从参数到定值,抛物线下的平行四边形存在性探究
我们将含参数的二次函数解析式通常称为动态抛物线,研究这类动态函数图象,需要对二次函数图象与性质有深入的理解,比例开口方向、对称轴、顶点坐标分别由哪些参数决定,它们之间的关系是什么等;而对于几何图形在二次函数背景下的应用,则需要观察它们的特殊点的坐标及特殊边所在直线的解析式,同时还要了解本身具备的几何性质,两方面结合起来,才更容易找到解题的思路。
存在性探究,是近年来全国各地压轴题的一种命题方向,即给定条件,探索此种条件下结论的存在性,基本思路就是在该条件为出发点推导,得到符合的结论。
题目
如图,已知在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=-x² bx c(c>0)的顶点为D,与y轴相交于点C,过点的直线CA与抛物线交于另一点A(点A在对称轴左侧),点B在AC的延长线上,连接OA,OB,DA和DB.
(1)如图1,当AC∥x轴时,
①已知点A的坐标是(-2,1),求抛物线的解析式;
②若四边形AOBD是平行四边形,求证:b²=4c;
(2)如图2,若b=-2,BC/AC=3/5,是否存在这样的点A,使四边形AOBD是平行四边形?若存在,求出点A的坐标;若不存在,请说明理由.
解析:
(1)当AC∥x轴时,请注意此时A、B、C三点纵坐标相同,后面两个结论的证明都会用到它;
①给出A(-2,1),相当于也给出了C(0,1),于是解析式中的参数c=1,再将点A坐标代入y=-x² bx 1中,求出b=-2,于是y=-x²-2x 1;
②和前一小问相比,少了点A坐标,即抛物线解析式不确定,增加了平行四边形AOBD,因此需要对这个几何条件进行解读,仍然注意A、B、C三点纵坐标相同,其中点C(0,c),我们将y=c代入y=-x² bx c中,得到x²-bx=0,解得x1=0,x2=b,所以求出了A(b,c),由抛物线顶点公式写出D(b/2,c b²/4);
对于平行四边形AOBD中对边平行且相等,可以这样来看,点A向右向上平移若干个单位得到点D,同样的,点O向右向上平移相同个单位得到点B,点A与点D纵坐标相差b²/4个单位,因此得到点B纵坐标为b²/4,所以b²/4=c,即b²=4c;
另一种解读则是△ABD和△AOB是一对全等三角形,则它们对应边AB上的高相等,即A、D两点纵坐标的差等于点B纵坐标;
(2)将b=-2代入解析式中,得y=-x²-2x c,而BC:AC=3:5这个条件,可构造一对相似三角形,过点A、B分别向y轴作垂线,如下图:
对于△ACF∽△BCE,它们的相似比是5:3,因此我们在设点A坐标时,不妨利用好这个相似比,设点B横坐标为3t,点A横坐标为-5t,其中t>0;
点A在抛物线上,则A(-5t,-25t² 10t c),再写出顶点D(-1,c 1),和前面解读平行四边形条件的方法类似,从点A到点D,横坐标增加了5t-1,纵坐标增加了25t²-10t 1,因此从点O到点B,应该进行同样的坐标变化,所以B(5t-1,25t²-10t 1),前面我们设点B横坐标为3t,于是3t=5t-1,解得t=1/2,则B(3/2,9/4),A(-5/2,c-5/4);
现在可表示出CE=9/4-c,CF=c-(c-5/4)=5/4,且CE:CF=3:5,列出方程为15/4=5(9/4-c),解得c=3/2,则存在这样的点A(-5/2,1/4);
解题反思
本题解法不止一种,从不同角度看条件,能得到不同思路,这也是命题较为开放的结果,对于这一类问题,含参数的抛物线,一旦参数成为定值,则变成静态图,相对就好处理得多,因此,每个参数究竟对函数图象有什么影响,需要在初学抛物线时,加深对基本图象性质的理解。
对于二次函数的教学,教材中的例题往往都带有扩展性,虽然题目本身很基础,但不影响我们在教学过程中对其进行改编,将数字系数换成参数便是一种变式方法,对于参数,并不需要过于害怕,我们的一般式、顶点式、交点式,都是用参数书写。
关于几何图形在二次函数中的应用,优先考虑其几何性质,再从解析的角度去解释,二者需要结合起来,才能在解题时游刃有余。
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