姜黃飛 陳世文
摘 ?要:函數(shù)是整個(gè)中學(xué)階段的核心知識,貫穿始終,是學(xué)習(xí)的一條主線,是研究運(yùn)動變化的重要數(shù)學(xué)模型,統(tǒng)領(lǐng)著數(shù)與式、方程與不等式,也是連接“圖形與幾何”與“數(shù)與代數(shù)”的橋梁,是中考考查的重點(diǎn)內(nèi)容. 綜觀2020年全國各地區(qū)中考試卷中的函數(shù)試題,既關(guān)注對函數(shù)基本概念、圖象和性質(zhì)的考查,又重視函數(shù)與“數(shù)與代數(shù)”“圖形與幾何”的關(guān)聯(lián),強(qiáng)調(diào)函數(shù)與其他知識的內(nèi)在聯(lián)系,把抽象的數(shù)量關(guān)系和直觀的圖象相結(jié)合,突出數(shù)與形的結(jié)合,動態(tài)地分析問題,不僅考查函數(shù)的基礎(chǔ)知識、基本技能和基本方法,同時(shí)考查學(xué)生的思維能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力.
關(guān)鍵詞:函數(shù)模型;數(shù)形結(jié)合;考查要求;問題解決
一、主要考點(diǎn)分析
函數(shù)是“數(shù)與代數(shù)”領(lǐng)域的重要內(nèi)容,在“數(shù)與代數(shù)”部分占有重要的地位,由常量教學(xué)過渡到變量教學(xué)是數(shù)學(xué)思維的一大飛躍. 函數(shù)的主要考查內(nèi)容包括:探索簡單實(shí)例中的數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律;了解常量、變量的意義;了解函數(shù)的概念和三種表示方法;能結(jié)合圖象對簡單實(shí)際問題中的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行分析;理解一次函數(shù)、反比例函數(shù)與二次函數(shù)的概念、圖象和性質(zhì),并利用這三類函數(shù)解決簡單的實(shí)際問題. 同時(shí),函數(shù)與方程、不等式,函數(shù)與幾何圖形的結(jié)合也是函數(shù)部分的重點(diǎn)考查內(nèi)容.
函數(shù)的性質(zhì)著眼于函數(shù)中的數(shù)量特征,函數(shù)的圖象著眼于圖形特征,充分體現(xiàn)了利用數(shù)與形的結(jié)合研究函數(shù)的基本方法和思路,在函數(shù)的學(xué)習(xí)過程中應(yīng)當(dāng)加以滲透,在復(fù)習(xí)過程中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注. 函數(shù)是研究運(yùn)動變化的重要數(shù)學(xué)模型,蘊(yùn)涵著豐富的數(shù)學(xué)思想與方法. 因此,函數(shù)也是考查學(xué)生分析問題和解決問題能力的有效載體. 綜觀2020年全國各地區(qū)中考試卷中的函數(shù)試題,都立足基礎(chǔ)知識和基本技能,考查與其他數(shù)學(xué)知識的聯(lián)系,凸顯數(shù)學(xué)思想和方法,積累用函數(shù)知識解決實(shí)際問題的基本活動經(jīng)驗(yàn). 下面以2020年全國各地區(qū)中考試卷中的部分“函數(shù)”試題為例加以分析.
1. 注重基礎(chǔ),考查核心概念和表達(dá)式
例1 (湖北·隨州卷)小明從家出發(fā)步行至學(xué)校,停留一段時(shí)間后乘車返回,則下列函數(shù)圖象最能體現(xiàn)他離家的距離(s)與出發(fā)時(shí)間(t)之間的對應(yīng)關(guān)系的是( ? ?).
(A) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(B)
(C) ? ? ? ? ? ? ? ? ? (D)
解析:此題選取學(xué)生較為熟悉的生活情境考查函數(shù)的概念,探究小明離家的距離(s)與出發(fā)時(shí)間(t)兩個(gè)變量之間的關(guān)系,用圖象法來表示函數(shù). 小明從家出發(fā)步行至學(xué)校時(shí),可以近似看成是一次函數(shù)圖象,是一條從原點(diǎn)開始的線段,停留一段時(shí)間時(shí),離家的距離不變,所以為一條平行于橫軸的線段,再乘車返回,離家的距離較快地減小至0,選項(xiàng)B符合題意,故此題選擇B.
例2 (貴州·黔西南州卷)如圖1,在菱形ABOC中,[AB=2,] [∠A=60°,] 菱形的一個(gè)頂點(diǎn)C在反比例函數(shù)[y=][kx k≠0]的圖象上,則反比例函數(shù)的解析式為( ?).
(A)[y=-33x] (B)[y=-3x]
(C)[y=-3x] (D)[y=3x]
解析:此題考查了用待定系數(shù)法求反比例函數(shù)的表達(dá)式. 在菱形ABOC中,[∠A=60°,] 菱形邊長為2,所以[OC=2,∠COB=60°.] 如圖2,過點(diǎn)C作[CD⊥OB]于點(diǎn)D,則[OD=1,CD=3.] 所以點(diǎn)C的坐標(biāo)為C[-1, 3]. 因?yàn)辄c(diǎn)C在反比例函數(shù)[y=kx k≠0]的圖象上,得[k=][-3.] 所以反比例函數(shù)的解析式為[y=-3x.] 故此題選擇B.
