备考2022数学第10关 以二次函数与相似三角形问题为背景的解答题(解析版).docx
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1、第十关 以二次函数与相似三角形问题为背景的解答题【总体点评】二次函数在全国中考数学中常常作为压轴题,同时在省级,国家级数学竞赛中也有二次函数大题,很多学生在有限的时间内都不能很好完成。由于在高中和大学中很多数学知识都与函数知识或函数的思想有关,学生在初中阶段函数知识和函数思维方法学得好否,直接关系到未来数学的学习。二次函数与相似三角形的存在性问题是中考考试的一个热点。解决这类问题需要用到数形结合思想,把“数”与“形”结合起来,互相渗透存在探索型问题是指在给定条件下,判断某种数学现象是否存在、某个结论是否出现的问题解决这类问题的一般思路是先假设结论的某一方面存在,然后在这个假设下进行演绎推理,若
2、推出矛盾,即可否定假设;若推出合理结论,则可肯定假设【解题思路】理解存在性问题的解题思路,根据已知角相等找出对应边成比例,存在性问题的知识覆盖面较广,综合性较强,解题方法灵活,对学生分析问题和解决问题的要求较高。一般思路是从存在的角度出发推理论证得出结论。若能导出合理的结果,就做出“存在”的判断,若导出矛盾,就做出不存在的判断.函数中因动点产生的相似三角形问题一般有三个解题途径:求相似三角形的第三个顶点时,先要分析已知三角形的边和角的特点,进而得出已知三角形是否为特殊三角形,根据未知三角形中已知边与已知三角形的可能对应边分类讨论;利用已知三角形中对应角,在未知三角形中利用勾股定理/三角函数/对
3、称/旋转等知识来推导边的大小;若两个三角形的各边均未给出,则应先设所求点的坐标进而用函数关系式表示各边的长度,之后利用相似列方程求解.【典型例题】【例1】(2019·湖南中考真题)如图1,AOB的三个顶点A、O、B分别落在抛物线F1:的图象上,点A的横坐标为4,点B的纵坐标为2.(点A在点B的左侧)(1)求点A、B的坐标;(2)将AOB绕点O逆时针旋转90°得到A'OB',抛物线F2:经过A'、B'两点,已知点M为抛物线F2的对称轴上一定点,且点A'恰好在以OM为直径的圆上,连接OM、A'M,求OA'M的面积;(3)如
4、图2,延长OB'交抛物线F2于点C,连接A'C,在坐标轴上是否存在点D,使得以A、O、D为顶点的三角形与OA'C相似.若存在,请求出点D的坐标;若不存在,请说明理由.【答案】(1)点A坐标为(4,4),点B坐标为(1,2);(2)SOA'M8;(3)点D坐标为(4,0)、(8,0)、(0,4)或(0,8)时,以A、O、D为顶点的三角形与OA'C相似.【解析】【分析】(1)把x4代入解析式,求得点A的坐标,把y=-2代入解析式,根据点B与点A的位置关系即可求得点B的坐标;(2)如图1,过点B作BEx轴于点E,过点B'作B'Gx轴于点G,先求
5、出点A'、B'的坐标,OAOA',然后利用待定系数法求得抛物线F2解析式为:,对称轴为直线:,设M(6,m),表示出OM2,A'M2,进而根据OA'2+A'M2OM2,得到(4)2+m2+8m+2036+m2,求得m2,继而求得A'M,再根据SOA'MOA'A'M通过计算即可得;(3)在坐标轴上存在点D,使得以A、O、D为顶点的三角形与OA'C相似,先求得直线OA与x轴夹角为45°,再分点D在x轴负半轴或y轴负半轴时,AOD45°,此时AOD不可能与OA'C相似,点D在x轴正半轴
6、或y轴正半轴时,AODOA'C135°(如图2、图3),此时再分AODOA'C,DOAOA'C两种情况分别讨论即可得.【详解】(1)当x4时,点A坐标为(4,4),当y2时,解得:x11,x26,点A在点B的左侧,点B坐标为(1,2);(2)如图1,过点B作BEx轴于点E,过点B'作B'Gx轴于点G,BEOOGB'90°,OE1,BE2,将AOB绕点O逆时针旋转90°得到A'OB',OBOB',BOB'90°,BOE+B'OGBOE+OBE90°,B'
