代数计算及通过代数计算进行说理问题 课前导学 计算说理是通过计算得到结论;说理计算侧重说理,说理之后进行代入求值. 压轴题中的代数计算题,主要是函数类题. 函数计算题必考的是待定系数法求函数的解析式,按照设、列、解、验、答五步完成,一般来说,解析式中待定几个字母,就要代入几个点的坐标. 还有一类计算题,就是从特殊到一般,通过计算寻找规律. 代数计算和说理较多的一类题目,是确定直线与抛物线的交点个数.联立直线和抛物线的解析式组成方程组,消去y,得到关于x的一元二次方程,然后根据∆确定交点的个数. 我们介绍一下求函数图像交点坐标的几何方法. 如图1,已知直线y=x+1与x轴交于点A,抛物线y=x2-2x-3与直线y=x+1交于A、B两点,求点B的坐标的代数方法,就是联立方程组,方程组的一个解是点A的坐标,另一个解计算点的坐标. 几何法是这样的:设直线AB与y轴分别交于C,那么tan∠AOC=1. 作BE⊥x轴于E,那么.设B(x, x2-2x-3),于是. 请注意,这个分式的分子因式分解后,.这个分式能不能约分,为什么? 因为x=-1的几何意义是点A,由于点B与点A不重合,所以x≠-1,因此约分以后就是x-3=1. 这样的题目一般都是这样,已知一个交点求另一个交点,经过约分,直接化为一元一次方程,很简便. 图1 例1 2014年湖南省长沙市中考第25题 在平面直角坐标系中,我们不妨把横坐标和纵坐标相等的点叫“梦之点”,例如点(1,1),(-2,-2),,…,都是“梦之点”,显然“梦之点”有无数个. (1)若点P(2, m)是反比例函数(n为常数,n≠0)的图象上的“梦之点”,求这个反比例函数的解析式; (2)函数y=3kx+s-1(k、s为常数)的图象上存在“梦之点”吗?若存在,请求出“梦之点”的坐标,若不存在,说明理由; (3)若二次函数y=ax2+bx+1(a、b是常数,a>0)的图象上存在两个“梦之点”A(x1,x1)、B(x2, x2),且满足-2<x1<2,| x1-x2|=2,令,试求t的取值范围. 动感体验 请打开几何画板文件名“14长沙25”,拖动y轴正半轴上表示实数a的点,可以体验到,A、B两点位于y轴同侧,A、B两点间的水平距离、竖直距离都是2,并且对于同一个a,有两个对应的b和b′,但是t随b、t随b′变化时对应的t的值保持相等. 思路点拨 1.“梦之点”都在直线y=x上. 2.第(2)题就是讨论两条直线的位置关系,分重合、平行和相交三种情况. 3.第(3)题放弃了也是明智的选择.求t关于b的二次函数的最值,b的取值范围由“梦之点”、-2<x1<2和| x1-x2|=2三个条件决定,而且-2<x1<2还要分两段讨论. 图文解析 (1)因为点P(2, m)是“梦之点”,所以P(2, 2).所以. (2)“梦之点”一定在直线y=x上,直线y=3kx+s-1与直线y=x的位置关系有重合、平行、相交. 图1 图2 图3 ①如图1,当直线y=3kx+s-1与直线y=x重合时,有无数个“梦之点”.此时k=,s=1. ②如图2,当直线y=3kx+s-1与直线y=x平行时,没有“梦之点”.此时k=,s≠1. ③如图3,当直线y=3kx+s-1与直线y=x相交时,有1个“梦之点”. 此时k≠,“梦之点”的坐标为. (3)因为A(x1,x1)、B(x2,x2)两点是抛物线与直线y=x的交点,联立y=ax2+bx+1和 y=x,消去y,整理,得ax2+(b-1)x+1=0. 所以x1x2=>0.所以A、B两点在y轴的同侧. 如图4,由| x1-x2|=2,可知A、B两点间的水平距离、竖直距离都是2. 已知-2<x1<2,我们分两种情况来探求a的取值范围: ①当A、B两点在y轴右侧时,0<x1<2,2<x2<4.