【評析】對于函數(shù)概念的考查,往往依托一定的生活情境,在實(shí)際情境中抽象出數(shù)量關(guān)系,研究兩個(gè)變量之間的相互聯(lián)系,感受函數(shù)的本質(zhì)是一種對應(yīng)關(guān)系,解析法、列表法、圖象法是表示函數(shù)的三種形式. 在2020年全國各地區(qū)中考試題中,對函數(shù)的三種表示形式都有相應(yīng)的考查,是考查的基礎(chǔ),也是核心.
2. 蘊(yùn)涵思想,考查函數(shù)圖象與性質(zhì)
例3 (山東·威海卷)一次函數(shù)[y=ax-a]與反比例函數(shù)[y=ax a≠0]在同一坐標(biāo)系中的圖象可能是( ?).
(A) (B)
(C) ?(D)
解析:此題考查一次函數(shù)[y=kx+b k≠0]和反比例函數(shù)[y=kx k≠0]的圖象位置與表達(dá)式中比例系數(shù)k,b之間的關(guān)系,考查兩類函數(shù)的基本性質(zhì).
選項(xiàng)A,由函數(shù)[y=ax-a]的圖象可知[a>0,-a>0,]而由函數(shù)[y=ax a≠0]的圖象可知[a>0],相矛盾,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤.
選項(xiàng)B,由函數(shù)[y=ax-a]的圖象可知[a<0],由函數(shù)[y=ax a≠0]的圖象可知[a>0],相矛盾,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤.
選項(xiàng)C,由函數(shù)[y=ax-a]的圖象可知[a>0],由函數(shù)[y=ax a≠0]的圖象可知[a<0],相矛盾,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤.
選項(xiàng)D,由函數(shù)[y=ax-a]的圖象可知[a<0],由函數(shù)[y=ax a≠0]的圖象可知[a<0],故正確.
所以此題選擇D.
例4 (福建卷)已知[P1x1,y1,P2x2,y2]是拋物線[y=ax2-2ax]上的點(diǎn),下列命題正確的是( ?).
(A) 若[x1-1>x2-1,] 則[y1>y2]
(B) 若[x1-1>x2-1,] 則[y1<y2]
(C) 若[x1-1=x2-1,] 則[y1=y2]
(D) 若[y1=y2],則[x1=x2]
解析:此題考查二次函數(shù)的對稱軸和增減性,因?yàn)閽佄锞€[y=ax2-2ax=ax-12-a,] 所以拋物線的對稱軸為[x=1].
由于a的符號不確定,故要分類討論.
當(dāng)[a>0]時(shí),圖象開口向上,在對稱軸[x=1]的左邊y隨x的增大而減小,而在對稱軸的右邊y隨x的增大而增大,若[x1-1>x2-1,] 則[y1>y2] ,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤.
當(dāng)[a<0]時(shí),若[x1-1>x2-1,] 則[y1<y2],故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;若[y1=y2],則[x1-1=x2-1,] 故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
所以此題選擇C.
此題若借助圖象數(shù)形結(jié)合,也可直觀地求解.
【評析】對函數(shù)性質(zhì)的考查,主要涉及解析式中的系數(shù)變化與函數(shù)圖象位置的關(guān)系、函數(shù)的增減性、對稱性和最值,都體現(xiàn)了數(shù)與形的完美結(jié)合. 由此可見,理清函數(shù)性質(zhì)與系數(shù)的關(guān)系是解決此類問題的基本保障,數(shù)形結(jié)合思想是解決此類問題的基本思想.
3. 聯(lián)系生活,考查函數(shù)應(yīng)用和建模能力
例5 (湖北·天門、仙桃、潛江、江漢油田卷)小華端午節(jié)從家里出發(fā),沿筆直道路勻速步行去媽媽經(jīng)營的商店幫忙,媽媽同時(shí)騎三輪車從商店出發(fā),沿相同路線勻速回家裝載貨物,然后按原路原速返回商店,小華到達(dá)商店比媽媽返回商店早5分鐘,在此過程中,設(shè)媽媽從商店出發(fā)開始所用時(shí)間為t(分鐘),圖3表示兩人之間的距離s(米)與時(shí)間t(分鐘)的函數(shù)關(guān)系的圖象;圖4中線段AB表示小華和商店的距離[y1] (米)與時(shí)間t(分鐘)的函數(shù)關(guān)系的圖象的一部分. 試根據(jù)所給信息解答下列問題.
(1)填空:媽媽騎車的速度是________米 / 分鐘,媽媽在家裝載貨物所用時(shí)間是________分鐘,點(diǎn)M的坐標(biāo)是________;
(2)直接寫出媽媽和商店的距離[y2] (米)與時(shí)間t(分鐘)的函數(shù)關(guān)系式,并在圖4中畫出其函數(shù)圖象;
(3)求t為何值時(shí),兩人相距360米?
解析:此題考查在實(shí)際情境下,學(xué)生對一次函數(shù)的讀題、識圖能力,需要學(xué)生具備一定的邏輯推理、數(shù)學(xué)建模、直觀想象和數(shù)學(xué)運(yùn)算能力.《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)要求要能用數(shù)學(xué)的思維方式觀察、分析現(xiàn)實(shí)世界中的現(xiàn)象,解決在日常生活和其他學(xué)科學(xué)習(xí)中遇到的問題,增強(qiáng)應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識和能力.
