【解題研究】函數觀念下的動點——2026年河北省中考數學第24題
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初中階段的函數概念通常可理解為兩個變量之間的關系,這里的關系可以是數量關系及變化規律,在幾何動點問題中,由于點的運動包含數量關系和位置關系,它們之間也存在變化規律,所以理論上用函數觀念去理解動點間的關系是可行的,只要通過觀察發現動點問題中的變量(數學眼光),并用合適的數學語言去描述,這類問題就有了解決方法。
題目
如圖15-1和圖15-2,在△ABC中,AB=AC=10,BC=12,正方形DEFG的頂點D,E,F分別在△ABC的三邊AB,BC,CA上。當點D從點B出發沿BA向點A移動時,點E,F隨之分別在BC,CA上移動(正方形DEFG的大小發生變化),當點F與點C重合時,移動停止。
(1)tan∠ABC=___________;
(2)如圖15-1,當∠BED=45°時,求證:BE=CE;
(3)①如圖15-2,當BD=20/7時,求BE的長;
②當BE=40/7時,直接寫出正方形DEFG的邊長。
(4)在移動過程中,每當點G移動1個單位長度時,點E均移動d個單位長度,直接寫出d的值。
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解析:
0 1
(1)送分題,作△ABC底邊上的中線,將其分割成兩個直角三角形,每個直角三角形邊長都是6,8,10,則tan∠ABC=4/3;
0 2
(2)由∠BED=45°,∠DEF=90°可得∠CEF=45°,再加上∠B=∠C,DE=FE,可證△BED≌△CEF,如下圖:
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所以BE=CE;
0 3
(3)①由正方形想到分別過點D,F向BC邊作垂線,垂足分別是點M和點N,如下圖:
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對于Rt△BDM,它的三邊之比為3:4:5,所以可分別示出DM=16/7,BM=12/7,同樣的Rt△CFN三邊之比也為3:4:5,所以設FN=4a,則CN=3a;
很容易證明其中的△DEM≌△EFN,所以ME=4a,EN=16/7,根據BC=12列方程12/7+4a+16/7+3a=12,解得a=8/7,則BE=12/7+4a=44/7;
②借助前面的方法,設BD=5b,DM=4b,BM=3b,如下圖:
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仍然由BC=12得7a+7b=12,再由BE=40/7,得4a+3b=40/7,解這個二元一次方程組得a=4/7,b=8/7,回到Rt△DEM中,利用勾股定理求出DE=16√5/7;
0 4
(4)由于點G和點E均為動點,研究它們之間的運動路程的數量關系,需要確定共同的起點,借助第2小題的特殊位置,不妨取BC中點H,連接AH,當點D從點B朝點A運動時,點E從AH右側向中間靠攏,點G從AH左側向中間靠攏,我們關注這兩個動點到AH的距離,并嘗試用參數a,b來表示:
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從上圖可知IG=7b,IJ=6,則GJ=6-7b,而BE=4a+3b,前面曾求過7a+7b=12,則a=12/7-b,所以BE=48/7-b,可求出EH=48/7-b-6=6/7-b,我們發現GJ:EH=7:1,于是將GJ和EH看作兩個變量,它們始終滿足GJ=7EH的關系,所以d=1/7.
解題思考
由對稱性可知,當點E在AH左側時,點G在AH右側,它們到AH的距離依然滿足這個函數關系,當然我們也可以選擇當點D與點B重合時作為起點(b=0),但當點D朝點A運動過程中,點E在作“往復”運動,于是又要分不同運動方向再求解,比較復雜,所以本題選擇“中間線”作為參照,以點E和點G到AH的距離作為變量,除特殊情況(第2小題)外,點E和點G始終位于AH兩側,發現這一特征,會極大減輕計算量。
作為教師解題用幾何畫板或GeoGebra作圖是一項基本功,但這道題的圖要作出來并不容易,點D是動點,而整個正方形形狀確定,三個頂點要求在三邊上,這并不好畫,所以當我們在AB上畫出點D之后,點E在什么位置,是需要先算一下,而在計算的過程中,我們發現第3小題的解法就是作圖依據,有興趣的老師或同學們可以試一試。
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