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探究一规律 活求二次函数背景下的面积最值问题 越深入越简洁

时间:2015-07-05

这类问题归根结底是坐标系背景下三角形面积的计算问题

提示:本文共有 2814 个字,阅读大概需要 6 分钟。

二次函数背景下图形面积问题,是中考数学试卷中的常见题型,在数学学习中占有重要地位。这类问题归根结底是坐标系背景下三角形面积的计算问题。进一步又可归结为已知三个顶点坐标求三角形面积的问题。后者就是解决此类问题的关键所在。解决好这个问题就是抓住了解决此类问题的“牛鼻子”。

【预备知识】

三角形面积计算的常用策略

如图1,如果三角形的某一条边与坐标轴平行,计算这样“规则”的三角形的面积,直接用面积公式

如图2,图3,三角形的三条边没有与坐标轴平行的,计算这样“不规则”的三角形的面积,用“割”或“补”的方法

如图4,同底等高三角形的面积相等.平行线间的距离处处相等

如图5,同底三角形的面积比等于高的比

如图6,同高三角形的面积比等于底的比

【典型问题】

1.(2019揭西县模拟)如图,一次函数y=kx+b的图象与y轴交于A点,与x轴交于B点,二次函数y=﹣x2+2x+8的图象经过A、B两点.

(1)求一次函数的解析式;

(2)根据图象直接写出当x取何值时,kx+b>﹣x2+2x+8;

(3)点P是抛物线在第一象限上的一个动点,是否存在点P,使△ABP面积最大,若存在,求出此时点P坐标以及△ABP面积,若不存在,请说明理由.

【解析】(1)先求出二次函数y=﹣x2+2x+8与y轴、x轴交点A、B的坐标,再用待定系数法求出y=﹣2x+8;

(2)根据图象可得当x<0或x>4时,kx+b>﹣x2+2x+8;

(3)过点P作y轴的平行线PQ交AB于点Q,先利用图象上点的特征表示出P、Q两点的坐标,再求出PQ的长,进而表示出△ABP的面积,利用顶点坐标求最值.

∵﹣2<0,∴当m=2时,即P点坐标为(2,8)时,S△ABP取得最大值,最大值为8.

【总结反思】

一些几何图形题中蕴含着变化着的几何量。解决此类问题需要观察分析几何图形的特征,依据相关图形的性质,找出几何量之间的关系,进而建立函数关系模型,利用函数的相关性质来讨论解决问题。当题目中要求矩形的最大面积时,通常用含有自变量的代数式表示矩形的长与宽,根据矩形的面积公式构造二次函数,再利用二次函数的性质求出面积的最大值。

我们发现在解决几何中相关面积最值问题,主要是树立数形结合的思想,由计算图形面积公式来寻找两边长之间的变量关系,利用几何图形的性质分别用含 x 的代数式表示出长和宽,求出 y 关于 x 的函数,讨论解答。

在这里P是在第一象限上的一个动点这个条件,有两个方面的作用:①限制了动点P的活动范围,进而使得△PAB有最大值;②使得动点P的横坐标0<m<4,进而约束了面积函数关系式自变量取值范围,这一点极为忽视,在确定要研究问题函数关系式时,一定要考虑自变量的取值范围。

【规律探究】

1.S△ABP为什么会有最大值?

【规律应用】

2.(2019黔南州一模)如图,抛物线y=ax2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0)B(3,0)两点,与y轴交于点C(0,﹣3)

(1)求出该抛物线的函数关系式及对称轴

(2)点P是抛物线上的一个动点,设点P的横坐标为t (0<t<3).当△PCB的面积的最大值时,求点P的坐标

(3)在(1)的条件下,点P在抛物线上,点Q在抛物线的对称轴上,若以BC为边,以点B、C、P、Q为顶点的四边形是平行四边形时,求P点的坐标.

