對(duì)一道幾何綜合題的突破與探討

朱莉

[摘 ?要] 幾何與函數(shù)是初中數(shù)學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，而在實(shí)際考查時(shí)常從知識(shí)綜合的角度命題，幾何綜合中函數(shù)解析式的求解是較為經(jīng)典的問題，該類題的突破不僅需要具備相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)，還需要掌握一定的構(gòu)建策略. 文章對(duì)一道幾何綜合題開展解法探究，并深入探討幾何中函數(shù)解析式的構(gòu)建策略，與讀者交流學(xué)習(xí).

[關(guān)鍵詞] 幾何;綜合;函數(shù);解析式;三角形相似;勾股定理

對(duì)一道幾何綜合題的思路突破

問題 ?一直角三角形紙板ABO放置在平面直角坐標(biāo)系中，三頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為A（ ，0），B（0，1），C（0，0）. 點(diǎn)M是邊OA上不與點(diǎn)O和A相重合的一個(gè)動(dòng)點(diǎn)，過點(diǎn)M作AB的垂線，垂足為點(diǎn)N，沿著MN折疊紙板，頂點(diǎn)A的對(duì)應(yīng)點(diǎn)為點(diǎn)A′，設(shè)OM=m，折疊后△AMN與四邊形OMNB重疊部分的面積為S.

（1）如圖1所示，若點(diǎn)A′與三角形紙板的頂點(diǎn)B重合，試求此時(shí)點(diǎn)M的坐標(biāo);

（2）如圖2所示，若點(diǎn)A′落在坐標(biāo)系的第二象限，A′M與y軸的交點(diǎn)為C，試求S與m的函數(shù)關(guān)系式.

解析 ?本題為一次函數(shù)與幾何相結(jié)合的綜合題，以折疊為背景研究相應(yīng)的幾何問題，聯(lián)立函數(shù)性質(zhì)與幾何知識(shí)即可求解.

（1）該問設(shè)定點(diǎn)A折疊后的重合點(diǎn)為B，分析可知點(diǎn)A關(guān)于折痕MN的對(duì)稱點(diǎn)為點(diǎn)B，點(diǎn)M位于x軸上，因此求點(diǎn)M的坐標(biāo)只需求線段OM的長(zhǎng)即可，而OM屬于Rt△MOB的一邊，可以利用直角三角形的性質(zhì)，具體如下.

根據(jù)三角形紙板的頂點(diǎn)坐標(biāo)可知OA= ，OB=1，由OM=m可得AM= -m. 根據(jù)折疊性質(zhì)可證△BMN≌△AMN，所以BM=AM= -m. 在Rt△MOB中使用勾股定理，則有BM2=OB2+OM2，代入可解得m= ，即OM=m= ，所以點(diǎn)M的坐標(biāo)為 ，0.

（2）該問中點(diǎn)A′落在了第二象限，顯然問題（1）中的情形可提煉為臨界條件，即點(diǎn)A′落在坐標(biāo)系的第二象限的限制條件為0

四邊形BCMN屬于Rt△ABO內(nèi)的一部分，利用MC和MN來分割圖形，即S=S -S -S ，其中S = ·AO·BO= ，S = ·AN·MN，S = ·OM·CO. 而AN=AM·cos∠OAB= ?-m，CO=OM·tan∠A′MO= m，所以S = ?-m2，S = m2，則S=S -S -S =

評(píng)析 ?上述屬于以折疊為背景的幾何綜合題，題目的兩問均是基于折疊落點(diǎn)開展的幾何探究. 其中第（2）問求函數(shù)解析式是結(jié)合了直角坐標(biāo)系的幾何綜合題，也是中考對(duì)該部分內(nèi)容的重要考查方式. 上述在求解函數(shù)解析式時(shí)采用了面積構(gòu)造的策略，即通過面積割補(bǔ)的方式將問題轉(zhuǎn)化為求規(guī)則圖形的面積，然后利用面積公式建立起線段變量與面積變量之間的關(guān)聯(lián).