所以0<x1x2<8. ②当A、B两点在y轴左侧时,-2<x1<0,-4<x2<-2.所以0<x1x2<8. 综合①、②,不论0<x1<2或-2<x1<0,都有0<x1x2<8. 所以0<<8.所以a>. 由ax2+(b-1)x+1=0,得x1+x2=,x1x2=. 由| x1-x2|=2,得(x1-x2)2=4.所以(x1+x2)2-4x1x2=4. 所以.整理,得. 所以===. 如图5,这条抛物线的开口向上,对称轴是直线,在对称轴右侧,t随a的增大而增大.因此当时,t取得最小值,t==. 所以t的取值范围是t>. 图4 图5 考点伸展 第(3)题我们也可以这样来讨论: 一方面,由| x1-x2|=2,得(x1-x2)2=4.所以(x1+x2)2-4x1x2=4. 所以.整理,得. 另一方面,由f(2)>0,f(-2)<0,得f(2)f(-2)<0. 所以<0. 所以==<0.所以a>. 例2 2014年湖南省怀化市中考第23题 设m是不小于-1的实数,使得关于x的方程x2+2(m-2)x+m2-3m+3=0有两个不相等的实数根x1,x2. (1)若,求的值; (2)求的最大值. 动感体验 请打开几何画板文件名“14怀化23”,拖动x轴上表示实数m的点运动,可以体验到,当m小于1时,抛物线与x轴有两点交点A、B.观察点D随m运动变化的图像,可以体验到,当m=-1时,点D到达最高点. 思路点拨 1.先确定m的取值范围,由两个条件决定. 2.由根与系数的关系,把第(1)题的已知条件转化为关于m的方程. 3.第(2)题首先是繁琐的式子变形,把m提取出来,可以使得过程简便一点. 图文解析 (1)因为方程x2+2(m-2)x+m2-3m+3=0有两个不相等的实数根,所以∆>0. 由∆=4(m-2)2-4(m2-3m+3)=-4m+4>0,得m<1. 又已知m是不小于-1的实数,所以-1≤m<1. 由根与系数的关系,得,. 若,那么.所以. 整理,得.解得,或(舍去). 所以.所以==. (2)== == == ==. 所以当m=-1时,它有最大值,最大值为3(如图1所示). 图1 考点伸展 当m变化时,抛物线y=x2+2(m-2)x+m2-3m+3=0的顶点的运动轨迹是什么? 因为抛物线的对称轴是直线x=-(m-2),所以抛物线的顶点的纵坐标 y=(m-2)2-2(m-2)2+m2-3m+3=m-1. 因为x+y=-(m-2)+m-1=1为定值,所以y=-x+1. 也就是说,抛物线的顶点(x, y)的运动轨迹是直线y=-x+1(如图2所示). 图2 例3 2014年湖南省湘潭市中考第26题 如图1,已知二次函数y=-x2+bx+c的对称轴为x=2,且经过原点,直线AC的解析式为y=kx+4,直线AC与y轴交于点A,与二次函数的图象交于B、C两点. (1)求二次函数解析式; (2)若,求k的值; (3)若以BC为直径的圆经过原点,求k的值. 图1 动感体验 请打开几何画板文件名“14湘潭26”,拖动点C在抛物线上运动,可以体验到,当以BC为直径的圆经过原点时,△BMO∽△ONC. 思路点拨 1.第(2)题先将面积比转化为AB与BC的比,进而转化为B、C两点的横坐标的比. 2.第(2)题可以用直线的解析式表示B、C两点的坐标,再代入抛物线的解析式列方程组;也可以用抛物线的解析式表示B、C两点的坐标,再代入直线的解析式列方程组. 3.第(3)题先联立抛物线与直线,根据一元二次方程根与系数的关系,得到B、C两点的横坐标的和与积,再构造相似三角形列方程. 图文解析 (1)因为原点O关于直线x=2的对称点为(4, 0),所以抛物线y=-x2+bx+c的解析式为y=-x(x-4)=-x2+4x. (2)如图2,因为,所以.