「初中數學」二次函數背景下的三角形面積

在中考裡,二次函數背景下求三角形面積的題型,往往以壓軸題的形式出現,教學中發現同學們對此類題還不甚熟悉,為此本文再強調一次,以期同學們更好地掌握.

「初中數學」二次函數背景下的三角形面積

【題目呈現】

1.如圖,在平面直角座標系中,⊙A與x軸相交於C(一2,0),D(一8,0)兩點,與y軸相切於點B(0,4).

(1)求經過B,C,D三點的拋物線的函數表達式;

(2)設拋物線的頂點為E,證明:直線CE與⊙A相切;

(3)在x軸下方的拋物線上,是否存在一點F,使△BDF的面積最大,最大值是多少?並求出點F的座標.

「初中數學」二次函數背景下的三角形面積

【分析】(1)用一般式或交點式或頂點式都可求出解析式為y=x²/4+5x/2+4.

(2)要證CE為⊙A的切線,則連AC,AE,證AC⊥CE,即∠ACE=90°,如圖

「初中數學」二次函數背景下的三角形面積

題中給出信息為數據信息,想到用構股定理的逆定理,由拋物線與圓都關於拋物線的對稱軸對稱,又由拋物線的解析式可知,頂點E的座標為(一5,一9/4),∵⊙A與y軸相切於B點,∴半徑r=|xA|=|xE|=5,∴A點座標為(一5,4),AE=yA一yE=4一(一9/4)=25/4,又可算出CE=15/4,∴AE²=AC²+CE²,∴∠ACE=90°,∴AC⊥CE,∴直線CE與⊙A相切

(3)欲求△BDF的最大面積時F點的座標及最大面積,我們聯想到①"鉛垂高,水平寬"面積法,②割補法,③切線法,④三角函數法,下面一一介紹.

(一)鉛垂高,水平寬,面積法

如圖,過點F作y軸的平行線FM,交x軸於點N,交BD於M,

「初中數學」二次函數背景下的三角形面積

設F(x,x²/4+5x/2+4),由B,D兩點易求直線BD的解析式為y=x/2+4,∴M(x,x/2+4)∴MF=yM一yF=x/2+4一(x²/4+5x/2+4)=一x²/4一2x,∴S△BDF=S△DMF+S△BMF=1/2×MF×DN+1/2×MF×ON=1/2MF(DN+ON)=1/2(一x²/4一2x)×8=一x²一8x=一(x+4)²+16,∴當x=一4時,S最大=16,此時yF=一2,∴F(一4,一2),∴x軸下方存在點F,使△BDF面積最大,最大值為16,此時點F的座標為(一4,一2).

(二)割補法

過點F作x軸的平行線FN交y軸於N,過D作DM⊥FN于于M,如圖

「初中數學」二次函數背景下的三角形面積

設F點座標為(x,x²/4十5x/2+4),則BN=4一(x²/4+5x/2+4)=一x²/4一5x/2,DM=一x²/4一5×/2一4,MN=8,MF=x+8,FN=一x,∴S△BDF=S梯形DMNB一S△BFN一S△DMF=1/2(DM+BN)MN一1/2×DM×MF一1/2×FN×BN,代入數據化簡得S△BDF=一x²一8x,與方法一相同,不再敘述,就是化簡有點麻煩,考驗同學們的計算能力,建議用換元法,如設DM=a,BN=b代入化簡,或直接先寫DM,BN,最後再代入,比較簡單.

(三)切線法

如圖,平移直線BD,當平移後的直線L與拋物線相切時,切點F可確定,此時F到線段BD的距離最大,則S△BDF的面積最大,易求直線BD的解析式為y=x/2+4,可設直線L的解析式為y=x/2+b,聯立拋物線解析式得x²/4十2x+4一b=0,當△=0時有唯一公共點,此時解得b=0,直線L的解析式為y=x/2,它過原點,解y=x/2與y=x²/4+5x/2+4組成方程組得,×=一4,y=一2,∴F點座標為(一4,一2),過F作FM⊥DB於M,過B點作BN⊥L於N,過F作FH⊥y軸於H,如圖

「初中數學」二次函數背景下的三角形面積

此時FM=BN,易知FO=2√5,,由△BNO∽△FOH,得BN/FH=OB/FO,即BN/4=4/2√5,∴BN=8√5/5,又BD=4√5,∴S△BDF=1/2×FM×BD=1/2×4√5×8√5/5=16,∴所有符合條件F點為(一4,一2),S△BDF的最大值為16.

(四)三角函數法

如圖過點F作FN∥y軸交BD於M,過B作BH∥x軸,過D作DH⊥BH於H,過F作FQ⊥BD於Q

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設F(x,x²/4+5x/2+4),易求BD解析式為y=x/2十4,則M(x,x/2+4),FM=x/2+4一x²/4一5x/2一4=一x²/4一2x,S△BDF=1/2×BD×QF=1/2×BD×MF×Sin∠FMQ=1/2BD×MF×MF×Sin∠BDH=1/2×BD×MF×HB/BD=1/2×MF×HB=1/2(一x²/4一2x)×8=一x²一8x,至此S△BDF的表達式與方法一相同,後續與第一問相同,不管哪種解法,只不過是從不同角度,運用不同的知識點,達到殊途同歸,同學們要多體會,多總結,舉一反三,融會貫通,下面給出一道練習題,試一試你的伸手,

如圖,拋物線y=ax²十bx+5/2與直線AB交於點A(一1,0),B(4,5/2),點D是拋物線A,B兩點間部分上的一個動點(不與點A,B重合),直線CD與y軸平行,交直線AB於點C,連接AD,BD.

(1)求拋物線的解析式;

(2)設D點橫座標為m,△ADB的面積為S,求S取最大值時點C,點D的座標及S的最大值.

「初中數學」二次函數背景下的三角形面積

答案:(1)拋物線解析式為y=一x²/2+2x+5/2.(2),C(3/2,5/4),D(3/2,35/8),S=一5m²/4十15m/4+5,S最大=125/16.


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