對(duì)函數(shù)解析式構(gòu)造策略的探討

幾何綜合中求函數(shù)解析式的情形十分常見，能夠同時(shí)考查學(xué)生對(duì)幾何與函數(shù)知識(shí)的掌握情況，以及處理綜合題的能力. 上述在構(gòu)建函數(shù)解析式時(shí)采用的是幾何面積構(gòu)造策略，實(shí)際上求幾何圖形中函數(shù)解析式的方法是多種多樣的，還可以使用比例線段、勾股定理等方法策略，下面結(jié)合實(shí)例具體探討.

1. 構(gòu)建策略一：應(yīng)用“比例線段”

在幾何綜合題中應(yīng)用“比例線段”建立函數(shù)解析式，通常依托的是相關(guān)的幾何性質(zhì)或常用模型，例如相似三角形的對(duì)應(yīng)線段比、三角比性質(zhì)、A字形模型、8字形模型等. 在解析問題時(shí)首先根據(jù)題干條件來提煉特殊關(guān)系或特殊圖形，然后從中提煉比例線段，代入幾何量建立函數(shù)解析式.

例1 ?如圖3所示，△ABC中，∠ABC=90°，AB=4，BC=3，點(diǎn)O是邊AC上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn). 現(xiàn)以點(diǎn)O為圓心作圓，與AB恰好有切點(diǎn)，且切點(diǎn)為D，與OC的交點(diǎn)為點(diǎn)E，再作EP⊥ED，與AB相交于點(diǎn)P，與CB的延長(zhǎng)線交于點(diǎn)F，試回答下列問題.

（1）試求證△ADE∽△AEP;

（2）設(shè)OA的長(zhǎng)為x，AP的長(zhǎng)為y，試求y與x的函數(shù)解析式.

解析 ?（1）連接OD，可證∠ODE=∠OED，從而有∠EDA=∠PEA，結(jié)合∠A=∠A可證△ADE∽△AEP.

（2）該問求y與x的函數(shù)解析式，由于x與y均表示線段長(zhǎng)，因此實(shí)際上就是求線段之間的關(guān)系，圖形中存在相似三角形，可以利用相似三角形來建立比例式，從而完成函數(shù)解析式的構(gòu)建.

OD與BC相平行，分析可知△ABC∽△ADO，進(jìn)而可得 = ，代入線段長(zhǎng)可得OD= x，同理可得AD= x. 由（1）問的三角形相似的性質(zhì)可得 = ，則 = ，即 xy= x2，可解得y= x（x>0），即y與x的函數(shù)解析式為y= x，其中x>0.

評(píng)析 ?上述幾何綜合題的第（2）問求兩線段之間的函數(shù)解析式，求解時(shí)利用幾何圖形中的“比例線段”完成了構(gòu)建，即首先求證三角形相似，然后利用相似三角形對(duì)應(yīng)邊的性質(zhì)建立比例式，并結(jié)合題干條件確立了變量的取值范圍.

構(gòu)建策略二：應(yīng)用“勾股定理”

勾股定理可以充分表示直角三角形中三邊長(zhǎng)的關(guān)系，實(shí)際上也可用勾股定理來構(gòu)建幾何綜合中的函數(shù)解析式. 直角三角形的顯著特征是其中的一個(gè)內(nèi)角為90°，而在幾何綜合中還可利用圓的切線、圓周角特性以及垂徑定理等來確立直角三角形.

例2 ?如圖4所示，在Rt△ABC中，∠A=30°，∠B=90°，AB=2. 點(diǎn)D是邊BC上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn)，現(xiàn)作AD的垂直平分線，與AB和AC分別相交于點(diǎn)E和F，而EF與AD的交點(diǎn)為點(diǎn)O，先回答下列問題.

（1）設(shè)BD=x，AE=y，試求y關(guān)于x的函數(shù)解析式.

（2）試分析是否存在x，使得四邊形AEDF為菱形？若存在，求出x的值;若不存在，請(qǐng)說明理由.

解析 ?（1）本題目中含有眾多的直角三角形，求兩個(gè)變量x與y的函數(shù)關(guān)系，可以將其集中到一個(gè)直角三角形中，利用直角三角形的勾股定理建立函數(shù)解析式.

由于EF是線段AD的中垂線，則AE=DE=y. 在Rt△BDE中，BD=x，BE=2-y，由勾股定理可得BD2+BE2=DE2，即x2+（2-y）2=y2，整理可得y= x2+1. 而在Rt△ABC中，∠BAC=30°，AB=2，則BC= ?，分析可知x的取值范圍為0

（2）略.

