夏子晶



[摘? 要] 幾何面積動點問題是初中數學的重難點問題之一,從解析過程來看,需要處理動點條件,構建面積模型,利用代數知識求解,因此對學生解析思維和解題方法有較高的要求. 文章將剖析該類問題的解析策略,并結合類型問題進行探究分析.
[關鍵詞] 幾何;面積;動點;圖像;坐標系;曲線
與面積相關的幾何探究題在中考試題中十分常見,問題往往融合動點,引入圖像來探究幾何圖形的面積變化,構建了“動點+面積+圖像”的問題形式,形成了動點位置、面積函數等多樣的幾何問題. 幾何面積動點問題常見的有兩種類型:一是單純的幾何模型,側重幾何面積及函數的分析;二是以平面直角坐標系為背景,引入動點的坐標. 下面深入剖析該問題的處理思路,提煉該問題的解法.
剖析策略,提煉方法
剖析幾何面積動點問題的處理思路需要把握以下兩點:一是圖形的特性,二是動點的規律. 因此在剖析該問題時需要串聯圖形的特性與動點之間的關系,可按照如下思路處理問題.
第一步,探究背景圖形,提煉圖形的特性;
第二步,關注動點“四要素”,即分析運動過程,繪制運動線段圖,運動線段分段,設定動點范圍;
第三步,結合“速度×時間=路程”公式,將運動條件轉化為線段條件,并結合幾何特性推導有關聯的線段.
第四步,根據條件構建幾何面積的動態模型,實現模型的參數化,根據動點的規律分類繪制圖像,結合圖像進行解析.
關于幾何面積動點問題,解析的基本方法是數形結合,原則上需要確保圖像內容全面,圖形表述精確. 解析時要重點關注動點的“起點”“拐點”和“終點”的位置,并將位置的對應時間作為臨界值或分類討論的標準. 因此具體解析時可根據運動規律繪制具體圖像,然后構建對應模型,逐步完成數形轉化.
剖析類題,構建思路
幾何面積動點問題常見的兩種命題形式:一是單純的幾何探究,以幾何圖形與動點為主;二是以平面直角坐標系為背景,融合曲線與動點.
命題形式1:幾何圖形探究類
例1 如圖1所示,在正方形ABCD和△EFG中,已知AB=EF=EG=5 cm,FG=8 cm,點B,C,F,G位于同一直線l上,點C和點F重合. 若△EFG沿著直線l以1 cm/s的速度開始向左運動,t s后正方形ABCD與△EFG的重合部分的面積為S cm2,請回答下列問題.
(1)當t=3時,求S的值;
(2)當t=5時,求S的值;
(3)當5≤t≤8時,試求S與t的函數關系式,并求S的最大值.
思路分析 本題屬于幾何動態問題,雖然是三角形運動,但關注的重點還是動點.
第(1)問的重合部分是三角形,可根據相似三角形的性質求高,進而求面積.
第(2)問的重合部分是不規則的四邊形,可以采用割補法求面積.
第(3)問設定了時間范圍,可確定重合部分的圖形為五邊形,同樣采用割補法構建面積模型,將面積模型轉化為關于時間t的面積函數,利用函數的性質討論極值即可.
評析 上述問題是幾何面積動點探究題,問題分成三問,三問所設的時間實則是動點的位置范圍,探究圖形的面積實則就是構建面積模型,故可以參照幾何面積動點問題的解析思路:把握動點的位置,分析圖形的形狀,構建面積模型. 對于其中的面積最值問題,利用函數的性質由“數”解“形”即可.
命題形式2:坐標系與曲線融合類
例2 如圖5所示,已知拋物線y=ax2+bx-3(a≠0)與x軸交于點A(-2,0),B(4,0),與y軸交于點C.
(1)求拋物線的解析式.
(2)點P從點A出發,在線段AB上以3個單位長度/秒的速度向點B運動,同時點Q從點B出發,在線段BC上以1個單位長度/秒的速度向點C運動. 當其中一點到達終點時,另一點也停止運動. 試分析△PBQ的面積是否存在最大值. 若存在,請求出最大面積;若不存在,請說明理由.
思路分析 本題以平面直角坐標系為背景,融合曲線、動點構建三角形,探究三角形的面積需要把握坐標系中點的坐標.
第(1)問:利用待定系數法即可求出拋物線的解析式.
第(2)問:由題意可知,點P運動2秒即可到達終點,所用時間最短,因此時間t的取值范圍為[0,2]. △PBQ的一邊PB始終在x軸上,可將其視為以點Q為頂點的三角形,故可構建三角形的面積模型,結合運動條件可求出BP和BQ的長,結合三角函數可求三角形的高,從而將問題轉化為關于時間t的面積函數,由函數的性質可確定面積的最值.
評析 上述問題以平面直角坐標系為背景,結合拋物線和動點構建面積問題. 第(2)問是常規的求解面積最值的問題,結合點的坐標和運動的條件將面積模型轉化為函數模型;第(3)問則是面積比值問題,充分結合面積公式及模型特征將面積比值轉換為線段比值,然后確定點的坐標.
解后反思,方法總結
幾何面積動點問題屬于動態問題,突破過程需要注重兩點:一是準確構圖,利用直觀模型輔助分析;二是轉化分析,包括條件轉化和模型轉化. 解析過程要充分把握時間節點,利用時間細化模型,下面筆者對此提出兩點建議.
(1)培養構圖意識,利用圖形輔助分析. 幾何面積動點問題最為典型的特點是其結合幾何圖形或曲線命題,數形結合、模型構造是解析問題的素養要求. 尤其是對于多解的動點問題,分類討論需要借助于圖形,確保數形對照準確. 因此在解析中需要精準作圖,利用圖形特征來挖掘等量關系,打開解題突破口. 教學中要引導學生養成作圖習慣,使學生掌握數形結合這個解題方法.
(2)提升轉化思維的意識,培養邏輯分析和推理. 由上述可知,幾何面積動點問題的解析過程實則是構建模型、轉化條件的過程,因此轉化思維、簡化處理的意識在解題中十分重要. 解析時要善于處理動點條件,把握復雜圖形的結論,巧妙構建模型. 常見的有以下幾點轉化內容:將動點條件轉化為線段條件,將幾何面積轉化為面積模型,將面積最值轉化為函數最值,將面積比值轉化為線段比值. 解題教學中,教師要引導學生采用確定性思路來分析問題,化動為靜,變時間為常數,充分提升學生的推理轉化能力.
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