【解析】(1)设抛物线解析式为y=a(x+1)(x﹣3),将C(0,﹣3)代入求出a即可求得抛物线解析式为y=(x+1)(x﹣3)=x2﹣2x﹣3,

对称轴为直线x=1;

(2)易求C(0,-3),B(3,0)结合上述探究出的规律,先确定出△PCB的面积的最大值时点P的坐标的横坐标为C,B两点横坐标的中点横坐标,易求 (0+3)/2=3/2,代人抛物线解析式易求得P的纵坐标为-15/4, 所以P(3/2,-15/4)

(3)设Q(1,n)),分两种情况讨论①当PQ、PC为平行四边形的对角线时,②当CQ、BP为平行四边形的对角线时.综上所述,可求得以BC为边,以点B、C、P、Q为顶点的四边形是平行四边形时,可求得P点的坐标(4,5),(﹣2,5).

3. (2019岐山县二模)如图,已知直线y=﹣2x+4分别交x轴、y轴于点A、B.抛物线过A、B两点,点P是线段AB上一动点,过点P作PC⊥x轴于点C,交抛物线于点D.

(1)如图1,设抛物线顶点为M,且M的坐标是(1/2,9/2),对称轴交AB于点N.

①求抛物线的解析式;

②是否存在点P,使四边形MNPD为菱形?并说明理由;

(2)是否存在这样的点D,使得四边形BOAD的面积最大?若存在,求出此时点D的坐标;若不存在,请说明理由.

【解析】(1)①由一次函数图象上点的坐标特征求得点B的坐标,设抛物线解析式为y=a(x﹣1/2)2+9/2,把点B的坐标代入求得a的值即,可求该抛物线的解析式为:y=﹣2x2+2x+4;

②不存在点P,使四边形MNPD为菱形.设点P的坐标是(m,﹣2m+4),则D(m,﹣2m2+2m+4),根据题意知PD∥MN,所以当PD=MN时,四边形MNPD为平行四边形,根据该等量关系列出方程﹣2m2+4m=3/2,通过解方程求得m的值,易得点N、P的坐标,然后推知PN=MN是否成立即可;

(2)常规思路:设点D的坐标是(n,﹣2n2+2n+4),P(n,﹣2n+4).根据S四边形BOAD=S△BOA+S△ABD=4+S△ABD,则当S△ABD取最大值时,S四边形BOAD最大.根据三角形的面积公式得到函数S△ABD=﹣2(n﹣1)2+2.由二次函数的性质求得最值.当n=1时,S△ABD取得最大值2,S四边形BOAD有最大值.此时点D的坐标是(1,4).

没有比较就没有伤害,探究这一规律最起码可以结论功效。利用上述探究出规律,很快进入解题状态,当S△ABD取最大值时,S四边形BOAD最大.由抛物线的解析式为:y=﹣2x2+2x+4易求A(2,0),B(0,4),易求出D点横坐标为(2+0)/2=1,代入y=﹣2x2+2x+4易求出D点纵坐标为4,即可得D(1,4).

4.(2019海口模拟)如图,对称轴为直线x=1的抛物线经过A(﹣1,0)、C(0,3)两点,与x轴的另一个交点为B,点D在y轴上,且OB=3OD

(1)求该抛物线的表达式;

(2)设该抛物线上的一个动点P的横坐标为t

①当0<t<3时,求四边形CDBP的面积S与t的函数关系式,并求出S的最大值;

②点Q在直线BC上,若以CD为边,点C、D、Q、P为顶点的四边形是平行四边形,请求出所有符合条件的点P的坐标.

总之,对于二次函数背景下一类面积最值问题,常规思路:过点P做辅助线,然后利用相关性质,找出各元素之间的关系。设动点P的坐标,然后找出各线段的代数式,再通过面积计算公式,得出二次函数顶点式,求出三角形面积的最大值。而利用探究出规律求解,很容易求解动点坐标所处什么位置时,图形面积取得最值,从而快速确定结果。

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