笔者在《中考数学思维方法与解题策略》一书中总结了动点轨迹的几种情况(直线型轨迹和圆弧型轨迹),概括了初中数学题中出现的各种动点路径和最值问题。书中还提出“轨迹定位法”,用以解决压轴题中相当常见的一类问题:求符合条件的未知点位置。这类问题的呈现方式和背景多种多样,如所求点满足距离条件、角度条件、面积条件、构成相似形(全等形)、构成特殊三角形、构成特殊四边形、最大值与最小值等,这类问题涵盖的知识点很广,可以用各种几何图形、函数图像为背景,大概占到中考压轴题的半壁江山。
不夸张地说,掌握“轨迹定位法”就可以打下中考压轴题的半壁江山!

对于这类题目,很多同学往往是用无序尝试的方式寻找符合条件的未知点,导致解题速度慢,多种情况会遗漏。如果你掌握了“轨迹定位法”,就再也不用担心这些问题啦!


轨迹定位法的优越性

既见木又见林 直观清晰 一目了然

既精准又全面 准确定位 一网打尽

有例为证,请往下看!

先看书中列举的两类基本轨迹:直线型轨迹和圆弧型轨迹。

另外:满足各种函数关系式的点的轨迹就是该函数的图像。
再来看中考真题:
例1.(南京2019填空压轴题)在△ABC中,AB=4,∠C=60°,∠A>∠B,则BC的长的取值范围是    .
简析:由条件“AB=4,∠C=60°”,依据“定线对定角”知点C的轨迹是以AB为弦所含圆周角为60°的弧,如下图,∠A>∠B时,∠A>60°,BC随着所对圆心角的增大而增大。当∠A=60°时,BC=4,当∠A=90°时,BC为直径,长为4√3/3,所以BC的长的取值范围是4<BC≤4√3/3。
例2.(河南2019倒二压轴题)在△ABC中,CA=CB,∠ACB=α.点P是平面内不与点A,C重合的任意一点.连接AP,将线段AP绕点P逆时针旋转α得到线段DP,连接AD,BD,CP.
(1)观察猜想
如图1,当α=60°时,BD:CP的值是     ,直线BD与直线CP相交所成的较小角的度数是        .
(2)类比探究
如图2,当α=90°时,请写出BD:CP的值及直线BD与直线CP相交所成的小角的度数,并就图2的情形说明理由.
(3)解决问题
当α=90°时,若点E,F分别是CA,CB的中点,点P在直线EF上,请直接写出点C,P,D在同一直线上时AD:CP的值.
简析:(1)(2)问属于“一转成双·手拉手”模型,这里略过不表。
(3)问中由条件“C,P,D共线且∠APD=90°”知∠CPA=90°,依据“定线对定角”知点P在以AC为直径的圆上,如下图,易得圆与直线EF交于两点即为所求P点,由PE=CE导角得∠PCE=∠CPE=∠DAC=22.5°,得AD=CD,设PA=PD=1,则CD=AD=√2,所以AD:CP=√2:(√2±1)=2±√2。
例3.(天津2018倒二压轴题)在平面直角坐标系中,四边形AOBC是矩形,点O(0,0),点A(5,0),点B(0,3).以点A为中心,顺时针旋转矩形 AOBC,得到矩形ADEF ,点 O,B ,C 的对应点分别为 D,E ,F.            
(1)当旋转角为60°时,△CAF的形状是            .
(2)如图①,当点D 落在BC 边上时,求点D的坐标;
(3)如图②,当点 D落在线段BE 上时, AD与BC 交于H点.
①求证 △ADB≅△AOB;
②求点H 的坐标.
(4)记K为矩形AOBC 对角线的交点,S为△KDE 的面积,求S的取值范围(直接写出结果即可).  

