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探究存在性问题(数学)

探究存在性问题“三部曲”(江苏 杨大为)存在性开放问题大多数是运用类比的方法,通过类比归纳、猜想、论证,即通过分析类比、提出猜想,再进行必要的论证。

具体的思路是,假设结论存在或成立,若推证出矛盾,则结论确实存在或成立;若推证出矛盾,则结论不存在或不成立。

说的明白一点就是,探究“存在性”问题,一般遵循“三部曲”:假设存在——推理论证——得出结论(合理或矛盾两种情形)。

但任何事情都不是绝对的,有的存在性问题很明显,并不需要严格按照上面的三个步骤进行。

现以几道中考压轴大题为例,相信对你的中考复习会有所帮助。

例1(2007年湖北省荆门市第28题).如图1,在平面直角坐标系中,有一张矩形纸片OABC ,已知O (0,0),A (4,0),C (0,3),点P 是OA 边上的动点(与点O 、A 不重合).现将△PAB 沿PB 翻折,得到△PDB ;再在OC 边上选取适当的点E ,将△POE 沿PE 翻折,得到△PFE ,并使直线PD 、PF 重合.(1)设P (x ,0),E (0,y ),求y 关于x 的函数关系式,并求y 的最大值;(2)如图2,若翻折后点D 落在BC 边上,求过点P 、B 、E 的抛物线的函数关系式;(3)在(2)的情况下,在该抛物线上是否存在点Q ,使△PEQ 是以PE 为直角边的直角三角形?若不存在,说明理由;若存在,求出点Q 的坐标.分析:此题将矩形纸片放在平面直角坐标系中操作,利用折叠探究函数关系式,融对称、相似、函数等众多知识点于一体,属常规的存在性问题探究题,难度不是太大,相信同学们能顺利求解。

(下面给出详细解答,有的还附上了原分值,以供同学们参考。

)解:(1)由已知PB 平分∠APD ,PE 平分∠OPF ,且PD 、PF 重合,则∠BPE =90°.∴∠OPE +∠APB =90°.又∠APB +∠ABP =90°,∴∠OPE =∠PBA .∴Rt △POE ∽Rt △BPA .……………………………………………………………………2分 ∴PO BA OE AP =.即34x y x =-.∴y =2114(4)333x x x x -=-+(0<x <4). 且当x =2时,y 有最大值13.………………………………………………………………4分(2)由已知,△PAB 、△POE 均为等腰三角形,可得P (1,0),E (0,1),B (4,3).……6分 设过此三点的抛物线为y =ax 2+bx +c ,则1,0,164 3.c a b c a b c =⎧⎪++=⎨⎪++=⎩∴1,23,21.a b c ⎧=⎪⎪⎪=-⎨⎪=⎪⎪⎩图2 图1y =213122x x -+.……………………………………………………………………………8分 (3)由(2)知∠EPB =90°,即点Q 与点B 重合时满足条件.………………………………9分 直线PB 为y =x -1,与y 轴交于点(0,-1).将PB 向上平移2个单位则过点E (0,1),∴该直线为y =x +1.………………………………………………………………………10分 由21,131,22y x y x x =+⎧⎪⎨=-+⎪⎩得5,6.x y =⎧⎨=⎩∴Q(5,6). 故该抛物线上存在两点Q (4,3)、(5,6)满足条件.……………………………………12分例2(2007年扬州市第26题).如图,矩形ABCD 中,3AD =厘米,AB a =厘米(3a >).动点M N ,同时从B 点出发,分别沿B A →,B C →运动,速度是1厘米/秒.过M 作直线垂直于AB ,分别交AN ,CD 于P Q ,.当点N 到达终点C 时,点M 也随之停止运动.设运动时间为t 秒.(1)若4a =厘米,1t =秒,则PM =______厘米;(2)若5a =厘米,求时间t ,使PNB PAD △∽△,并求出它们的相似比;(3)若在运动过程中,存在某时刻使梯形PMBN 与梯形PQDA 的面积相等,求a 的取值范围;(4)是否存在这样的矩形:在运动过程中,存在某时刻使梯形PMBN ,梯形PQDA ,梯形PQCN 的面积都相等?若存在,求a 的值;若不存在,请说明理由.分析:此题仍然以矩形为依托,放弃了上例的平面直角坐标系,融入了物理上的运动、数学上的相似、梯形、面积、方程等知识点。

