中考几何定值热点问题分类例谈

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  动态题是近年来中考的的一个热点问题,动态包括点动、线动和面动三大类,解这类题目要“以静制动”,即把动态问题,变为静态问题来解,而静态问题又是动态问题的特殊情况。常见的题型包括最值问题、面积问题、和差问题、定值问题和存在性问题等。本文结合部分2012年中考试题对中考中的热点定值问题进行分类例析.
  一、 线段(和差)为定值问题:
  例1 (2012·黑龙江绥化中考)如图,点E是矩形ABCD的对角线BD上的一点,且BE=BC,AB=3,BC=4,点P为直线EC上的一点,且PQ⊥BC于点Q,PR⊥BD于点R.
  (1) 如图1,当点P为线段EC中点时,易证:PR+PQ=(不需证明).
  (2) 如图2,当点P为线段EC上的任意一点(不与点E、点C重合)时,其它条件不变,则(1)中的结论是否仍然成立?若成立,请给予证明;若不成立,请说明理由.
  (3) 如图3,当点P为线段EC延长线上的任意一点时,其它条件不变,则PR与PQ之间又具有怎样的数量关系?请直接写出你的猜想.
  分析 (2)连接BP,过C点作CK⊥BD于点K.根据矩形的性质及勾股定理求出BD的长,根据三角形面积相等可求出CK的长,最后通过等量代换即可证明.
  (3) 图3中的结论是PR-PQ=125 .
  连接BP,S-S=S,S△BEC 是固定值,BE=BC为两个底,PR,PQ分别为高,从而PR-PQ=.
  解 (2)图2中结论PR+PQ=仍成立.证明如下:
  连接BP,过C点作CK⊥BD于点K.
  ∵四边形ABCD为矩形,∴∠BCD=90°.
  又∵CD=AB=3,BC=4,∴BD===5.
  ∵ S△BCD=BC·CD=BD·CK,∴3×4=5CK,∴CK=.
  ∵S△BCE=BE·CK,S△BEP=PR·BE,S△BCP=PQ·BC,且S△BCE=S△BEP+S△BCP,
  ∴BE·CK=PR·BE+PQ·BC.
  又∵BE=BC,∴CK=PR+PQ.∴CK=PR+PQ.
  又∵CK=,∴PR+PQ=.
  (3) 图3中的结论是PR-PQ=.
  二、 面积(和差)为定值问题:
  例2 (2012·四川自贡中考)如图4所示,在菱形ABCD中,AB=4,∠BAD=120°,△AEF为正三角形,点E、F分别在菱形的边BC.CD上滑动,且E、F不与B.C.D重合.
  (1) 证明不论E、F在BC.CD上如何滑动,总有BE=CF;
  (2) 当点E、F在BC.CD上滑动时,分别探讨四边形AECF和△CEF的面积是否发生变化?如果不变,求出这个定值;如果变化,求出最大(或最小)值.
  分析 (1)先求证AB=AC,进而求证△ABC、△ACD为等边三角形,得∠ACF =60°,AC=AB,从而求证△ABE≌△ACF,即可求得BE=CF.
  (2) 由△ABE≌△ACF可得S△ABE=S△ACF,故根据SAECF=S△AEC+S△ACF=S△AEC+S△ABE=S△ABC即可得四边形AECF的面积是定值.当正三角形AEF的边AE与BC垂直时,边AE最短.△AEF的面积会随着AE的变化而变化,且当AE最短时,正三角形AEF的面积会最小,根据S△CEF=SAECF-S△AEF,则△CEF的面积就会最大.
  (1) 证明:如图,连接AC
  ∵四边形ABCD为菱形,∠BAD=120°,∠BAE+∠EAC=60°,∠FAC+∠EAC=60°,∴∠BAE=∠FAC.
  ∵∠BAD=120°,∴∠ABF=60°.∴△ABC和△ACD为等边三角形.
  ∴∠ACF=60°,AC=AB.∴∠ABE=∠AFC.
  ∴在△ABE和△ACF中,∵∠BAE=∠FAC,AB=AC,∠ABE=∠AFC,
  ∴△ABE≌△ACF(ASA).∴BE=CF.
  (2) 四边形AECF的面积不变,△CEF的面积发生变化.理由如下:
  由(1)得△ABE≌△ACF,则S△ABE=S△ACF.
  ∴SAECF=S△AEC+S△ACF=S△AEC+S△ABE=S△ABC,是定值.
  如图5,作AH⊥BC于H点,则BH=2,
  SAECF=S△ABC=·BC·AH=BC=4.
  由“垂线段最短”可知:当正三角形AEF的边AE与BC垂直时,边AE最短.
  故△AEF的面积会随着AE的变化而变化,且当AE最短时,正三角形AEF的面积会最小,
  又S△CEF=SAECF-S△AEF,则此时△CEF的面积就会最大.
  ∴S△CEF=SAECF-S△AEF=4-·2·=.
  ∴△CEF的面积的最大值是.
  点评 主要考查了菱形的性质,等边三角形的判定和性质,全等三角形的判定和性质,勾股定理,垂直线段的性质.
  三、 其它定值问题:
  例3 (2012·山东淄博中考)如图,将正方形对折后展开(图④是连续两次对折后再展开),再按图示方法折叠,能够得到一个直角三角形,且它的一条直角边等于斜边的一半.这样的图形有( )
  (A) 4个(B) 3个 (C) 2个 (D) 1个
  解析 如图,图①中,∠ABC=∠ABD<×45°<∠DBE,即∠ABC<22.5°.