第(1)小題,由圖4可得小華的速度為[1 80030=][60](米 / 分鐘),由圖3可知第10分鐘時(shí)小華和媽媽在途中相遇,所以兩者的速度之和為[1 80010=180](米 / 分鐘). 所以媽媽騎車的速度為120米 / 分鐘,是小華速度的2倍. 又因?yàn)閶寢岒T車從商店出發(fā)到家往返路程也是小華的2倍,所以若不裝載貨物時(shí)則應(yīng)該同時(shí)達(dá)到. 所以小華到達(dá)商店比媽媽返回商店早的5分鐘即為媽媽在家裝載貨物,時(shí)間為5分鐘. 而媽媽從商店出發(fā)到家需要[1 800120=15] (分鐘),所以點(diǎn)M的橫坐標(biāo)為20. 此時(shí)s為小華走的路程[20×60=1 200] (米),所以點(diǎn)M的坐標(biāo)為[M20,1 200]. 此題以填空的形式給出,要解答正確需要對整個(gè)過程有清晰的認(rèn)識,這是正確解答下面問題的前提.
有第(1)小題做鋪墊,第(2)小題難度不大. 可以先畫出函數(shù)圖象,如圖5,當(dāng)[0≤t<15]時(shí),對應(yīng)圖象為OC段,[y2=120 t;] 當(dāng)[15≤t<20]時(shí)對應(yīng)圖象為CD段,[y2=1 800;] [20≤t≤35]時(shí)對應(yīng)圖象為DE段,利用待定系數(shù)法,設(shè)[y2=kt+b,] 將點(diǎn)[D20,1 800]和 [E35,0]分別代入,解得[y2=-120 t+4 200.] 所以[y2=][120 t 0≤t<15,1 800 15≤t<20,-120 t+4 200 20≤t≤35.]
第(3)小題需要分段討論.
① 相遇前,依題意有[60 t+120 t+360=1 800,] 解得[t=8];
② 相遇后,依題意有[60 t+120 t-360=1 800,] 解得[t=12];
③ 依題意,當(dāng)[t=20]時(shí),媽媽從家里出發(fā)開始追趕小華,此時(shí)小華距商店為[1 800-20×60=600](米),只需10分鐘,即[t=30]時(shí),小華到達(dá)商店. 而此時(shí)媽媽距離商店為[1 800-10×120=600](米)>360(米),所以[120t-5+360=1 800×2.] 解得[t=32.]
故t為[8,] 12或32分鐘時(shí),兩人相距360米.
此題也可以結(jié)合圖5,直觀的發(fā)現(xiàn)分三段借助解析式求解.
【評析】此題從實(shí)際情境出發(fā),以一次函數(shù)為載體,較好地考查了學(xué)生將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題的抽象能力和建模思想. 在第(1)小題中,需要由邏輯推理得到“媽媽在家裝載貨物的時(shí)間為5分鐘”,其實(shí)也可以通過媽媽往返的速度相同,結(jié)合小華比媽媽早到5分鐘確定出媽媽返回的圖象為DE段,通過先畫出媽媽和商店的距離[y2] (米)與時(shí)間t(分鐘)的函數(shù)圖象,再通過數(shù)形結(jié)合輕松破解問題. 第(3)小題可以從“數(shù)”的角度分段求解,也可以從“形”的角度借助直觀想象解決問題. 如圖5,數(shù)形結(jié)合,通過函數(shù)解析式求解. 在2020年全國各地區(qū)中考試題中,如黑龍江鶴崗卷第25題、黑龍江牡丹江卷25題、江蘇淮安卷第24題、浙江寧波卷第22題、浙江衢州卷第22題、寧夏卷第24題等都對此有相關(guān)考查.
4. 知識關(guān)聯(lián),考查函數(shù)與方程不等式
例6 (貴州·遵義卷)如圖6,直線[y=kx+b](k,b是常數(shù)[k≠0])與直線[y=2]交于點(diǎn)[A4,2,] 則關(guān)于x的不等式[kx+b<2]的解集為 ________?.
解析:此題考查函數(shù)與不等式的關(guān)系,借助圖象,運(yùn)用數(shù)形結(jié)合是解決此類問題的關(guān)鍵. 直線[y=][kx+b](k,b是常數(shù),[k≠0])與直線[y=2]交于點(diǎn)[A4,2,] 所以當(dāng)[x<4]時(shí),[y<2.] 所以關(guān)于x的不等式[kx+b<2]的解集為[x<4.]
例7 (河北卷)如圖7,現(xiàn)要在拋物線[y=x4-x]上找點(diǎn)[Pa,b],針對b的不同取值,所找點(diǎn)P的個(gè)數(shù),三人的說法如下. 甲:若[b=5,] 則點(diǎn)P的個(gè)數(shù)為0;乙:若[b=4,] 則點(diǎn)P的個(gè)數(shù)為1;丙:若[b=3,] 則點(diǎn)P的個(gè)數(shù)為1. 下列判斷正確的是( ?).
