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先见森林再寻树木:轨迹定位法确定点的位置(1)

谈志国 数学大思维 2022-07-16

复杂化简单,混沌变有序,是数学的基本思想方法,人类拥有理解世界改造自然的强大能力正是由此而来。


先上题:

1.已知点A(4,3),在x轴上求一点P,使ΔAOP为等腰三角形.

若逐点确定应这样思考:(1)以OA为腰,P点满足OP=OA或AO=AP,(2)以OA为底,P点满足OP=AP,(3)观察尝试画出点的位置求坐标. 

这种方法感觉像雾中前行,逐步寻找目标,不仅效率低下,而且目标有无遗漏心中没底,遇到复杂问题难度更大,思维负荷和信息负载很大,大脑配置不高的同学会感觉眼前一抹黑,于是只能靠碰运气想到一点是一点,往往如盲人摸象挂一漏万.

下面我们用分析-综合的方法寻找解决此类问题的更高效简洁的方法:

分析:分别看满足各情形的P点所在轨迹.

(1)以A为顶点,OA为腰时,P点满足PA=OA,根据圆的定义所有满足条件的P点轨迹为以A为圆心OA为半径的圆.

(2)以O为顶点,OA为腰时,P点满足PO=OA,同理,所有满足条件的P点轨迹为以O为圆心OA为半径的圆.

(3)以P为顶点,OA为底时,P点满足PA=PO,根据垂直平分线的判定所有满足条件的P点轨迹为OA的垂直平分线.

综合:P点在上述三个轨迹上,同时又在x轴上,取其交点即为所求P点.

如下图,所有满足条件的P点一目了然:

如此,我们再也不担心分类讨论的问题会有所遗漏了!

要找寻一棵树木,先找到它所在的森林,森林都在眼前了,还怕找不到那棵树吗?

来,我们先看看有哪些“树木”与“森林”的关联:常见的四种点的轨迹.

(1)到定点O的距离等于定长a的点的轨迹:以点O为圆心,a为半径的圆O.

(2)到定线l的距离等于定长a的点的轨迹:到直线l距离为a的两条平行线m1m2.

(3)到两个定点A、B距离相等的点的轨迹:线段AB的垂直平分线m.

(4)到两条定线p、q距离相等的点的轨迹:直线p、q的交角平分线m、n.

让我们用例子来体会这种“地毯式搜索”的优越性.

2.如图,在矩形ABCD中,AB=3,BC=4,点P为BC上一点,连接AP,将△ABP沿着AP折叠,点B落在B′处,设BP=x,连接DB′,若△AB′D的面积为1,求x的值.

分析:

(1)画动点所在轨迹:

轨迹①:△AB′D的面积为1⇒B'到AD的距离为1/2⇒B' 在距离AD为1/2的两条平行线上;

轨迹②:A为定点,AB′=AB=3⇒B' 在以A为圆心3为半径的圆A上;

(2)确定所画圆与两条平行线的交点,显然有2个,没错,都在这儿了. 哈哈,再也不用担心分类讨论的问题会有遗漏了!

余下的问题构造相似三角形便可迎刃而解了,如下图.

3.如图,⊙O的半径为1,正方形ABCD的对角线长为6,OA=4.若将⊙O绕点A按逆时针方向旋转360°,在旋转过程中,⊙O与正方形ABCD的边只有一个公共点的情况一共出现            次.

看下动图演示:


从动图上可以观察到有几次有一个公共点的情况,但我们解题时可没有动图可看,我们怎样才能把运动全程画在纸上呢?答案是仍然用轨迹定位法!

分析:当⊙O与正方形的边只有一个公共点即⊙O与正方形的边相切.

(1)画动点所在轨迹:

轨迹①:⊙O绕点A旋转360°⇒O点在以A为圆心4为半径的⊙A上;

轨迹②:⊙O与正方形边相切⇒O点在与各边距离为1的平行线段上;

(2)确定所画圆与所有平行线的交点,简单!一数便知有6个.

4.(2017无锡卷28题)如图,已知矩形ABCD中,AB=4,AD=m,动点P从点D出发,在边DA上以每秒1个单位的速度向点A运动,连接CP,作点D关于直线PC的对称点E,设点P的运动时间为t(s).

(1)若m=6,求当P,E,B三点在同一直线上时对应的t的值.

(2)已知m满足:在动点P从点D到点A的整个运动过程中,有且只有一个时刻t,使点E到直线BC的距离等于3,求所有这样的m的取值范围.

(1)问略.

分析(2)问:E点满足的 条件有两 个:

轨迹①:CE=CD=4⇒E点在以C为圆心4为半径的⊙C上;

轨迹②:E点到BC距离为3⇒E点在与BC距离为3的两条平行线上;

如下图,确定⊙C与两条平行线的交点可知:E点运动的最大范围在E1与E2之间.

确定两点位置后,构造相似三角形易求得本题中所需的m的取值范围.

(m的最小值)


(m的最大值)


古人云:不谋全局者,不足谋一域. 轨迹定位法的好处在于:把分散归向整体,抽象变为直观,混沌趋于有序.








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