  根据含30度角的直角三角形中30度角所对的直角边是斜边的一半的性质,CD≠BC.
  图②中,由折叠的性质,∠ABC=∠ABF,EC∥FB,   ∴∠ABC=∠ABF=∠ADE=∠BDC.∴BC=DC.
  又∵由正方形对折的性质和平行线的性质,知AD=BD,
  ∴根据直角三角形斜边上中线的性质,得DC=AB,即BC=AB.
  满足它的一条直角边等于斜边的一半.
  图③中,由正方形对折的性质,它的一条直角边等于另一条直角边的一半,不可能再有一条直角边等于斜边的一半.
  图④中,由正方形折叠的性质和平行线的性质,知AB=CB,AB=2BD,∠ABE=∠CBE,
  ∴BC=2BD.∴∠BCD=30°.∴∠CBD=60°.
  ∵∠ABE+∠CBE+∠CBD=180°.∴∠ABE =60°.∴∠AEB =30°.
  ∴AB=BE.满足它的一条直角边等于斜边的一半.
  综上所述,这样的图形有2个.故选C.
  点评 本题综合考查正方形的性质,折叠的性质,含30度角的直角三角形的性质,平行的性质,等腰三角形的判定,直角三角形斜边上中线的性质,三角形内角和定理.
  例4 (2012·四川年成都中考) 如图6,在平面直角坐标系xOy中,一次函数y=x+m(为常数)的图象与x轴交于点A(-3,0),与y轴交于点C.以直线x=1为对称轴的抛物线y=ax2+bx+c(a,b,c为常数,且a≠0)经过A,C两点,并与x轴的正半轴交于点B.
  (1) 求m的值及抛物线的函数表达式;
  (2) 设E是y轴右侧抛物线上一点,过点E作直线AC的平行线交x轴于点F.是否存在这样的点E,使得以A,C,E,F为顶点的四边形是平行四边形?若存在,求出点E的坐标及相应的平行四边形的面积;若不存在,请说明理由;
  (3) 若P是抛物线对称轴上使△ACP的周长取得最小值的点,过点P任意作一条与y轴不平行的直线交抛物线于M1(x1,y1),M2(x2,y2)两点,试探究是否为定值,并写出探究过程.
  分析 (1)把点A的坐标代入y=x+m即可求出m的值.由抛物线的对称轴和点A的坐标可得抛物线与x轴另一交点B的坐标,从而设抛物线的交点式,由点C在抛物线求出待定系数得到抛物线解析式.
  (2) 分点E在x轴上方和下方两种情况讨论即可.
  (3) 设出M1M2的解析式,与抛物线联立,根据一元二次方程根与系数的关系得M1、M2两点坐标的关系:x1+x2=2-4k,x1x2=-4k-3,y1=kx1+3-k,y2=kx2+3-k, y1-y2=k(x1-x2).由勾股定理表示出M1M2、M1P和M2P,化简即可求证.
  解:(1) ∵y=x+m经过点(-3,0),∴-+m=0,解得m=.
  ∴直线解析式为y=x+.
  令x=0,得y=.∴C(0,).
  ∵抛物线y=ax2+bx+c对称轴为x=1,且与x轴交于A(-3,0),∴另一交点为B(5,0).
  设抛物线解析式为y=a(x+3)(x-5),
  ∵抛物线经过C(0,),∴=a·3(-5),解得a=-.
  ∴抛物线解析式为y= -(x+3)(x-5),即y=-x2+x+.
  (2)假设存在点E使得以A、C、E、F为顶点的四边形是平行四边形,
  则AC∥EF且AC=EF,如图7.
  (i) 当点E在点E位置时,过点E作EG⊥x轴于点G,
  ∵AC∥EF,∴∠CAO=∠EFG。
  又∵∠COA=∠EOF=90°,AC=EF,∴△CAO≌△EFG(AAS)。
  ∴EG=CO=,即y=。∴=-x+xE+,
  解得x=2(x=0与C点重合,舍去)。∴E(2,),SACEF=。
  (ii) 当点E在点E′位置时,过点E′作E′G′⊥x轴于点G′,
  同理可求得E′(+1,-),SACE′F′=。
  (3) 要使△ACP的周长最小,只需AP+CP最小即可。
  如图8,连接BC交x=1于P点,因为点A、B关于x=1对称,根据轴对称性质以及两点之间线段最短,可知此时AP+CP最小(AP+CP最小值为线段BC的长度)。
  ∵B(5,0),C(0,),∴直线BC解析式为y=-x+。
  ∵x=1,∴y=3,即P(1,3)。
  令经过点P(1,3)的直线为y=kx+3-k,
  联立得x2+(4k-2)x-4k-3=0,
  ∴x1+x2=2-4k,x1x2=-4k-3。
  ∵y1=kx1+3-k,y2=kx2+3-k,∴y1-y2=k(x1-x2)。
  根据勾股定理得:
  M1M===
  ===4(1+k2),
  M1P===,
  M2P===。
  ∴M1P·M2P=(1+k2)=(1+k2)=4(1+k2)
  ∴M1P·M2P=M1M2。∴=1为定值。
  点评 本题是二次函数综合题,二次函数的性质,待定系数法,曲线上点的坐标与方程的关系,平行四边形的判定和性质,轴对称的性质,两点之间线段最短的性质,一元二次方程根与系数的关系,勾股定理。
  (责任编辑:王睿枫)
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