简析:前面简单问题略过,我们看第(4)问。由题意,DE为定值,△KDE的面积与点K到DE的距离成正比,求出点K到直线DE的距离最大值和最小值即可。题目中是矩形ADEF绕点A旋转,因为运动是相对的,为了简单起见,可以看成点K绕点A旋转,其相对关系不变。由AK为定值,依据基本轨迹“定点+定长”得点K轨迹是以A为圆心AK为半径的圆,转化为圆上一点到直线的距离最值问题(参见几何最值模型)。
如下图,过圆心作DE的垂线,交圆A于两点,即得DE边上高的最小值为DK1,最大值为DK2,从而易求面积的取值范围。
例4.(扬州2019选择压轴题)若反比例函数y=-2/x的图像上有两个不同的点关于y轴对称点都在一次函数y=-x+m的图像上,则m的取值范围是( )
A.m>2√2  B.m<-2√2  C.m>2√2 或 m<-2√2  D.-2√2<m<2√2
简析:y=-2/x图像的对称图像是y=2/x,即为求直线y=-x+m与双曲线y=2/x有两个交点,画出直线所在轨迹如下图,易得m>2√2 或 m<-2√2。
本题也可以用代数方法求解,把y=-x+m与y=2/x联立得-x+m=2/x,此方程有两个不相等的实数根即可,△=m2-8>0即得m>2√2 或 m<-2√2。
例5.(扬州2019倒一压轴题)如图,已知等边△ABC的边长为8,点P是AB边上的一个动点(与点A、B不重合),直线l是经过点P的一条直线,把△ABC沿直线l折叠,点B的对应点是点B’.
(1)如图1,当PB=4时,若点B’恰好在AC边上,则AB’的长度为       ;
(2)如图2,当PB=5时,若直线l∥AC,则BB’的长度为        ;
(3)如图3,点P在AB边上运动过程中,若直线l始终垂直于AC,△ACB’的面积是否变化?若变化,说明理由;若不变化,求出面积;
(4)当PB=6时,在直线l变化过程中,求△ACB’面积的最大值。
简析:(3)中B、B′是对应点,所以BB′⊥l,B′点轨迹是AC的平行线,到AC的距离为4√3,所以△ACB’的面积不变,为16√3。
(4)中由B’P=6,依据“定点+定长”知B’点的轨迹为以P为圆心以6为半径的圆,转化为求圆P上一点到直线AC的最大距离(圆到线),如下图,过圆心P作AC的垂线所得的B'H即是圆上各点到AC距离的最大值。
例5.(潍坊2019选择压轴题)抛物线y=x2+bx+3的对称轴为直线x=1.若关于x的一元二次方程x2+bx+3﹣t=0(t为实数)在﹣1<x<4的范围内有实数根,则t的取值范围是(  )
A.2≤t<11    B.t≥2     C.6<t<11  D.2≤t<6
简析:一元二次方程x2+bx+3﹣t=0(t为实数)在﹣1<x<4的范围内有实数根转化为抛物线y=x2+bx+3在﹣1<x<4范围内与直线y=t有交点,如下图,所求轨迹即为直线y=t与蓝色部分曲线有公共点的黄色区域,显然满足2≤t<11 。
例6.(2019·桂林)如图,在矩形ABCD中,AB=√3,AD=3,点P是AD边上的一个动点,连接BP,作点A关于直线BP的对称点A1,连接A1C,设A1C的中点为Q,当点P从点A出发,沿边AD运动到点D时停止运动,点Q的运动路径长为    .
简析:这是一道典型的动点路径问题,包含两种路径模型,点A1满足“定点+定长”(A1B为定值),它的轨迹是圆弧,点Q满足QC/A1C=1/2,是“主从联动”模型,从动点Q的路径是主动点A1路径的一半,P在终点D时,∠ABD=60°,所以∠ABA1=120°,可求弧AA1的长为2√3/3,Q点路径是A1点路径的一半,即为√3/3.
例7.(宿迁2019解答倒二题最后一问)如图①,在钝角△ABC中,∠ABC=30°,AC=4,点D为边AB中点,点E为边BC中点,将△BDE从图①位置绕点B逆时针方向旋转180°,直线CE、AD交于点G,如图②.求点G的运动路程.
图①
图②
简析:由“一转成双·手拉手”模型得ΔBCE∽ΔBAD,则∠BAD=∠BCE,得∠AGC=∠ABC=30°,AC为定线,可知点G在AC所对的弧上,而弧的大小范围取决于D点的运动范围,当点D距定点E最远时(BD⊥AG),点G在圆上最远处。如下图所示:

如下图,当BD⊥AG时,由BD=1/2AB得∠BAG=30°,所以此时弧BG的圆心角∠BOG=60°,D点旋转180度时点G在该弧上往返共两次,因此点G运动路径为60度弧长的2倍,即为8/3π.
例8.(淮安2019倒一题)如图①,在△ABC中,AB=AC=3,∠BAC=100°,D是BC的中点.
小明对图①进行了如下探究:在线段AD上任取一点P,连接PB.将线段PB绕点P按逆时针方向旋转80°,点B的对应点是点E,连接BE,得到△BPE.小明发现,随着点P在线段AD上位置的变化,点E的位置也在变化,点E可能在直线AD的左侧,也可能在直线AD上,还可能在直线AD的右侧.
请你帮助小明继续探究,并解答下列问题:
(1)当点E在直线AD上时,如图②所示.
①∠BEP=           ;
②连接CE,直线CE与直线AB的位置关系是             .
(2)请在图③中画出△BPE,使点E在直线AD的右侧,连接CE.试判断直线CE与直线AB的位置关系,并说明理由.
(3)当点P在线段AD上运动时,求AE的最小值.

