逆向思维突破函数图象旋转难题
在几何综合题中,遇到旋转变换实属正常,然而,将反比例函数或二次函数图象旋转之后,再进行相关计算或证明,看似超出了初中范畴,但是,若在限定条件下,例如旋转角为特殊角,利用初中阶段的知识,完全能够求解,当然,难度相应的也不低。起码图象就不好画,怎么办呢?
题目
如图1,在平面直角坐标系中有三点A(2,4),B(3,5),P(a,a),将线段AB绕点P顺时针旋转90°得到CD,其中A,B对应点分别为C,D
(1)当a=2时
①在图1中画出线段CD,保留作图痕迹,并直接写出C,D两点的坐标;
②将线段CD向上平移m个单位,点C,D恰好同时落在反比例函数y=k/x的图象上,求m和k的值;
(2)若a=4,将函数y=k/x(x>0)的图象绕点P顺时针旋转90°得到新图象,直线AB与新图象的交点为E,F,则EF的长为________(直接写出结果)。
解析:
(1)①按要求作图,P为旋转中心,依次连接AP和BP,然后过点P分别作它们的垂线,再截取PC=PA,PD=PB即可,如下图2:
由于是直接写出结果,因此可以采用稍加“快捷”的方法。AP=CP=2,且PC与x轴平行,于是C(4,2),比较A与B的坐标,发现横纵坐标分别+1,于是对应的C与D的坐标,横坐标+1纵坐标-1,即可得到D(5,1);
②将上述C,D向上平移m个单位后,分别为C(4,2+m),D(5,1+m),它们均在反比例函数图象上,于是它们横纵坐标之积相等,得到4(2+m)=5(1+m),解得m=3,最后求得k=20;
(2)将双曲线绕点P(4,4)旋转,这个作图难度就不小,即使侥幸作出精确的图形,旋转后的解析式已经超出了初中理解的范畴,如果顺着题目的叙述去思维,已经走入了死胡同。破解的办法就是逆向思维,顺时针旋转双曲线,AB不动,和逆时针旋转AB,双曲线不同,效果是一样的。基于这个思考,我们将AB绕点P逆时针旋转90°,如下图3:
借助第①问的方法,我们很容易得到A'(4,2)和B'(3,3),这样便可求出A'B'的解析式为y=-x+6,再和反比例函数y=4/x联立,可求出交点E,F的横坐标,分别为3+2√5的3-2√5,同时EF与x轴夹角为45°,可构造等腰直角三角形,利用边长关系来求EF=2√10,当然,利用根与系数的关系同样可求出EF=2√10,实在不会变通的,求出它们的纵坐标后再用两点间距离公式也行。
解题反思
如何想到逆向思维?肯定是正向思维遇到无法解决的障碍了,同时,这个所谓无法解决,是真的无法解决,而不是由于个人能力问题导致的无法解决。如果这一点判断失误,即使想到了逆向思维,最终仍然不得要领。
将函数图象进行旋转,哪怕是特殊角90°,依然不是初中生能精确作图的,没有图,再好的思路也出不来。同时,旋转后的函数图象,其解析式也是初中生无法解决的,正由于这两个因素,导致问题无法解决,所以旋转函数图象,遇到了无法克服的障碍。
好在这道题目是相对运动,函数动,直线AB不动,既然函数不能动,那么只好直线AB动,而且要反方向动,因此才想到将直线AB绕点P逆时针旋转90°,剩下的问题就简单多了。
逆向思维,一窍难得。 https://t.cn/zQ1HyUv
在几何综合题中,遇到旋转变换实属正常,然而,将反比例函数或二次函数图象旋转之后,再进行相关计算或证明,看似超出了初中范畴,但是,若在限定条件下,例如旋转角为特殊角,利用初中阶段的知识,完全能够求解,当然,难度相应的也不低。起码图象就不好画,怎么办呢?
题目
如图1,在平面直角坐标系中有三点A(2,4),B(3,5),P(a,a),将线段AB绕点P顺时针旋转90°得到CD,其中A,B对应点分别为C,D
(1)当a=2时
①在图1中画出线段CD,保留作图痕迹,并直接写出C,D两点的坐标;
②将线段CD向上平移m个单位,点C,D恰好同时落在反比例函数y=k/x的图象上,求m和k的值;
(2)若a=4,将函数y=k/x(x>0)的图象绕点P顺时针旋转90°得到新图象,直线AB与新图象的交点为E,F,则EF的长为________(直接写出结果)。
解析:
(1)①按要求作图,P为旋转中心,依次连接AP和BP,然后过点P分别作它们的垂线,再截取PC=PA,PD=PB即可,如下图2:
由于是直接写出结果,因此可以采用稍加“快捷”的方法。AP=CP=2,且PC与x轴平行,于是C(4,2),比较A与B的坐标,发现横纵坐标分别+1,于是对应的C与D的坐标,横坐标+1纵坐标-1,即可得到D(5,1);
②将上述C,D向上平移m个单位后,分别为C(4,2+m),D(5,1+m),它们均在反比例函数图象上,于是它们横纵坐标之积相等,得到4(2+m)=5(1+m),解得m=3,最后求得k=20;
(2)将双曲线绕点P(4,4)旋转,这个作图难度就不小,即使侥幸作出精确的图形,旋转后的解析式已经超出了初中理解的范畴,如果顺着题目的叙述去思维,已经走入了死胡同。破解的办法就是逆向思维,顺时针旋转双曲线,AB不动,和逆时针旋转AB,双曲线不同,效果是一样的。基于这个思考,我们将AB绕点P逆时针旋转90°,如下图3:
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解题反思
如何想到逆向思维?肯定是正向思维遇到无法解决的障碍了,同时,这个所谓无法解决,是真的无法解决,而不是由于个人能力问题导致的无法解决。如果这一点判断失误,即使想到了逆向思维,最终仍然不得要领。
将函数图象进行旋转,哪怕是特殊角90°,依然不是初中生能精确作图的,没有图,再好的思路也出不来。同时,旋转后的函数图象,其解析式也是初中生无法解决的,正由于这两个因素,导致问题无法解决,所以旋转函数图象,遇到了无法克服的障碍。
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昨日研究成果:可能是史上最难的中考数学小题——2016天津18题网格作图题。之所以说最难,不仅仅让人做不出(容易做到),而且让人看着答案也看不懂。最大难点:P,Q位置的确定,以及证明PQ⊥BC。我学了两种任意三角形作AP=PQ=QB尺规作图的方法,但对此题无用,因为是确定图形加上没有圆规。我查阅了百度能搜到的一些此题解析文章(见图2图3),基本都是建系设双未知数勾股解方程来确定,过于麻烦(虽然足够精确而且理直气壮不是靠猜),对学生来说,基本没有实用价值。参考一些有用的思路,我发现了一个单未知数单方程确定位置和垂直的方法(A点、B点、1:2是关键点,后来发现文章中间有类似做法,遗憾的是没有发现纯粹的几何法,大概因为原题中的垂直来自刻意的数据带来的巧合,本质可看成弦图全等或者中点型一线三等角相似但无法证明),在此基础上用几何性质解释标准答案的做法就非常easy,无需坐标系、进一步的计算与刻意的构造了。
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差一分也是差,差一百分也是差。
能做的就是分享经验吧~
期待你们明年可以实现梦想。
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