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袁朝川——45°夾角解決策略——從2022羅湖期末一次函數(shù)代幾綜合壓軸題談起(初中數(shù)學)

 一個大風子 2022-01-12

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愛的小伙伴們,本期文章準備的時間太久了,久違了。1月7日,深圳疫情再次來襲,羅湖區(qū)在各區(qū)中最先考試,中小學已經放假,而其他區(qū)還在抗擊疫情的前提下,緊鑼密鼓進行著期末收官。謹以一篇隨筆小文致敬為本次疫情堅守的羅湖人民,深圳人民。

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真題速遞

(2022年深圳市羅湖區(qū)期末考試)22、如圖1,直線AB的解析式為y=kx+6,D點坐標為(8,0),O點關于直線AB的對稱點C點在直線AD上.   

(1)求直線AB的解析式;

(2)如圖2,在x軸上是否存在點F,使△ABC與△ABF的面積相等,若存在求出F點坐標,若不存在,請說明理由;

(3)如圖3,過點G(5,2)的直線l:y=mx+b,當它與直線AB夾角等于45°時,求出相應m的值.

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解析:

(1)根據(jù)題目分析,OA=6,OD=8,AD=10,求AB解析式,只需要求出B點坐標,即OB的長,考慮勾股定理,設OB=x,則BD=8-x,根據(jù)折疊的性質,如圖,BC=OB=x, ,AC=OA=6,CD=4,在△BCD中,由勾股定理可得,BD2=BD2+CD2,易得OB=3,則y=-2x+6.

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(2)根據(jù)題意,△ABO≌ABC,則O即是所求的第一個F點,當F在x軸運動時,△ABF和△ABO高相等,則只需要底邊也相等,即BF=BO =3,則F2為(6,0)綜上,F(xiàn)的坐標為(0,0),(6,0).

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(3)過G的直線與AB相交成45°角,如圖,設交點為M,可以考慮以下兩種情況,

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因為夾角為特殊角,45°,考慮構造直角三角形。

如圖,過B作BN⊥BA交直線GM于N,過M,N分別作x軸的垂線交x軸于H,I,

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則△MBH≌△BNI,設OH=a, 

則BH=3-a=NI,MH=-2a+6=BI,

則M(a, -2a+6),N(-2a+9,3-a)

把點M,N的坐標代入y=mx+b,得

-2a+6=ma+b        ①

3-a=m(-2a+9)+b   ②

②-①得,m(-3a+9)=a-3,m=-1/3

同理,如圖,

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過B作平行于y軸的直線l,過M,N分別作l垂線交l于H,I,則

△MBH≌△BNI

設HM=a,則BI=a,BH=IN=∣-2(a+3)+6∣=2a,則M(a+3,-2a),N(2a+3,a),

那M,N代入y=mx+b,得

-2a=m(a+3)+b  ①

a=m(2a+3)+b   ②

②-①得

am=3a,m=3

綜上所述,m=-1/3或3.

2

思考

     盡管解出來這個題目,但是對于第三問,還是很多想法:

問1

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1、解決夾角45°(或其他特殊角度)的時候,構造直角三角形,進而利用一線三垂直構造全等或相似是通法。但在解決問題的過程中,筆者沒有使用已知點G(5,2),而是將M,N分別代入一次函數(shù)解析式,剛好就得出了k的值。如果使用G(5,2)這個點,該如何呢?

問2

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2、構造等腰直角三角形過程中,筆者選擇了過B作AB的垂線構造,還有別的構造方式么?在解決問題過程中,這幾種構造方式一樣么?都可選么?

問3

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3、我們能將此解法進行改進嗎?

我來回答這些問題,兩直線45°夾角問題在初中數(shù)學里,構造等腰直角三角形,再通過一線三垂直的全等來解決是通法,實際上不只一種構造方式,并且應該每種方式都可以算出結論來,但是,選擇從哪里作直角的時候,選擇不一樣,計算量不一樣,

如下題,這是常見的一道題:

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  如圖,在平面直角坐標系中,點A(12,0),B(0,4),點P是直線y=-x-1上一點,且∠ABP=45°,則點P的坐標為______.

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常見構造全等解法如下:

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   對于構造等腰直角三角形,選擇作的等腰三角形不一樣,計算難度不一樣,總結起來就是盡可能要讓已知的點在全等中可用,因此第一種過A作AB的垂線最簡單,因為此等腰直角三角形中,兩個頂點已知,可以秒算出第三個頂點坐標。

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回答完以上問題,我們還是要問,G(5,2)這個點有用沒有?