(A)乙錯(cuò),丙對 (B)甲和乙都錯(cuò)
(C)乙對,丙錯(cuò) (D)甲錯(cuò),丙對
解析:此題考查了函數(shù)與方程的關(guān)系,可以從“數(shù)”的角度,將點(diǎn)[Pa,b]代入拋物線[y=x4-x,] 得[4a-a2=b.] 甲:若[b=5]時(shí),[4a-a2=5],方程無解,對應(yīng)點(diǎn)P的個(gè)數(shù)為0;乙:若[b=4]時(shí),[4a-a2=4,]方程有兩個(gè)相等實(shí)數(shù)根,對應(yīng)點(diǎn)P的個(gè)數(shù)為1;丙:若[b=3]時(shí),[4a-a2=3],方程有兩個(gè)不相等的實(shí)數(shù)根,對應(yīng)點(diǎn)P的個(gè)數(shù)為2,故選項(xiàng)C正確.
此題也可以從“形”的角度出發(fā),由拋物線[y=x4-x]得頂點(diǎn)為[2,4],則如圖8所示,借助幾何直觀即可得解.
【評析】例6中,求不等式[kx+b<2]的解集,只知直線過點(diǎn)[A4,2],是不能確定直線解析式的. 但是借助一次函數(shù)的圖象,只需找到[y<2],即直線在點(diǎn)A下方對應(yīng)的橫坐標(biāo)范圍即可. 例7找滿足條件的點(diǎn)的個(gè)數(shù),等價(jià)于對應(yīng)方程解的個(gè)數(shù)問題,借助數(shù)形結(jié)合,直觀想象,使問題得解. 綜觀2020年全國各地區(qū)中考試題,對函數(shù)與方程、函數(shù)與不等式的考查非常廣泛,用函數(shù)的視角解決方程和不等式問題,是考查的一個(gè)核心.
二、典型解法評析
1. 關(guān)注最值問題考查,強(qiáng)化性質(zhì)應(yīng)用
二次函數(shù)最值問題的考查是中考的熱點(diǎn),它也是二次函數(shù)的一個(gè)重要的性質(zhì),往往將一般式轉(zhuǎn)換為頂點(diǎn)式,或是直接應(yīng)用頂點(diǎn)公式求最值. 值得注意的是,中考中許多涉及二次函數(shù)的試題,往往含字母系數(shù),或是自變量的取值在一定范圍內(nèi),求函數(shù)最值時(shí)通常需要分類討論,結(jié)合函數(shù)的基本性質(zhì)來確定函數(shù)的最值.
例8 (湖北·孝感卷)在平面直角坐標(biāo)系中,已知拋物線[y=ax2+4ax+4a-6 a>0]與x軸交于A,B兩點(diǎn)(點(diǎn)A在點(diǎn)B的左側(cè)),與y軸交于點(diǎn)C,頂點(diǎn)為點(diǎn)D.
(1)當(dāng)[a=6]時(shí),直接寫出點(diǎn)A,B,C,D的坐標(biāo):
A ? ? ?,B ? ? ?,C ? ? ?,D ? ? ?;
(2)如圖9,直線DC交x軸于點(diǎn)E,若[tan∠AED=][43],求a的值和CE的長;
(3)如圖10,在(2)的條件下,若點(diǎn)N為OC的中點(diǎn),動點(diǎn)P在第三象限的拋物線上,過點(diǎn)P作x軸的垂線,垂足為點(diǎn)Q,交AN于點(diǎn)F;過點(diǎn)F作[FH⊥DE,] 垂足為點(diǎn)H. 設(shè)點(diǎn)P的橫坐標(biāo)為t,記[f =FP+FH.]
① 用含 t 的代數(shù)式表示 f;
② 設(shè)[-5<t≤m m<0,] 求[f]的最大值.
解:(1)當(dāng)[a=6]時(shí),拋物線的表達(dá)式為[y=6x2+][24x+18.] 令[y=0],則[x=-1]或[x=-3.] 當(dāng)[x=0]時(shí),[y=18.] 函數(shù)的對稱軸為[x=-2],所以點(diǎn)A,B,C,D的坐標(biāo)分別為[A-3,0, B-1,0, C0,18, D-2,-6.]
(2)因?yàn)閇y=ax2+4ax+4a-6,]
所以點(diǎn)[C0,4a-6.]
因?yàn)楹瘮?shù)的對稱軸為直線[x=-2],
所以點(diǎn)D的坐標(biāo)為[-2,-6.]
由點(diǎn)C,D的坐標(biāo)易求得直線CD的表達(dá)式為[y=2ax+][4a-6.]
所以點(diǎn)[E3a-2,0.]
所以[tan∠AED=OCOE=6-4a3a-2=43.]
解得[a=23].
所以點(diǎn)C,E的坐標(biāo)分別為[C0,-103, E52,0.]
所以[CE=OC2+OE2=256.]
(3)① 如圖11,作ED與FP的延長線交于點(diǎn)J,由(2)知拋物線的表達(dá)式為[y=23x2+83x-103.]
所以點(diǎn)A[-5,0],點(diǎn)[C0,-103.]
所以點(diǎn)[N0,-53.]
所以可求得直線AN的表達(dá)式為[y=-13x-53.]
設(shè)點(diǎn)[Pt, 23t2+83t-103],則點(diǎn)[Ft,-13t-53.]
所以[PF=-23t2-3t+53].
又由點(diǎn)E,C易得直線CE的表達(dá)式為[y=][43x-103,]
所以點(diǎn)[Jt, 43t-103].
