【解題研究】穿過參數“迷霧”——2026年武漢中考數學第24題
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歷年武漢市中考數學函數壓軸題,都有一個共同特點,就是參數比較多,學生需要通過探索這些含參函數、方程,獲得相應的結論例如數量關系、位置關系等,這對學生代數抽象思維提出了較高的要求,面對全是參數的解析式、等式,需要明確題目究竟需要什么,哪些參數是必要的,哪些又是可以消掉的,在目標明確的前提下,利用合適的消參方式,即可完成相應的探索。
對于初中生來講,參數較多的函數題一直是難點,但對于即將進入高中學習的學生來講,代數式恒等變換又是學習基礎,武漢卷將這種題型作為壓軸題,是符合初高銜接需求的。
題目
拋物線C1:y=-x2+2x+3與x軸相交于A,B兩點(點A在點B左側).
(1)求A,B兩點的坐標;
(2)如圖1,直線y=-d(d<0)交拋物線C1于C,D兩點,△BCD的外心E在邊CD上,求d的值;
(3)如圖2,拋物線C2:y=x2+px+q與拋物線C1交于M,N兩點,連接MN,T是線段MN上一點,過點T作y軸的平行線分別交拋物線C1,C2于P,Q兩點,連接PM,PN,QM,QN,求證:△PMN與△QMN的面積相等.
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解析:
01
(1)送分題,A(-1,0),B(3,0);
02
(2)條件“△BCD的外心E在邊CD上”解讀:外心是三角形外接圓的圓心,圓心E在CD上可推導出CD是直徑,根據直徑所對的圓周角是直角,可判斷出△BCD是直角三角形,且CD是斜邊;再根據直角三角形斜邊上的中線等于斜邊的一半可知CD=2BE;
對于點E而言,它是線段CD的中點,同時拋物線的對稱軸也經過點E,這是拋物線對稱性決定的,所以點E坐標為(1,d),由兩點距離公式得BE2=4+d2;
由d=-x2+2x+3得方程x2-2x+d-3=0
故兩根和x1+x2=2,x1·x2=d-3
而CD2=(x1-x2)2=(x1+x2)2-4x1·x2=4-4(d-3)=16-4d
根據CD=2BE得CD2=4BE2,可列方程
16-4d=4(4+d2),且d<0,解得d=-1
03
(3)解題之前,要明確這道題究竟需要我們做什么,然后再看題目條件提供了什么,最后才開始尋找思路。
圖中的△PMN和△QMN共邊,因此它們面積相等,則這條共邊上的高必須也相等,如下圖:
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不妨作這兩條高PC和QD,我們只要證明了PC=QD,問題自然解決,這條路好不好走,取決于我們進一步的思考;
根據上圖我們容易得到,要證明PC=QD,只需要證明PT=QT,這就回到了熟悉的賽道,在函數背景下證明線段相等,將面積相等轉化成了線段相等;
我們需要表示出圖中這些相關線段的坐標,當然是用參數,首先是點M和N,可分別設M(m,y1)和N(n,y2),點T在直線MN上,且橫坐標為t,可設T(t,y3),點P和點Q橫坐標均為t,縱坐標可用相應的函數解析式表示,P(t,-t2+2t+3)和Q(t,t2+pt+q),如果現在就用參數來表示PT和QT的話,比較麻煩,PT=-t2+2t+3-y3,QT=y3-t2-pt-q,無法在含有如此多參數的情況下進行比較,所以需要消參,將PT和QT表達式中的參數消減到可以比較的程度;或者利用中點公式,只要證明P,Q兩點縱坐標和的一半即(p/2+1)t+q/2+3/2等于點T的縱坐標即可,這也是我們的目標;
題目條件中給出的參數是p和q,所以我們想辦法用含p和q的代數式來表示PT和QT的長;
第一步,M,N由何而來?它們是兩條拋物線的交點,所以聯立解析式得方程-x2+2x+3=x2+px+q,參數m和n是這個方程的兩個根,顯然我們并不需要解,也解不出來,利用韋達定理表示出m+n=(2-p)/2,mn=(q-3)/2;
第二步,T由何而來?它在直線MN上,不妨設直線MN為y=kx+b,它與拋物線y=-x2+2x+3的交點橫坐標為m,n;為什么不選擇拋物線y=x2+px+q?因為它參數多,麻煩,所以選擇不含參數的拋物線,聯立方程kx+b=-x2+2x+3,仍然由韋達定理得m+n=2-k,mn=b-3;
第三步,尋找k,b與p,q的關聯,將前兩步得到的結果整理可得(2-p)/2=2-k,(q-3)/2=b-3,于是得到k=p/2+1,b=q/2+3/2,則直線MN解析式為y=(p/2+1)x+q/2+3/2;
第四步,表示T坐標,T(t,(p/2+1)t+q/2+3/2),發現它的縱坐標恰好等于P,Q兩點縱坐標和的一半,說明點T是線段PQ的中點,即PT=QT;
綜上,可得△PMN和△QMN的面積相等.
解題思考
先不聊參數多寡的問題,這并不是本題考查重點,讓我們回到《怎樣解題》(波利亞)中的基本步驟上來,先理解題目,再擬定方案,執行方案,最后回顧反思。
最難的第3小題,我們需要證明的是兩個三角形面積相等,圍繞這個問題,我們其實可以有很多種方式解決,但最基礎的,是轉化,我們知道面積是兩條線段的乘積,在小學的時候我們先學習了長方形的面積,進一步學習三角形面積,所以底乘高除以2是所有學生非常熟悉的,以此為突破口非常符合學生的認知,這也是本題厚道的地方,就從學生容易想到的突破口開始,不偏不怪。理解了題目意圖,轉化是很自然的思路,沿著這條路走下去,發現證明線段中點確實是最優解,而在坐標系中,這種題目我們見得很多。
在執行解題方案的過程中,我們會遇到新增的參數,例如本題中的m,n,k,b,y1,y2,y3等,這些都屬于輔助性的參數,真正留到最后的只有參數t,p,q,這是題目給出的,所以消參的目標也是明確的,即用含t,p,q的代數式來表示m,n,k,b,y1,y2,y3,在不能解含參方程的情況下,韋達定理的作用就體現出來了,它幫助我們建立兩根間數量關系,而這些關系式,恰恰就是用來消參的。
只要最終目標,用含參數t,p,q的式子來表示所需線段、坐標能實現,路其實可以更多。
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