简析:(2)由PB=PE=PC知点B、C、E在以点P为圆心的圆上,得∠BCE=1/2∠BPE=40°=∠ABC,所以AB∥EC。
(3)由∠BCE=40°,依据“定线夹定角”知点E的运动轨迹是线段,当点P与点A重合时,∠AEC的角度最大,AE最小,此时AE=3。
例9.(广东省2019倒一题)如题1图,在平面直角坐标系中,抛物线y=√3/8 x2+3√3/4 x-7√3/8与x轴交于点A、B(点A在点B右侧),点D为抛物线的顶点.点C在y轴的正半轴上,CD交x轴于点F,△CAD绕点C顺时针旋转得到△CFE,点A恰好旋转到点F,连接BE.
(1)求点A、B、D的坐标;
(2)求证:四边形BFCE是平行四边形;
(3)如题2图,过顶点D作DD1⊥x 轴于点D1,点P是抛物线上一动点,过点P作PM⊥ x轴,点M为垂足,使得△PAM与△DD1A相似(不含全等).
①求出一个满足以上条件的点P的横坐标;
②直接回答这样的点P共有几个?
简析:由于△DD1A是定三角形,且△PAM与△DD1A有一相等直角,问题转化为求定角直线与抛物线的交点,如下图,分别在x轴上方和下方作∠PAB=∠DAD1,或∠PAB=∠D1DA,显然与D点重合除外存在3个符合条件的P点。可先求三条直线(PA)的解析式,再求与抛物线的交点即可。如由tan∠DAD1=√3/2,A(1,0),可得其中一条直线AP解析式为y=-√3/2+√3/2,与y=√3/8 x2+3√3/4 x-7√3/8联立求得x=-11(x=1舍去)。
也可以先设P点坐标,再利用坐标表示PM、AM的长度,建立比例式求解,如下图。
例10.(临沂2019倒一题)在平面直角坐标系中,直线y=x+2与x轴交于点A,与y轴交于点B,抛物线y=ax2+bx+c(a<0)经过点A、B.
(1)求a、b满足的关系式及c的值.
(2)当x<0时,若y=ax2+bx+c(a<0)的函数值随x的增大而增大,求a的取值范围.
(3)如图,当a=﹣1时,在抛物线上是否存在点P,使△PAB的面积为1?若存在,请求出符合条件的所有点P的坐标;若不存在,请说明理由.
简析:第(3)问,当a=-1时,二次函数表达式为y=-x2-x+2,易求得AB=2√2,因为△PAB的面积为1,所以AB边上的高为定值√2/2,即点P到AB的距离为定长√2/2,画出P点所在轨迹为到AB距离为√2/2的两条平行线,如下图,可求BC=1,两条平行线即为AB:y=x+2向上或向下平移1个单位所得,得其解析式为y=x+3和y=x+1,再求两平行线与抛物线的交点即可。
上述解题中核心思想是用轨迹的观念看问题,这种思维方式是一种宏观视角,大气磅礴且简单高效。它站在整体的高度思考问题,因而适用范围广,解题效率高,区别于一般的末技小术。
“知识就是力量”这句话并不完整,熟练运用知识才能产生力量!
组织清晰结构优良的知识才能易于运用,松散无序的知识不利于提取和应用。无论是陈述性知识还是程序性知识,都要系统化地组织,并进行足够的刻意训练,最终才能把知识转化成能力,内化为思维。
平时教学中不仅要关注知识概念的结构化系统化,还要关注方法策略的结构化系统化,而且后者更为重要,因为这决定着所学知识能不能转化为实际能力。但学校教学一般仅注重知识概念的整理归纳,缺乏对方法策略的总结提炼和系统训练,只是在反复练习过程中使原本已掌握的东西增加熟练程度而已,导致学生的思维层次很难跃升,出现“会的一直会,不会的始终不会”这种普遍现象。
本人所著的《中考数学思维方法与解题策略》一书就是为了解决上述问题,揭示核心的思维策略,训练常用的解题方法,从根本上完善和发展学生的问题解决能力。
查看原文 >>
相关文章