所以[FJ=-53t+53.]
因?yàn)閇FH⊥DE,] [JF∥Oy],
所以[∠FHJ=∠EOC=90°,∠FJH=∠ECO.]
所以[△FJH∽△ECO.]
所以[FHEO=FJEC.]
所以[FH=-t+1.]
則[f=PF+FH=][-23t2-4t+83.]
② 因?yàn)閇f =-23t2-4t+83=-23t+32+263]([-5<t≤][m],且[m<0]).
所以當(dāng)[-5<m<-3]時(shí),[fmax=-23m2-4m+83];
當(dāng)[-3≤m<0]時(shí),[fmax=263.]
【評析】此題在求解最值之前,考查了用待定系數(shù)法求函數(shù)表達(dá)式、函數(shù)圖象與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)坐標(biāo)、二次函數(shù)求頂點(diǎn)坐標(biāo)、對稱軸等基礎(chǔ)知識,以及用含字母的式子表示線段長,利用相似三角形求線段長等知識. 用含字母的式子來表示線段長對學(xué)生而言有一定的難度,這些往往是最后借助二次函數(shù)求解最值問題的準(zhǔn)備. 而第(3)小題第②問中自變量[-5<t≤m,] 且[m<0],m的值又不確定,需要對m的值進(jìn)行分類討論. 因?yàn)閇f=-23t+32+263]圖象的開口向下,在對稱軸的左邊y隨x的增大而增大,在對稱軸的右邊y隨x的增大而減小,頂點(diǎn)時(shí)函數(shù)取到最大值,所以當(dāng)[-5<m<-3]時(shí),在對稱軸的左邊,當(dāng)[t=m]時(shí),f取到最大值,當(dāng)[-3≤m<0]時(shí),包含頂點(diǎn),所以最大值為[263]. 此題比較全面地考查了對二次函數(shù)相關(guān)知識的應(yīng)用,尤其是第(3)小題第②問的最值更是需要學(xué)生對增減性和最值有較好地理解,強(qiáng)化了對性質(zhì)運(yùn)用的考查.
2. 關(guān)注系數(shù)考查,強(qiáng)化數(shù)形結(jié)合
對函數(shù)表達(dá)式中各項(xiàng)系數(shù)的符號問題的考查,尤其是對二次函數(shù)中各項(xiàng)系數(shù)的符號和數(shù)與形之間相互關(guān)聯(lián)的考查是歷年中考的熱點(diǎn)問題,也是2020年全國各地區(qū)中考中的熱點(diǎn)問題. 例如,湖北隨州卷第10題、廣東東莞卷第10題、廣東深圳卷第11題、貴州遵義卷第12題、黑龍江牡丹江卷第20題、湖南常德卷第7題等對此都有所考查. 此類問題需要學(xué)生對二次函數(shù)表達(dá)式中的系數(shù)a,b,c和判別式的符號與圖象的開口方向、對稱軸的位置、圖象與坐標(biāo)軸的位置關(guān)系等有明確的認(rèn)識,以及對已知點(diǎn)對應(yīng)滿足的代數(shù)式進(jìn)行化簡運(yùn)算的能力.
例9 (廣東·深圳卷)二次函數(shù)[y=ax2+bx+][c a≠0]的頂點(diǎn)坐標(biāo)為[-1,n],其部分圖象如圖12所示. 以下結(jié)論錯(cuò)誤的是( ? ?).
(A)[abc>0]
(B)[4ac-b2<0]
(C)[3a+c>0]
(D)關(guān)于x的方程[ax2+bx+c=n+1]無實(shí)數(shù)根
解:因?yàn)閽佄锞€開口向下,所以[a<0]. 由對稱軸為[x=-b2a=-1.] 得[b=2a<0.] 又因?yàn)閽佄锞€與y軸交于y軸正半軸,所以[c>0.] 所以[abc>0.] 所以選項(xiàng)A正確.
因?yàn)閽佄锞€與x軸有兩個(gè)交點(diǎn),所以[b2-4ac>0],即[4ac-b2<0]. 所以選項(xiàng)B正確.
因?yàn)閽佄锞€的對稱軸為[x=-1],拋物線與x軸的一個(gè)交點(diǎn)在[-3,0]和[-2,0]之間,所以拋物線與x軸的另一個(gè)交點(diǎn)在[0,0]和[1,0]之間. 當(dāng)[x=1]時(shí),[y<0.] 所以[a+b+c<0.] 把[b=2a]代入,得[3a+c<0.] 所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤.
因?yàn)閽佄锞€開口向下,頂點(diǎn)為[-1,n],所以函數(shù)有最大值n. 所以拋物線[y=ax2+bx+c]與直線[y=n+1]無交點(diǎn),對應(yīng)一元二次方程[ax2+bx+c=n+1]無實(shí)數(shù)根. 所以選項(xiàng)D正確.
故此題選擇C.
