC上一动点,过点M的直线EF平行y轴交x轴于点F,交抛物线于点E.求ME长的最大值;

(3)试探究当ME取最大值时,在x轴下方抛物线上是否存在点P,使以M,F,B,P为顶点的四边形是平行四边形?若存在,请求出点P的坐标;若不存在,试说明理由.

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