与上例类似,作为中考压轴大题,也不是很难。

解:(1)34PM =,(2)2t =,使PNB PAD △∽△,相似比为3:2(3)PM AB CB AB AMP ABC ∠=∠Q ⊥,⊥,,AMP ABC △∽△,PM AM BN AB ∴=即()PM a t t a t PM t a a--==Q ,, (1)3t a QM a-=-Q 当梯形PMBN 与梯形PQDA 的面积相等,即()()22QP AD DQ MP BN BM ++=N()33(1)()22t a t t a a t t t a a -⎛⎫⎛⎫-+--+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭==化简得66a t a=+, 3t Q ≤,636a a∴+≤,则636a a ∴<≤,≤, (4)36a <Q ≤时,梯形PMBN 与梯形PQDA 的面积相等∴梯形PQCN 的面积与梯形PMBN 的面积相等即可,则CN PM =()3t a t t a ∴-=-,把66a t a=+代入,解之得a =±a = 所以,存在a ,当a =PMBN 与梯形PQDA 的面积、梯形PQCN 的面积相等. 例3(2007年辽宁省十二市第26题).如图,平面直角坐标系中有一直角梯形OMNH ,点H 的坐标为(-8,0),点N 的坐标为(-6,-4).(1)画出直角梯形OMNH 绕点O 旋转180°的图形OABC ,并写出顶点A ,B ,C 的坐标(点M 的对应点为A , 点N 的对应点为B , 点H 的对应点为C );(2)求出过A ,B ,C 三点的抛物线的表达式;(3)截取CE =OF =AG =m ,且E ,F ,G 分别在线段CO ,OA ,AB 上,求四边形...BEFG 的面积S 与m 之间的函数关系式,并写出自变量m 的取值范围;面积S 是否存在最小值?若存在,请求出这个最小值;若不存在,请说明理由;(4)在(3)的情况下,四边形BEFG 是否存在邻边相等的情况,若存在,请直接..写出此时m 的值,并指出相等的邻边;若不存在,说明理由.分析:此题与例1类似,但它加入了作图、中心对称、确定最值等知识点,难度要比例1大一点,但由于第(4)小问降低了要求,所以得分应该不是太难。

解:(1) 利用中心对称性质,画出梯形OABC .。

1分∵A ,B ,C 三点与M ,N ,H 分别关于点O 中心对称,∴A (0,4),B (6,4),C (8,0) ··················· 3分(写错一个点的坐标扣1分)(2)设过A ,B ,C 三点的抛物线关系式为2y ax bx c =++,∵抛物线过点A (0,4),∴4c =.则抛物线关系式为24y ax bx =++. ············· 4分 将B (6,4), C (8,0)两点坐标代入关系式,得 3664464840a b a b ++=⎧⎨++=⎩,.··························· 5分 解得1432a b ⎧=-⎪⎪⎨⎪=⎪⎩,. ···························· 6分 所求抛物线关系式为:213442y x x =-++. ··············· 7分 (3)∵OA =4,OC =8,∴AF =4-m ,OE =8-m . ··············· 8分 ∴AGF EOF BEC EFGB ABCO S S S S S =---△△△四边形梯形 21=OA (AB +OC )12-AF ·AG 12-OE ·OF 12-CE ·OA m m m m m 421)8(21)4(2186421⨯-----+⨯⨯=)( 2882+-=m m ( 0<m <4) ············· 10分∵2(4)12S m =-+. ∴当4m =时,S 的取最小值.又∵0<m <4,∴不存在m 值,使S 的取得最小值. ············ 12分(4)当2m =-+GB =GF ,当2m =时,BE =BG . ··········· 14分 例4(2007年河池市第26题)。

如图12, 四边形OABC 为直角梯形,A (4,0),B (3,4),C (0,4). 点M 从O 出发以每秒2个单位长度的速度向A 运动;点N 从B 同OM N H AC E FD B ↑→ -8 (-6,-4)x y时出发,以每秒1个单位长度的速度向C 运动.其中一个动点到达终点时,另一个动点也随之停止运动.过点N 作NP 垂直x 轴于点P ,连结AC 交NP 于Q ,连结MQ .(1)点 (填M 或N )能到达终点;(2)求△AQM 的面积S 与运动时间t 的函数关系式,并写出自变量t 的取值范围,当t 为何值时,S 的值最大;(3)是否存在点M ,使得△AQM 为直角三角形?若存在,求出点M 的坐标,若不存在,说明理由.分析:此题与前几例类似,推究的方法自然也一样,就是第(3)小问体现了分类讨论的思想方法,务必不要漏解。

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