評(píng)析 ?上述考題求解幾何綜合題中兩條線段之間的函數(shù)關(guān)系，圖中的直角三角形是解題突破的基礎(chǔ)，其中的勾股定理廣泛應(yīng)用于與線段相關(guān)的函數(shù)解析式構(gòu)建，因此在解析該類型問題時(shí)需要關(guān)注其中的特殊圖形，提煉直角，構(gòu)建模型.

對(duì)問題突破的教學(xué)思考

上述展示了幾何綜合中函數(shù)解析式的不同求法，實(shí)際上是對(duì)幾何與函數(shù)知識(shí)的綜合應(yīng)用，在實(shí)際解析時(shí)需要積累相應(yīng)的知識(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)掌握不同題型的解題策略，下面提出幾點(diǎn)教學(xué)建議.

1. 剖析問題本質(zhì)，積累知識(shí)基礎(chǔ)

幾何中函數(shù)解析式的求解屬于幾何與函數(shù)的綜合問題，從上述三道考題的突破過程來看，運(yùn)用到了圖形提煉、模型構(gòu)建和數(shù)式轉(zhuǎn)化，涉及幾何、函數(shù)兩大模塊的知識(shí)內(nèi)容. 上述綜合題突破的基礎(chǔ)是掌握幾何性質(zhì)和函數(shù)解析式等基本內(nèi)容，因此，在實(shí)際教學(xué)中需要教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注教材的基本內(nèi)容，強(qiáng)化圖形分析、解析式構(gòu)建等基本技巧，為后續(xù)求解綜合問題做鋪墊.

2. 學(xué)習(xí)數(shù)形結(jié)合，深入轉(zhuǎn)化問題

幾何圖形中求函數(shù)的解析式是中學(xué)數(shù)學(xué)的常見問題，該類問題的突破過程一般分為兩步：一是分析幾何圖形，構(gòu)建相關(guān)模型;二是基于問題模型，求解函數(shù)解析式. 而數(shù)形結(jié)合有助于挖掘題目中的隱含條件，獲得解題突破口，實(shí)現(xiàn)幾何問題向代數(shù)轉(zhuǎn)化. 教師在教學(xué)中可以立足數(shù)形結(jié)合方法，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)數(shù)形對(duì)照、數(shù)形轉(zhuǎn)化的解題過程，逐步掌握該方法的解題內(nèi)涵.

3. 滲透數(shù)學(xué)思想，提升解題思維

幾何綜合題的突破過程是基礎(chǔ)知識(shí)和解題方法的融合，其解題思路是在眾多數(shù)學(xué)思想的指導(dǎo)下完成構(gòu)建的. 以上述例1為例，通過數(shù)形分析提煉出其中的相似三角形，然后利用對(duì)應(yīng)性質(zhì)構(gòu)建了比例模型，最后代入條件將問題轉(zhuǎn)化為函數(shù)解析式，其中用到了數(shù)形結(jié)合思想、模型思想和化歸轉(zhuǎn)化思想，這些數(shù)學(xué)思想是解法的精華所在，也是教學(xué)中需要重點(diǎn)講解的內(nèi)容. 對(duì)于學(xué)生而言，數(shù)學(xué)思想較為抽象，教學(xué)中可以借助教材內(nèi)容，例如在函數(shù)圖像教學(xué)中滲透數(shù)形結(jié)合思想，幾何教學(xué)中滲透模型思想，使學(xué)生感悟思想方法對(duì)解題的意義，逐步提升學(xué)生的解題思維.

寫在最后

對(duì)于幾何綜合中的函數(shù)解析式問題，需要根據(jù)問題條件和圖形特點(diǎn)來選取合理的構(gòu)建策略，充分利用數(shù)形結(jié)合的分析方法，挖掘隱含條件，構(gòu)建幾何關(guān)聯(lián). 教學(xué)中需引導(dǎo)學(xué)生強(qiáng)化基礎(chǔ)知識(shí)，構(gòu)建完善的知識(shí)體系，掌握相應(yīng)的解題策略，逐步提升整體素養(yǎng).