摘要:構(gòu)建直角三角形是中考壓軸題??嫉目键c(diǎn),很多學(xué)生對此束手無策.本文通過一個(gè)淺顯的例子,探索構(gòu)建直角三角形的萬能模型——兩切線夾一圓模型,通過建立該模型,可以很容易地解答只要求符合條件的點(diǎn)的個(gè)數(shù)的題目.對于壓軸題來說,可以利用該模型直觀地給出分類解題的思路,且不會(huì)出現(xiàn)漏解或者多解的情況.
關(guān)鍵詞: 中考壓軸題兩切線夾一圓模型直角三角形
歷年來的中考數(shù)學(xué)壓軸題中都有涉及構(gòu)建直角三角形的問題,且有逐年增加的趨勢.以近幾年的中考題為例,很多省市的壓軸題涉及了構(gòu)建直角三角形,比如2012廣東廣州,2012浙江杭州,2011遼寧沈陽,2012重慶等十多個(gè)省市的壓軸題.解這類題需要運(yùn)用數(shù)形結(jié)合思想,先從形上感受如何得到直角三角形,再從數(shù)的方面計(jì)算出符合要求的答案.
一、以形快速體驗(yàn)
對于構(gòu)建直角三角形的題目,一些學(xué)生不知道如何入手,最常見的問題是產(chǎn)生漏解.我們先看下面這個(gè)看似與壓軸題無關(guān)但是很重要的題目.這道題是根據(jù)2010年南通市中考題中的選擇題改編的.
例1:(改編題)在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知點(diǎn)P(-2,-2),R(5,5),點(diǎn)Q在y軸上,△PQR是直角三角形,則滿足條件的點(diǎn)Q共有( )
A.5個(gè)B.4個(gè)C.3個(gè)D.2個(gè)
如何快速簡單地將所有符合要求的點(diǎn)都找出來呢?這就要講究技巧.市場上出版的書籍和其他任何書籍都很少涉及這方面的技巧.題目是已知兩點(diǎn)(假設(shè)為點(diǎn)A,點(diǎn)B),找直角三角形的第三個(gè)點(diǎn).很多同學(xué)知道過一點(diǎn)(點(diǎn)A或點(diǎn)B)作線段AB的垂線,只有極少數(shù)同學(xué)會(huì)以AB為直徑作圓.大部分同學(xué)都找不出所有符合要求的點(diǎn).
這里探討迅速找出所有符合要求的點(diǎn)的方法.首先,分別過點(diǎn)A和點(diǎn)B作線段AB的垂線.然后以AB為直徑作圓.這樣除線段AB之外的所有點(diǎn)都符合要求(如圖1).
有了上面那個(gè)圖形,我們就得到一個(gè)萬能的和已知兩點(diǎn)構(gòu)建直角三角形的基本圖形.圖1中除線段AB外,其他任何一點(diǎn)都與點(diǎn)A和點(diǎn)B構(gòu)成直角三角形,并且圖1外的其他任何一點(diǎn)和點(diǎn)A點(diǎn)B都不構(gòu)成等腰三角形,我們把這個(gè)圖形叫做“兩切線夾一圓模型”,當(dāng)點(diǎn)A點(diǎn)B是定點(diǎn)的時(shí)候,答案顯而易見.這個(gè)模型可以在幾何畫板里制成自定義工具.
再回到剛才的例1,將“兩切線夾一圓模型”套進(jìn)去,可立即得出答案,如圖2.
從圖2中可以看出,在y軸上共有4個(gè)點(diǎn)和點(diǎn)P、點(diǎn)R構(gòu)成直角三角形,所以答案為B.
接下來讓我們看看中考壓軸題真題,體會(huì)“兩切線夾一圓模型”的“威力”.
例2:(2012湖南邵陽)如圖3所示,直線y=-■x+b與x軸相交于點(diǎn)A(4,0),與y軸相交于點(diǎn)B,將△AOB沿著y軸折疊,使點(diǎn)A落在x軸上,點(diǎn)A的對應(yīng)點(diǎn)為點(diǎn)C.
?。?)求點(diǎn)C的坐標(biāo).
?。?)設(shè)點(diǎn)P為線段CA上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),點(diǎn)P與點(diǎn)A、C不重合,連接PB,以點(diǎn)P為端點(diǎn)作射線PM交AB于點(diǎn)M,使∠BPM=∠BAC,
?、偾笞C:△PBC∽△MPA.
?、谑欠翊嬖邳c(diǎn)P使△PBM為直角三角形?若存在,請求出點(diǎn)P的坐標(biāo);若不存在,請說明理由.