设xB=m,那么xC=4m. 将点B(m,km+4)、C(4m, 4km+4)分别代入y=-x(x-4),得 ①-②÷4,整理,得m2=1.所以m=1. 将m=1代入①,得k+4=3.解得k=-1.此时点C落在x轴上(如图3). (3)因为B、C是直线y=kx+4与抛物线的交点,设B(x1,kx1+4),C(x2,kx2+4). 联立y=-x2+4x和y=kx+4,消去y,整理,得x2+(k-4)x+4=0. 所以x1+x2=4-k,x1x2=4. 如图5,若以BC为直径的圆经过原点,那么∠BOC=90°. 作BM⊥y轴,CN⊥y轴,垂足分别为M、N,那么△BMO∽△ONC. 根据,得. 所以. 将x1+x2=4-k,x1x2=4代入,得.解得. 图2 图3 图4 考点伸展 第(2)题也可以先用抛物线的解析式设点B、C的坐标,再代入直线的解析式列方程组. 将点B(m,-m2+4m)、C(4m,-16m2+16m)分别代入y=kx+4,得 ①×4-②,得12m2=12.所以m=1. 将m=1代入①,得3=k+4.解得k=-1. 例4 2014年湖南省株洲市中考第24题 已知抛物线和直线. (1)求证:无论k取何实数值,抛物线与x轴有两个不同的交点; (2)抛物线与x轴交于A、B两点,直线与x轴交于点C,设A、B、C三点的横坐标分别是x1、x2、x3,求x1·x2·x3的最大值; (3)如果抛物线与x轴的两个交点A、B在原点的右边,直线与x轴的交点C在原点的左边,又抛物线、直线分别交y轴于点D、E,直线AD交直线CE于点G(如图1),且CA·GE=CG·AB,求抛物线的解析式. 图1 动感体验 请打开几何画板文件名“14株洲24”,拖动y轴上表示实数k的点运动,可以体验到,抛物线与x轴总是有两个交点.观察x1·x2·x3随k变化的函数图像,可以体验到,x1·x2·x3是k的二次函数.还可以体验到,存在一个正数k,使得AD与BE平行. 思路点拨 1.两个解析式像庞然大物,其实第(1)题的语境非常熟悉,走走看,豁然开朗. 2.第(2)题x1·x2·x3的最小值由哪个自变量决定呢?当然是k了.所以先求x1·x2·x3关于k的函数关系式,就明白下一步该怎么办了.x1·x2由根与系数的关系得到,x3就是点C的横坐标. 3.第(3)题的等积式转化为比例式,就得到AD//BE.由此根据OD∶OA=OE∶OB列方程,再结合根与系数的关系化简.还是走走看,柳暗花明. 图文解析 (1)因为>0,所以无论k取何实数值,抛物线与x轴有两个不同的交点. (2)由,得C(-(k+1), 0).所以x3=-(k+1). 由根与系数的关系,得x1·x2=. 所以x1·x2·x3==. 因此当时,x1·x2·x3取得最大值,最大值==. (3)如图2,由CA·GE=CG·AB,得. 所以AG//BE,即AD//BE. 所以,即.所以.所以. 所以x2=k+1,或-k-1(舍). 又因为x1+x2=k+2,所以x1=1,即A(1, 0). 再将点A(1, 0)代入,得. 解得k=2.所以抛物线的解析式为y=x2-4x+3. 图2 图3 考点伸展 把第(3)题中的条件“CA·GE=CG·AB”改为“EC=EB”,其他条件不变,那么抛物线的解析式是怎样的呢? 如图3,因为点E在y轴上,当EC=EB时,B、C两点关于y轴对称,所以B(k+1, 0). 将点B(k+1, 0)代入,得. 解得k=2.所以抛物线的解析式为y=x2-4x+3. |
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