有用。當分析出過G的直線與AB夾角為45°有兩種情況,統(tǒng)一起來如下圖

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則△GMN是等腰直角三角形,根據(jù)三垂直構造等腰全等,官方參考解答如下:

答1

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實際上并沒有什么用處,因為直線AB確定,直線與AB夾角為45°,則新的直線的傾斜程度也就是影響直線的m已經確定,并且所有的這些直線是平行的,

基于此,本題可以優(yōu)化解答如下:

答2

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   過A作l∥GM,本題轉化為求過A與AB夾角為45°的直線的解析式即可。

如圖,

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根據(jù)前面的分析,過B作BC垂直AB交l于C,過C作CD垂直x軸交x軸于D,則BD=OA=6,CD=OB=3,C(9,3),直線l解析


式可求得y=-1/3x+1.則m=-1/3.

另一種情況可以用同樣的方式進行平移,如圖,

過A作l∥GM

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此時l與AB夾角為45°,根據(jù)前面總結,過B作BC⊥AB交l于C,過B作直線n與y軸平行,過A,C分別作n的垂線交n于P,Q,如圖,易得,CQ=PB,AP=OB=BQ,C點坐標(-3,-3)

易求直線l的解析式為y=3x+6,m=3.

3

簡評

      本道題在原題解析中涉及高中內容可以快速解決,在求出M,N坐標時,可以結合M,N,G共線,利用點斜式公式,根據(jù)共線k相等,從而解出a的值,進而求出直線GM的解析式,不僅求出了m,還求出了b的值。

     本題由于是兩直線的夾角,利用高中的夾角公式也可以快速求得與AB夾角為定值的兩條直線的k的值,不管是斜率公式,還是夾角公式,我曾經說過,上得去是本事,下得來是能力。這兩點都絲毫不影響本道題在初中數(shù)學幾何中的地位。

作為壓軸題,本題有兩大亮點:

1、  第1問考查求函數(shù)解析式,通過折疊,勾股定理,求出線段長,求出點的坐標再求解析式,看起來有難度,但是在八上勾股定理練習到位的情景下,這只是中檔題目。

2、  第3問45°夾角問題,相信平時老師也是練習講評過相關題目,對于做等腰直角三角形,構造全等并不陌生,但是本題如果按照筆者的解析解答,還是很有難度的,由于交點不是已知點,一是計算量不小,二是代換過程中,關于M,N,G三點的處理如何才是合適,所以,學生在解答過程中會出現(xiàn)自我否定的心理建設,到底該如何操作?當然,能像參考答案一樣,把兩種解答都統(tǒng)一在一起,一個等腰直角三角形就解決問題,對計算和思維的要求就更高一些。

   本題最大的亮點就是這個看起來可以有用和可以沒有用的G(5,2)這個點,只求m的值為不同思維層次的學生提供了不同的切入點,需要的只是和AB相交成45°,不一定非要過G點,從而可以進一步進行轉化。如果訓練到位,哪怕是求直線的解析式,如果能夠先平移求得m再回過來代入G點求值,就是思維的更高層次了。

       當然,也有一點不足,這也是我們爭論比較多的地方,本題可以用高中的公式解決,初中階段我們對這樣用法有沒有限制或要求?要求吧?會不會限制了學生的能力?不要求吧?對于之前我們所有討論的都沒有意義了,承擔思維訓練的本題就成為一個技巧可以解決的題目了。當然,如果此類題目出現(xiàn)在幾何探究類題目中,幾何代入感就更強。所以,建議:在命題方向上看,是不是可以考慮全等與幾何綜合的探究題?結合勾股定理?

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后記

八上,函數(shù)只學了一次函數(shù),幾何方面只學了全等,勾股定理,所以代幾綜合題的選擇余地不大,一般,第一問求解析式,第二問面積相關,第三問,45°問題,或者是等腰三角形、直角三角形的存在性問題。剛剛結束的南山區(qū)和寶安區(qū)的壓軸題,考查了等腰直角三角形的存在性問題,我們是不是可以快速解決呢?

(2022南山區(qū)八年級期末數(shù)學)22.  如圖,在平面直角坐標系中,直線AB:y=kx+1交y軸于點A,交x軸于點B(3,0),點P為直線AB上方第一象限內的動點.

(1)求直線AB的表達式和點A的坐標

(2)點P為直線x=2上一動點,當△ABP的面積與△ABO面積相等時,求點P的坐標

(3)當△ABP為等腰直角三角形時,請直接寫出點P的坐標.

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(2022寶安區(qū)八年級期末數(shù)學)22.如圖,平面直角坐標系中,直線:y=3/4x與直線:y=kx+b相交于點

A(a,3),直線l1交y軸于點B(0,-5)。

(1)求直線l2的解析式;

(2)將ΔOAB沿直線l2翻折得到ΔCAB(其中點0的對應點為點C),求證:ACIIOB

(3)在直線BC下方以BC為邊作等腰直角三角形BCP,直接寫出點P的坐標。

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【注】轉自《袁朝川教師工作室 》公眾號。

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