【評析】此題為對二次函數(shù)圖象與系數(shù)關(guān)系的典型考查,系數(shù)a的符號決定圖象的開口方向,當(dāng)[a<0]時(shí),拋物線開口向下;當(dāng)[a>0]時(shí),拋物線開口向上. 而b的符號取決于a的符號和對稱軸的位置,對稱軸在y軸的左側(cè),則a,b同號;對稱軸在y軸的右側(cè),則a,b異號. 常數(shù)c是拋物線與y軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo). 解決此類問題一般都需要判斷a,b,c的符號,在此題中即是選項(xiàng)A所考查的;由圖象與x軸的交點(diǎn)情況,確定判別式的符號,即選項(xiàng)B所考查的;而對于選項(xiàng)C的考查則需要在試題中尋找一個(gè)不等式和一個(gè)等式結(jié)合判斷,這里選擇“當(dāng)[x=1]時(shí),得[a+b+c<0]”和“由對稱軸[x=-1],得[b=2a]”,結(jié)合求解,這也是解決只含a,b,c中的兩個(gè)字母的不等式的解題策略;對于選項(xiàng)D則只需關(guān)注函數(shù)的最值,借助數(shù)形結(jié)合,直觀想象可解.
3. 關(guān)注面積問題的考查,巧用聯(lián)想轉(zhuǎn)化
例10 (重慶A卷)如圖13,在平面直角坐標(biāo)系中,矩形ABCD的對角線AC的中點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)重合,點(diǎn)E是x軸上一點(diǎn),連接AE. 若AD平分[∠OAE,] 反比例函數(shù)[y=kx k>0,x>0]的圖象經(jīng)過AE上的兩點(diǎn)A,F(xiàn),且[AF=EF],[△ABE]的面積為18,則k的值為( ?).
(A)6 ? (B)12
(C)18 ? (D)24
解:如圖14,連接BD,OF,過點(diǎn)A作[AN⊥OE]于點(diǎn)N,過點(diǎn)F作[FM⊥OE]于點(diǎn)M.
因?yàn)閇AN∥FM,AF=FE,]
所以[MN=ME,F(xiàn)M=12AN.]
因?yàn)辄c(diǎn)A,F(xiàn)在反比例函數(shù)的圖象上,
所以[S△AON=S△FOM=k2.]
所以[ON=12]OM.
所以[ON=MN=EM.]
所以[ME=13OE.]
所以[S△FME=][13S△FOE.]
因?yàn)锳D平分[∠OAE,]
所以[∠OAD=][∠EAD.]
因?yàn)樗倪呅蜛BCD是矩形,
所以[OA=OD.]
所以[∠OAD=∠ODA=∠DAE.]
所以[AE∥BD.]
所以[S△AOE=S△ABE=18.]
又因?yàn)閇AF=EF,]
所以[S△EOF=12S△A0E=9.]
所以[S△FME=13S△FOE=3.]
所以[S△FOM=S△EOF-S△FME=9-3=6=][k2.]
所以[k=12].
故此題選擇B.
【評析】此題是反比例函數(shù)與三角形知識相結(jié)合的綜合題,涉及反比例函數(shù)系數(shù)k的幾何意義、平行線的判定、角平分線、等腰三角形的性質(zhì)、三角形的面積等核心知識,利用平行線進(jìn)行等積轉(zhuǎn)化,是解決此類問題的基本策略. 此題通過角平分線結(jié)合等腰三角形的性質(zhì)得到[AE∥BD],從而實(shí)現(xiàn)[S△ABE]與[S△A0E]的等積轉(zhuǎn)化,進(jìn)而聯(lián)想k的幾何意義,結(jié)合給定的比例關(guān)系求解.
此題也可以利用[AF=EF,] 得點(diǎn)A的縱坐標(biāo)是點(diǎn)F縱坐標(biāo)的2倍. 不妨設(shè)點(diǎn)[Aa,2b],則點(diǎn)F的坐標(biāo)為[2a,b],從而得點(diǎn)E坐標(biāo)為[3a,0.] 所以[S△ABE=S△ADE][12 ? 3a ? 2b=18.] 所以[ab=6.] 所以[k=2ab=12.] 按比例關(guān)系設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)也是解決此類問題的有效途徑.
4. 關(guān)注存在性問題考查,強(qiáng)化分類討論
綜觀2020年全國各地區(qū)中考函數(shù)試題,發(fā)現(xiàn)存在性問題是一類常見試題,主要考查特殊三角形、平行四邊形、特殊平行四邊形、相似三角形的存在性問題,或是滿足線段或角或面積的特殊數(shù)量關(guān)系的動點(diǎn)存在性問題等. 此類問題通??疾閷W(xué)生的識圖作圖、直觀想象、邏輯推理、數(shù)學(xué)運(yùn)算等關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng),蘊(yùn)涵函數(shù)與方程、數(shù)形結(jié)合、分類討論等數(shù)學(xué)思想方法,涵蓋的知識面廣,綜合性強(qiáng),考查學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性. 對于學(xué)生容易出現(xiàn)漏解的情況,常以壓軸題的形式呈現(xiàn). 例如,浙江湖州卷第24題、廣西玉林卷第26題、貴州黔東南州卷第26題、黑龍江大興安嶺卷第24題、湖北黃岡卷第25題、湖南郴州卷第26題、湖南常德卷第25題都考查了平行四邊形存在性問題;重慶A卷第25題考查了菱形存在性問題;黑龍江牡丹江卷第28題考查正了方形存在性問題;浙江衢州卷第23題考查了直角三角形存在性問題;貴州遵義卷第24題考查了等邊三角形存在性問題;湖北隨州卷第24題、廣東東莞卷第25題、湖北鄂州卷第24題等考查了相似三角形存在性問題;山東淄博卷第24題考查了一定面積關(guān)系存在性問題等.
