翻閱近幾年各省市中考試題,筆者發現,以二次函數為背景構造的存在性問題是中考一道靚麗的風景線,它包括平行四邊形存在性問題、相似三角形存在性問題、直角三角形存在性問題、等腰三角形存在性問題等.此類問題是將圖形性質與二次函數的圖象與性質結合在一起,綜合的知識點較多,滲透了數形結合、分類討論、方程與函數等數學思想,且因為結果的多樣性學生漏解的現象也比較嚴重.鑒于此,筆者選了一道存在性的中考題,通過真題品析與題組生長,以促進學生思維發展,提升學生核心素養.
1真題品析
(2019年阜新)如圖1,拋物線
交x 軸于點 A(-3,0) 和點 B(1,0) ,交 y 軸于點 c ·
(1)求這個拋物線的函數表達式.
(2)點 D 的坐標為 (-1,0) ,點 P 為第二象限內拋物線上的一個動點,求四邊形ADCP面積的最大值.
(3)點 M 為拋物線對稱軸上的點,問:在拋物線上是否存在點 N ,使 Δ M N O 為等腰直角三角形,且∠ M N O 為直角?若存在,請直接寫出點 N 的坐標;若不存在,請說明理由.


解析:(1)根據拋物線與 x 軸的兩個交點坐標,設拋物線的表達式為 y=a(x+3)(x-1)(a≠0) ,化簡可得
,則 -3a=2 ,解得
所以拋物線的表達式為
x+2,由此求得點 C(0,2) ,拋物線的對稱軸為直線 x=-1
(2)如圖2,連接 O P ,因為點P 是拋物線
上的一點,所以設點 P 的坐標為
四邊形A D C P 的面積 s 可轉化為 

,計算整理,得
,所以當
時,S取得最大值,且最大值為
·
故四邊形 A D C P 面積的最大值為 
(3)存在.理由如下: Δ M N O 為等腰直角三角形,且 ∠ M N O 為直角,以坐標軸為分界線,分為四種情況討論.
當點 N 在第一象限時,如圖3,得等腰直角三角形
,設點
的坐標為
點
作 x 軸的垂線交 x 軸于點 F ,過
作 x 軸的平行線交直線
于點 E ,構造一線三等角的幾何模型.由拋物線的對稱軸為直線 x=1 ,得
,易證
,所以
,由此建立方程
,解得
(舍去負值),則點 

當點 N 在第二象限時,如圖3,得等腰直角三角形
,同理可得,點 
當點 N 在第三象限時,如圖4,得等腰直角三角形
,同理可得,點 
當點 N 在第四象限時,如圖4,得等腰直角三角形
,同理可得,點 
綜上所述,存在滿足條件的點N ,其坐標分別為


點評:這是一道幾何與代數的綜合試題,考查了用待定系數法求二次函數表達式,用二次函數最值的性質求圖形面積的最大值,以及用分類討論的方法研究存在性問題.雖然 M 是對稱軸上的動點, N 是拋物線上的動點,但 O 是平面內的定點, Δ M N O 為等腰直角三角形,且 ∠ M N O 為直角的情形是有限的.解答時,以坐標軸為分界線,將問題分為四種情形,即點 N 分別在第一、二、三、四象限,從而將運動的問題靜態化.從形的角度進行分類定格,畫出符合題意的圖形,利用全等三角形得到相等的線段;從數的角度設元,用代數式表示線段的長,利用相等的線段建立方程求點的坐標.這是以形助數,以數解形的典形實例.
2題組生長
要發展學生的思維能力,僅靠一道真題的品析是不夠的,可通過改變問題的條件或結論,以改變學生的思維角度,提升學生的應變能力,鼓勵學生運用多種方法解決同一問題.為此,教師可采用一題多變的形式,讓原題生長,引導學生對知識進行整合,對方法進行遷移,進一步理解問題的本質,提升學生的思考力.
變式如圖5所示,二次函數
的圖象與 x 軸交于 A,B 兩點,交 y 軸于點 c ,點 A(-3,0) ,點 B(1,0) ,在二次函數圖象的對稱軸上任取一點M ,在二次函數圖象上任取一點N ,過點
作直線.

(1)在 x 軸上任取一點 D ,若存在以AC為一邊,以 D,N,A,C 為頂點的平行四邊形,求此時點 N 的坐標.
(2)如圖6所示,在線段 A C 上任取一點 E ,過點E 作 x 軸的垂線 E F ,交二次函數圖象于點 F ,線段
E F 存在最大值嗎?若存在求,其最大值.
(3)在第(2)小題的條件下,在
軸上任取一點 P ,若存在等腰三角形
,求出此時點 P 的坐標.

(4)在二次函數圖象的對稱軸任取一點 M ,若存在直角三角形ACM,求出此時點 M 的坐標.
(5)如圖7所示,過點 c 作 x 軸的平行線交二次函數的圖象于點 H ,在 x 軸上任取一點 G ,若存在以點 A,C,G 為頂點的三角形與 Δ A H C 相似,求出此時點 G 的坐標.

點評:本變式題組是在原題的基礎上繼續生長的新問題,包括是否存在平行四邊形、等腰三角形、直角三角形、相似三角形,以及求線段的最值等,通過增加條件,變化問題,環環相扣,層層深入.學生在解題與思考的過程中,通過思維的碰撞,提升思維的品質,活化數學知識,積累數學活動經驗,提升核心素養.
3復習建議
中考數學復習課中教師既要系統地復習知識點,也要把握中考試題的特征與熱點,通過真題探究與題組生長,關注學生解題的思維過程,及時修補學生思維的漏洞,加強解題后反思,把數學思想方法教學、學科能力的培養與提升真正落到實處.
在二次函數的綜合壓軸試題中,要以形助數,做到有效構圖,根據圖形的性質構造直觀性圖形,從而找到點或線之間的位置關系或數量關系;在分類討論問題時,要分類畫出符合題意的圖形,實現各個擊破,在解完第一種情形后,要運用類比的思想,將解答第一種情形的解題思路嘗試運用到后面的各種情形中,以提高解題效率.
數學家希爾伯特說:“一個問題的解決意味著一系列新問題的誕生,當解題成功時,不要忘記提出新問題,因為還有許多寶藏尚未開發出來.”因此在中考復習的過程中,不能就題論題,要善于變式,讓問題更深入,更寬廣,如本文中的題組生長就是一種行之有效的方法,有利于創造積極探究的學習氛圍,喚醒學生的好奇心與求知欲,加深學生對解題思路的理解,促進學生思維的發展,提升學生核心素養.