7、;OGOBE,在B'OG与OBE中,B'OGOBE(AAS),OGBE2,B'GOE1,点B'在第四象限,B'(2,1),同理可求得:A'(4,4),OAOA',抛物线F2:yax2+bx+4经过点A'、B',解得:,抛物线F2解析式为:,对称轴为直线:,点M在直线x6上,设M(6,m),OM262+m2,A'M2(64)2+(m+4)2m2+8m+20,点A'在以OM为直径的圆上,OA'M90°,OA'2+A'M2OM2,(4)2+m2+8m+2036+m2,解得:m2,
8、A'M,SOA'MOA'A'M;(3)在坐标轴上存在点D,使得以A、O、D为顶点的三角形与OA'C相似,B'(2,1),直线OB'解析式为yx,解得:(即为点B'),C(8,4),A'(4,4),A'Cx轴,A'C4,OA'C135°,A'OC45°,A'CO45°,A(4,4),即直线OA与x轴夹角为45°,当点D在x轴负半轴或y轴负半轴时,AOD45°,此时AOD不可能与OA'C相似,点D在x轴正半轴或y轴正半轴时,AOD
9、OA'C135°(如图2、图3),若AODOA'C,则,ODA'C4,D(4,0)或(0,4); 若DOAOA'C,则,ODOA'8,D(8,0)或(0,8),综上所述,点D坐标为(4,0)、(8,0)、(0,4)或(0,8)时,以A、O、D为顶点的三角形与OA'C相似.【名师点睛】本题考查的是二次函数与几何的综合题,涉及了待定系数法,全等三角形的判定与性质,相似三角形的判定与性质,圆周角定理等知识,综合性较强,有一定的难度,熟练掌握和灵活运用相关知识是解题的关键.注意数形结合思想与分类讨论思想的运用.【例2】(2019·江苏
10、中考真题)如图,二次函数图象的顶点为,对称轴是直线,一次函数的图象与轴交于点,且与直线关于的对称直线交于点(1)点的坐标是 _;(2)直线与直线交于点,是线段上一点(不与点、重合),点的纵坐标为过点作直线与线段、分别交于点,使得与相似当时,求的长;若对于每一个确定的的值,有且只有一个与相似,请直接写出的取值范围 _【答案】(1);(2);.【解析】【分析】(1)直接用顶点坐标公式求即可;(2)由对称轴可知点C(2,),A(-,0),点A关于对称轴对称的点(,0),借助AD的直线解析式求得B(5,3);当n=时,N(2,),可求DA=,DN=,CD=,当PQAB时,DPQDAB,DP=9;当PQ
11、与AB不平行时,DP=9;当PQAB,DB=DP时,DB=3,DN=,所以N(2,),则有且只有一个DPQ与DAB相似时,n.【详解】(1)顶点为;故答案为;(2)对称轴,由已知可求,点关于对称点为,则关于对称的直线为,当时,当时,;当与不平行时,;综上所述;当,时,有且只有一个与相似时,;故答案为;【名师点睛】本题考查二次函数的图象及性质,三角形的相似;熟练掌握二次函数的性质,三角形相似的判定与性质是解题的关键【方法归纳】两个定三角形是否相似:(1)已知有一个角相等的情形:运用两点间的距离公式求出已知角的两条夹边,看看是否成比例?若成比例,则相似;否则不相似。(2)不知道是否有一个角相等的情
12、形:运用两点间的距离公式求出两个三角形各边的长,看看是否成比例?若成比例,则相似;否则不相似。一个定三角形和动三角形相似:(1)已知有一个角相等的情形:先借助于相应的函数关系式,把动点坐标表示出来(用字母表示),然后把两个目标三角形(题中要相似的那两个三角形)中相等的那个已知角作为夹角,分别计算或表示出夹角的两边,让形成相等的夹角的那两边对应成比例(要注意是否有两种情况),列出方程,解此方程即可求出动点的横坐标,进而求出纵坐标,注意去掉不合题意的点。(2)不知道是否有一个角相等的情形:这种情形在相似性中属于高端问题,破解方法是,在定三角形中,由各个顶点坐标求出定三角形三边的长度,用观察法得出某