例11 (貴州·黔東南州卷)如圖15,已知拋物線[y=ax2+][bx+c a≠0]與x軸交于A,B兩點(diǎn)(點(diǎn)A在點(diǎn)B的左邊),與y軸交于點(diǎn)[C0,-3],頂點(diǎn)D的坐標(biāo)為[D1,-4].
(1)求拋物線的解析式;
(2)在y軸上找一點(diǎn)E,使得[△EAC]為等腰三角形,試直接寫出點(diǎn)E的坐標(biāo);
(3)點(diǎn)P是x軸上的動點(diǎn),點(diǎn)Q是拋物線上的動點(diǎn),是否存在點(diǎn)P,Q,使得以點(diǎn)P,Q,B,D為頂點(diǎn),BD為一邊的四邊形是平行四邊形?若存在,試求出點(diǎn)P,Q坐標(biāo);若不存在,試說明理由.
解:(1)因?yàn)閽佄锞€的頂點(diǎn)坐標(biāo)為[D1,-4,]
設(shè)拋物線的解析式為[y=ax-12-4,]
將點(diǎn)[C0,-3]代入拋物線,得[a=1.]
所以拋物線的解析式為[y=x2-2x-3.]
(2)由拋物線的解析式[y=x2-2x-3]得點(diǎn)B,A的坐標(biāo)分別為[B3,0,A-1,0.]
所以[AC=10.]
設(shè)點(diǎn)[E0,m],則[AE=m2+1],[CE=m+3.]
因?yàn)閇△ACE]是等腰三角形,分三種情況討論.
① 當(dāng)[AC=AE]時(shí),[10=m2+1],
解得[m=3]或[m=-3](舍).
所以點(diǎn)[E0,3.]
② 當(dāng)[AC=CE]時(shí),[10=m+3],
解得[m=-3±10.]
所以點(diǎn)[E0,-3+10]或[0,-3-10.]
③ 當(dāng)[AE=CE]時(shí),[m2+1=m+3],
解得[m=-43.]
所以點(diǎn)[E0,-43.]
綜上所述,點(diǎn)E的坐標(biāo)為[0,3, 0,-3+10][0,-3-10],[0,-43];
(3)存在. 理由如下.
如圖16,因?yàn)轫旤c(diǎn)D的坐標(biāo)為[D1,-4],將線段BD向上平移4個(gè)單位長度,再向右(或向左)平移適當(dāng)?shù)木嚯x,使點(diǎn)B的對應(yīng)點(diǎn)落在拋物線上,這樣便可以找到存在的點(diǎn)Q,此時(shí)點(diǎn)D的對應(yīng)點(diǎn)就是點(diǎn)P. 所以點(diǎn)Q的縱坐標(biāo)為4,
設(shè)點(diǎn)[Qt,4],將點(diǎn)Q的坐標(biāo)代入拋物線[y=x2-][2x-3],得[t2-2t-3=4.]
解得[t=1+22]或[t=1-22].
所以點(diǎn)[Q11+22,4]或[Q21-22,4.]
分別過點(diǎn)[D,Q1]作 x 軸的垂線,垂足分別為點(diǎn)F,G.
因?yàn)閽佄锞€[y=x2-2x-3]與x軸的右交點(diǎn)B的坐標(biāo)為[B3,0],且[D1,-4.]
所以[FB=PG=3-1=2.]
所以點(diǎn)P的橫坐標(biāo)為[1+22-2=-1+22]或[1-22-2=-1-22.]
綜上所述,點(diǎn)[P1-1+22,0],點(diǎn)[Q11+22,4]或點(diǎn)[P2-1-22,0],點(diǎn)[Q21-22,4.]
【評析】此題是一道二次函數(shù)的綜合題. 第(1)小題考查了二次函數(shù)的頂點(diǎn)式,用待定系數(shù)法求函數(shù)的表達(dá)式. 第(2)小題則考查了等腰三角形的存在性問題,以AC為一邊在 y 軸上找一點(diǎn)E,使得[△EAC]為等腰三角形,通過設(shè)點(diǎn)E的坐標(biāo),表示出[△EAC]的三條邊長,將邊兩兩相等進(jìn)行分類討論. 此題也可以對以AC為底或以AC為腰進(jìn)行分類討論,屬于較為常規(guī)的存在性問題. 第(3)小題考查平行四邊形的存在性問題,明確以BD為一邊時(shí)的存在性問題. 筆者選用了平移BD的方法,找到平移后的位置,再進(jìn)行推理運(yùn)算. 此題也可以從平行四邊形頂點(diǎn)坐標(biāo)特點(diǎn)出發(fā)求解,因?yàn)辄c(diǎn)P,B都在x軸上,所以點(diǎn)Q和點(diǎn)D的縱坐標(biāo)的絕對值相等,先鎖定點(diǎn)Q的縱坐標(biāo),再確定點(diǎn)P的坐標(biāo). 此題第(2)(3)小題分別考查了等腰三角形和平行四邊形的存在性問題,用好分類討論,抓住平行四邊形四個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)之間的關(guān)系,是解決此類問題的有效途徑.
