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【数学微课堂】 初中数学:动态几何中面积问题与二次函数结合

2017-07-18 恒优国际微课堂

求一个图形的面积常见的方法有:利用面积公式直接求解,对图形进行割补然后求面积。在平面直角坐标系中,对图形进行割补时,一般选取平行于坐标轴的线段作为图形的底或高,而这条线段可能是一个定值,为解题提供方便,尤其是有关二次函数里求面积最值的时候。
思考
利用二次函数解动态几何中的面积最值,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。
动态问题中的面积不变问题
观察组成这个图形的线段及其相互关系是否发生改变。
【分析】分为E在OA上和AB上两种情况,如下图,当E在OA上时可以直接求出△ODE的面积,此时OE=2b,DM=1;当E在AB上时,△ODE的面积等于矩形面积减去其余3个三角形的面积,此时∠MDC=∠BDE=∠ANE,tan∠ANE=1/2。


(2)【分析】如图,重叠部分的面积是否发生改变取决于四边形DMEN的四边及夹角是否发生变化,易证四边形DMEN是菱形,且菱形的一条对角线DE及相邻两边的夹角没有改变,所以重叠部分的面积也不会发生改变。
巧分割,利用二次函数求面积的最值
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。
典型例题
如图,在平面直角坐标系中,顶点为(4,-1)的抛物线交y轴于A点,交x轴于B,C两点(点在点的左侧). 已知A点坐标为(0,3).
(1)求此抛物线的解析式;
(2)过B点作线段AB的垂线交抛物线于点D, 如果以点C为圆心的圆与直线BD相切,请判断抛物线的对称轴l与⊙C有怎样的位置关系,并给出证明;
(3)已知点P是抛物线上的一个动点,且位于A,C两点之间,问:当点P运动到什么位置时,△PAC的面积最大?并求出此时点P的坐标和△PAC的最大面积.
【分析】第1种方法也是最容易想到的方法,以AC为底,平移AC,当AC和抛物线相切的时候,△PAC的面积最大,如上图,切线l的k值和AC相同,可以设l的解析式为y=kx+b和抛物线联立解方程,当△=0时,l与抛物线相切,可以求出b的值,然后求出l与AC之间的距离,从而求出△PAC的面积,这是最容易想到却是最麻烦的方法
.
第2种方法是,可以看出C点到y轴的距离是一个定值6,过P点做x轴的垂线,交AC于M点,此时△PAC的面积等于3PM(PM·OC/2),此时设P点的横坐标为a,那么纵坐标可以通过抛物线的解析式求出来,M点的纵坐标也可以通过AC所在直线解析式求出来,则PM的长度就是一个含有a的表达式,根据a的取值范围可以求出PM的最大值,此时△PAC的面积也最大。
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。

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