13、一个角可能是特殊角,再为该角寻找一个直角三角形,用三角函数的方法得出特殊角的度数,在动点坐标(用字母表示)后,分析在动三角形中哪个角可以和定三角形中的那个特殊角相等,借助于特殊角,为动点寻找一个直角三角形,求出动点坐标,从而转化为已知有一个角相等的两个定三角形是否相似的问题了,只需再验证已知角的两边是否成比例?若成比例,则所求动点坐标符合题意,否则这样的点不存在。简称“找特角,求(动)点标,再验证”。或称为“一找角,二求标,三验证”。【针对练习】1(2019·陕西中考真题)在平面直角坐标系中,已知抛物线L:经过点A(-3,0)和点B(0,-6),L关于原点O对称的抛物线为.(1)求抛
14、物线L的表达式;(2)点P在抛物线上,且位于第一象限,过点P作PDy轴,垂足为D.若POD与AOB相似,求符合条件的点P的坐标.【答案】(1) y=x25x6;(2)符合条件的点P的坐标为(1,2)或(6,12)或(,)或(4,2)。【解析】【分析】(1)利用待定系数法进行求解即可得;(2)由关于原点对称的点的坐标特征可知点A(-3,0)、B(0,-6)在L上的对应点分别为A(3,0)、B(0,6),利用待定系数法求得抛物线L的表达式为yx25x6,设P(m,m25m6)(m0),根据PDy轴,可得点D的坐标为(0,m25m6),可得PDm,ODm25m6,再由RtPOD与RtAOB相似,分R
15、tPDORtAOB或RtODPRtAOB两种情况,根据相似三角形的性质分别进行求解即可得.【详解】(1)由题意,得,解得:,L:y=x25x6;(2)抛物线L关于原点O对称的抛物线为,点A(-3,0)、B(0,-6)在L上的对应点分别为A(3,0)、B(0,6),设抛物线L的表达式yx2bx6,将A(3,0)代入yx2bx6,得b5,抛物线L的表达式为yx25x6,A(3,0),B(0,6),AO3,OB6,设P(m,m25m6)(m0),PDy轴,点D的坐标为(0,m25m6),PDm,ODm25m6,RtPDO与RtAOB相似,有RtPDORtAOB或RtODPRtAOB两种情况,当RtP
16、DORtAOB时,则,即,解得m11,m26,P1(1,2),P2(6,12);当RtODPRtAOB时,则,即,解得m3,m44,P3(,),P4(4,2),P1、P2、P3、P4均在第一象限,符合条件的点P的坐标为(1,2)或(6,12)或(,)或(4,2).【点睛】本题考查的是二次函数综合题,涉及了待定系数法、关于原点对称的抛物线的特点、相似三角形的判定与性质等,综合性较强,难度较大,正确把握和灵活运用相关知识是解题的关键.2(2019·辽宁中考模拟)如图,抛物线(a0)交x轴于A、B两点,A点坐标为(3,0),与y轴交于点C(0,4),以OC、OA为边作矩形OADC交抛物线于
17、点G(1)求抛物线的解析式;(2)抛物线的对称轴l在边OA(不包括O、A两点)上平行移动,分别交x轴于点E,交CD于点F,交AC于点M,交抛物线于点P,若点M的横坐标为m,请用含m的代数式表示PM的长;(3)在(2)的条件下,连结PC,则在CD上方的抛物线部分是否存在这样的点P,使得以P、C、F为顶点的三角形和AEM相似?若存在,求出此时m的值,并直接判断PCM的形状;若不存在,请说明理由【答案】(1)抛物线的解析式为;(2)PM=(0m3);(3)存在这样的点P使PFC与AEM相似此时m的值为或1,PCM为直角三角形或等腰三角形【解析】【分析】(1)将A(3,0),C(0,4)代入,运用待定
