一、问题呈现
问题如图,抛物线y=x2-2x+k与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C(0,-3).
(1)k=,点A的坐标为,点B的坐标为;
(2)在x轴下方、y轴右侧的抛物线上是否存在一点D,使四边形ABDC的面积最大?若存在,请求出点D的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)在抛物线y=x2-2x+k上找点Q,使三角形BCQ是以BC为直角边的直角三角形,请求出点Q的坐标.
二、问题解析
第1问不难,容易求得k=-3,点A的坐标为(-1,0),点B的坐标为(3,0).
第2问和第3问具有典型性,解法也较多,接下来我们试图从不同的角度来研究后面这两个问题.
三、解法探究
我们先来研究第2问的多种解法.设点D的坐标为(m,m2-2m-3).
思路1:作DE⊥AB于E,采用分割法,用含m的二次三项式表示出四边形ABDC的面积,进而求得四边形ABDC的面积最大值及此时点D的坐标.
评注:对于二次函数中的面积问题,采用割补法求面积是一种常见的处理方式.本题通过作垂线,把四边形ABDC的面积分割成一个梯形和两个三角形,从而方便求解.
思路2:连接OD,将四边形ABDC分割为三个三角形,再用含m的二次三项式表示出四边形ABDC的面积,进而求得四边形ABDC的面积的最大值及此时点D的坐标.
评注:同样采用分割法,只是另辟蹊径,仅通过连接OD,将四边形ABDC分割为三个三角形,再求出三个三角形的面积,解题过程显得更简洁.
思路3:实际上由于△ABC的面积是不变的,我们只需要求出△BCD的面积的最大值,就能得到四边形ABDC面积的最大值.接下来我们可以过点D作BC的平行线DE,显然,当直线DE与抛物线“相切”,即DE与抛物线只有唯一公共点时,△BCD的面积的最大,由此得到以下解法3:
解法3:
评注:本解法涉及一元二次方程的相关知识:当一元二次方程的根
的判别式为零时,方程有两个相等的实数根.学习数学的关键在于融会贯
通,引导学生善于发现各知识点之间的相互联系,从而形成数学知识的整体性和连续性.
思路4:如思路3所述,我们只需要求出△BCD的面积的最大值,就能得到四边形ABDC面积的最大值.我们可以作DM⊥AB,将△BCD分割为△CDN和△BDN,利用,再表达出四边形ABDC的面积.
评注:我们在平时的教学中,一定要让学生要重视基本图形的作用,让他们掌握并会灵活运用一些常见的数学基本图形,这往往能给他们解决问题带来曙光.
接下来我们再来研究问题的第3问:
显然要分两种情况:①∠CBQ=90°;②∠BCQ=90°.以下以∠CBQ=90°时求点Q的坐标为例进行说明(当∠BCQ=90°时方法类似,就不赘述.):
思路1:我们注意到△BOC是等腰直角三角形,∠OBC=45°,因此∠OBQ=45°,
可以求出直线BQ的解析式,再进一步求出直线BQ与抛物线的交点Q的坐标.
评注:在解决问题时,要重视并挖掘题目中的特殊条件,如特殊的点,特殊的线,特殊的图形,充分发挥它们的作用.本问就是利用了∠OBC=45°这一特殊条件,进而推知点P的坐标,从而给我们解决问题带来便利.
思路2:由于直线BC、BQ互相垂直,则它们的解析式中一次项的系数互为负倒数,由此我们可以确定直线BQ的解析式.
评注:探求图形中的几何特征(本例中是∽),并充分发挥其作用.
至此,我们就这一综合问题,梳理了多种解法,当然,本题的解法应该还不止这些.实际上,我们在平时的教学中,对于一些较为典型的探究性习题,如果能经常引导学生进行一题多解,深入地理解相关知识点及基本图形,进而从中选择较为简洁的解法,对于拓展学生思维,增强学生的探究意识和提高探究能力是大有脾益的.
另外,对于本题,我们还可以尝试进行如下拓展:
这样,通过一题多解,一题多变,可以进一步加深学生对二次函数的知识与方法的理解,领会“化归”的数学思想,丰富学生的解题经验和解题策略,进而在学生的头脑中形成一个有层次的经验系统.我想,如果我们能经常这样引导学生主动地探究,那么,二次函数的综合性问题还会是学生的拦路虎吗?
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