圖3圖4
分析:第一個(gè)問題是送分題,直接可以看出答案.第二個(gè)問題的第一小問也不難,先證明∠PMA=∠BPC,再利用兩角對應(yīng)相等證明兩個(gè)三角形相似即可.第二小問就可以用“兩切線夾一圓模型”了.在幾何畫板中以點(diǎn)P點(diǎn)M構(gòu)建“兩切線夾一圓模型”,移動(dòng)點(diǎn)P,使“兩切線夾一圓模型”經(jīng)過點(diǎn)B,可以發(fā)現(xiàn)有兩種情況出現(xiàn),△PBM是直角三角形,如圖4、圖5.這給我們進(jìn)行分類討論提供了直觀的思路(其中有個(gè)答案可以直接看出來),防止出現(xiàn)漏解.
規(guī)范解答:(1)解:∵A(4,0),且點(diǎn)C與點(diǎn)A關(guān)于y軸對稱,∴C(﹣4,0).
(2)①證明:∵∠BPM=∠BAC,且∠PMA=∠BPM+∠PBM,∠BPC=∠BAC+∠PBM,
∴∠PMA=∠BPC.
又∵點(diǎn)C與點(diǎn)A關(guān)于y軸對稱,且∠BPM=∠BAC,
∴∠BCP=∠MAP.
∴△PBC∽△MPA.
?、诖嬖冢?br/> 解:∵直線y=-■x+b與x軸相交于點(diǎn)A(4,0),
∴把A(4,0)代入y=-■x+b,得b=3,∴y=-■x+3,∴B點(diǎn)坐標(biāo)為(0,3).
當(dāng)∠PBM=90°時(shí),則有△BPO∽△ABO
∴■=■,即■=■,∴PO=■,即P■坐標(biāo)為(-■,0).
當(dāng)∠PMB=90°時(shí),則∠PMA=90°(如圖).
∴∠PAM+∠MPA=90°.
∵∠BPM=∠BAC,
∴∠BPM+∠APM=90°.
∴BP⊥AC.
∵過點(diǎn)B只有一條直線與AC垂直,
∴此時(shí)點(diǎn)P與點(diǎn)O重合,即:符合條件的點(diǎn)P2的坐標(biāo)為(0,0).
∴使△PBM為直角三角形的點(diǎn)P有兩個(gè),P■(-■,0),P■(0,0).
二、數(shù)形結(jié)合不漏解
有些題目有多個(gè)答案,學(xué)生解題時(shí)容易出現(xiàn)漏解的情況.我們先以“兩切線夾一圓模型”了解答案的個(gè)數(shù),然后根據(jù)情況分類討論,這樣就不會(huì)出現(xiàn)漏解的情況.
例3:(2011年沈陽市)如圖6,已知拋物線y=x■+bx+c與x軸交于A、B兩點(diǎn)(點(diǎn)A在點(diǎn)B左側(cè)),與y軸交于點(diǎn)C(0,-3),對稱軸是直線x=1,直線BC與拋物線的對稱軸交于點(diǎn)D.
(1)求拋物線的函數(shù)表達(dá)式;
(2)求直線BC的函數(shù)表達(dá)式;
(3)點(diǎn)E為y軸上一動(dòng)點(diǎn),CE的垂直平分線交CE于點(diǎn)F,交拋物線于P、Q兩點(diǎn),且點(diǎn)P在第三象限.
①當(dāng)線段PQ=■AB時(shí),求tan∠CED的值;
?、诋?dāng)以C、D、E為頂點(diǎn)的三角形是直角三角形時(shí),請直接寫出點(diǎn)P的坐標(biāo).
溫馨提示:考生可以根據(jù)第三問的題意,在圖中補(bǔ)出圖形,以便作答.
分析:第一個(gè)問題比較簡單,將拋物線設(shè)為頂點(diǎn)式,再將點(diǎn)C的坐標(biāo)代入即可求得拋物線的函數(shù)表達(dá)式.可以先用對稱軸公式求出b的值,再將點(diǎn)C代入c的值即可求得答案.第二個(gè)問題也不難,先在拋物線中令y=0,解出方程即可求得點(diǎn)B的坐標(biāo),再用待定系數(shù)法可以求出直線BC的函數(shù)表達(dá)式.第三個(gè)問題是考查學(xué)生思維能力的問題,關(guān)鍵是求出點(diǎn)E的坐標(biāo)和使用“兩切線夾一圓模型”及數(shù)形結(jié)合思想.如圖7.
規(guī)范解答:(1)設(shè)拋物線的函數(shù)表達(dá)式為y=(x-1)■+n,將點(diǎn)C(0,-3)代入,得n=-4.
∴拋物線的函數(shù)表達(dá)式為y=(x-1)■-4=x■-2x-3.
?。?)由y=x■-2x-3=(x+1)(x-3),知A(-1,0),B(3,0).設(shè)直線BC的函數(shù)表達(dá)式為y=kx+b,代入點(diǎn)B(3,0)和點(diǎn)C(0,-3),得3k+