18、系数法即可求出抛物线的解析式(2)先根据A、C的坐标,用待定系数法求出直线AC的解析式,从而根据抛物线和直线AC的解析式分别表示出点P、点M的坐标,即可得到PM的长(3)由于PFC和AEM都是直角,F和E对应,则若以P、C、F为顶点的三角形和AEM相似时,分两种情况进行讨论:PFCAEM,CFPAEM;可分别用含m的代数式表示出AE、EM、CF、PF的长,根据相似三角形对应边的比相等列出比例式,求出m的值,再根据相似三角形的性质,直角三角形、等腰三角形的判定判断出PCM的形状【详解】解:(1)抛物线(a0)经过点A(3,0),点C(0,4),解得抛物线的解析式为(2)设直线AC的解析式为y=k
19、x+b,A(3,0),点C(0,4),解得直线AC的解析式为点M的横坐标为m,点M在AC上,M点的坐标为(m,)点P的横坐标为m,点P在抛物线上,点P的坐标为(m,)PM=PEME=()()=PM=(0m3)(3)在(2)的条件下,连接PC,在CD上方的抛物线部分存在这样的点P,使得以P、C、F为顶点的三角形和AEM相似理由如下:由题意,可得AE=3m,EM=,CF=m,PF=,若以P、C、F为顶点的三角形和AEM相似,分两种情况:若PFCAEM,则PF:AE=FC:EM,即():(3m)=m:(),m0且m3,m=PFCAEM,PCF=AMEAME=CMF,PCF=CMF在直角CMF中,CM
20、F+MCF=90°,PCF+MCF=90°,即PCM=90°PCM为直角三角形若CFPAEM,则CF:AE=PF:EM,即m:(3m)=():(),m0且m3,m=1CFPAEM,CPF=AMEAME=CMF,CPF=CMFCP=CMPCM为等腰三角形综上所述,存在这样的点P使PFC与AEM相似此时m的值为或1,PCM为直角三角形或等腰三角形3(2019·湖南中考真题)如图,抛物线与x轴交于点,点,与y轴交于点C,且过点点P、Q是抛物线上的动点(1)求抛物线的解析式;(2)当点P在直线OD下方时,求面积的最大值(3)直线OQ与线段BC相交于点E,当与相似
21、时,求点Q的坐标【答案】(1)抛物线的表达式为:;(2)有最大值,当时,其最大值为;(3)点或【解析】【分析】(1)函数的表达式为:y=a(x+1)(x-3),将点D坐标代入上式,即可求解;(2),即可求解;(3)分ACB=BOQ、BAC=BOQ,两种情况分别求解,通过角的关系,确定直线OQ倾斜角,进而求解【详解】解:(1)函数的表达式为:,将点D坐标代入上式并解得:,故抛物线的表达式为:;(2)设直线PD与y轴交于点G,设点,将点P、D的坐标代入一次函数表达式:并解得:直线PD的表达式为:,则,故有最大值,当时,其最大值为;(3),故与相似时,分为两种情况:当时,过点A作AHBC与点H,解得
22、:,则,则,则直线OQ的表达式为:,联立并解得:(舍去负值),故点时,则直线OQ的表达式为:,联立并解得:,故点;综上,点或【点睛】本题考查的是二次函数综合运用,涉及到解直角三角形、三角形相似、面积的计算等,其中(3),要注意分类求解,避免遗漏4(2019·山东初三期末)如图,以D为顶点的抛物线y=x2+bx+c交x轴于A、B两点,交y轴于点C,直线BC的表达式为y=x+3(1)求抛物线的表达式;(2)在直线BC上有一点P,使PO+PA的值最小,求点P的坐标;(3)在x轴上是否存在一点Q,使得以A、C、Q为顶点的三角形与BCD相似?若存在,请求出点Q的坐标;若不存在,请说明理由【答案
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