三、試題解法賞析
例12 (浙江·寧波卷)如圖17,經(jīng)過原點(diǎn)O的直線與反比例函數(shù)[y=ax a>0]的圖象交于A,D兩點(diǎn)(點(diǎn)A在第一象限),點(diǎn)B,C,E在反比例函數(shù)[y=]
[bx b<0]的圖象上,[AB∥Oy],[AE∥CD∥Ox],五邊形ABCDE的面積為56,四邊形ABCD的面積為32,則[a-b]的值為 ________,[ba]的值為 ________?.
解:(方法1)如圖18,連接AC,OB,OC,OE,
由題意得點(diǎn)A,D關(guān)于原點(diǎn)對稱.
所以點(diǎn)A,D的縱坐標(biāo)的絕對值相等.
又因?yàn)閇AE∥CD,]
所以點(diǎn)E,C縱坐標(biāo)的絕對值相等.
又因?yàn)辄c(diǎn)E,C在反比例函數(shù)[y=bx]的圖象上,
所以點(diǎn)E,C關(guān)于原點(diǎn)對稱.
所以點(diǎn)E,O,C三點(diǎn)共線.
因?yàn)閇OE=OC,OA=OD,]
所以四邊形ACDE是平行四邊形.
由題意,得[a-b=a+b=2S△AOE=S△ADE=24.]
又因?yàn)閇S△AOC=S△AOE=S△AOB,]
所以點(diǎn)B,C到AD的距離相等.
所以[AD∥BC.]
所以[S△AOB=S△DOC=12.]
所以[S△BOC=8.]
所以[BCOD=S△BOCS△COD=812=23.]
延長CB交 x 軸于點(diǎn)F,設(shè)AB交[x]軸于點(diǎn)G,
則有[△BGF∽△AGO.]
所以[BGAG=BFAO=BFDO=13.]
所以[ba=BGAG=13.]
所以[ba=-13].
(方法2)同方法1,得[a-b=24,AD∥BC.]
如圖19,延長AB,DC交于點(diǎn)H,
則[△BCH∽△ADH.]
所以[BCAD=BHAH.]
因?yàn)閇S△ACB=32-24=8,]
所以[S△ADC∶S△ABC=24∶8=1∶3.]
所以[BC∶AD=1∶3.]
所以[HB∶HA=1∶3.]
設(shè)[BH=k,] 則[AH=3k,AG=HG=32k.]
所以[BG=12k.]
所以[BG∶AG=1∶3.]
所以[ba=BGAG=13.]
所以[ba=-13].
(方法3)同方法1,得[a-b=24,AD∥BC.]
如圖19,設(shè)[S△BCH=s.]
則[HBBA=HCCD.]
所以[S△BHCS△ABC=S△ACHS△ADC.]
所以[s8=8+s24.]
解得[s=4.]
所以[S△ADH=S△ADC+S△ABC+S△BCH=24+8+4=36.]
所以[S△AOG=14S△ADH=14×36=9.]
所以[a=18,] [b=-6.]
所以[ba=-13.]
【評析】此題主要考查反比例函數(shù)比例系數(shù)的幾何意義和平行線間的等面積轉(zhuǎn)化. 如圖18,反比例函數(shù)[y=ax a>0]中對a的幾何意義的理解為[a=2S△AOP],反比例函數(shù)[y= bx b<0]中,[-b=b=2S△EOP],所以[a-b]就是[△AOP]和[△EOP]面積和的2倍,即[△AOE]面積的2倍. 再利用反比例函數(shù)圖象中點(diǎn)的對稱性,得[S△AOE=][S△DEO.] 所以[a-b]就是[△ADE]的面積. 圖中[S△AOE=S△DOC=][S△AOB=12a-b],[S△AED=S△ACD=S△ABD=a-b.] 求[ab]的值,關(guān)鍵在于[AD∥BC]的發(fā)現(xiàn),以上解法中通過對稱性得[S△AOE=S△AOC.] 通過幾何意義,得[S△AOE=S△AOB.] 從而得[S△AOC=S△AOB.] 得[AD∥BC.] 此題還可借助[S△ACD=S△ABD,] 得[AD∥BC.] 進(jìn)而借助兩直線平行,利用相似或面積進(jìn)行比例的轉(zhuǎn)化,這也是求解反比例函數(shù)問題常用的轉(zhuǎn)化方法.
總之,綜觀2020年全國各地區(qū)中考試題中對函數(shù)內(nèi)容的考查,既關(guān)注對函數(shù)核心概念與性質(zhì)等基礎(chǔ)知識和基本技能的考查,又重視函數(shù)與“數(shù)與代數(shù)”“圖形與幾何”的關(guān)聯(lián),強(qiáng)調(diào)函數(shù)與其他知識的融合;關(guān)注數(shù)形結(jié)合、分類討論等基本數(shù)學(xué)思想的運(yùn)用和基本活動經(jīng)驗(yàn)的積累;關(guān)注對學(xué)生思維能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的考查,充分發(fā)揮了試題的導(dǎo)向作用. 引導(dǎo)數(shù)學(xué)教師認(rèn)真研究《標(biāo)準(zhǔn)》,研究試題考查的方向、類型和方式,總結(jié)解題策略,重視學(xué)生的思維形成過程,在解題教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生理性思考的能力,落實(shí)數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).
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