筆者在《中考數學思維方法與解題策略》一書中總結了動點軌跡的幾種情況(直線型軌跡和圓弧型軌跡),概括了初中數學題中出現的各種動點路徑和最值問題。書中還提出“軌跡定位法”,用以解決壓軸題中相當常見的一類問題:求符合條件的未知點位置。這類問題的呈現方式和背景多種多樣,如所求點滿足距離條件、角度條件、面積條件、構成相似形(全等形)、構成特殊三角形、構成特殊四邊形、最大值與最小值等,這類問題涵蓋的知識點很廣,可以用各種幾何圖形、函數圖像爲背景,大概佔到中考壓軸題的半壁江山。
不誇張地說,掌握“軌跡定位法”就可以打下中考壓軸題的半壁江山!

對於這類題目,很多同學往往是用無序嘗試的方式尋找符合條件的未知點,導致解題速度慢,多種情況會遺漏。如果你掌握了“軌跡定位法”,就再也不用擔心這些問題啦!


軌跡定位法的優越性

既見木又見林 直觀清晰 一目瞭然

既精準又全面 準確定位 一網打盡

有例爲證,請往下看!

先看書中列舉的兩類基本軌跡:直線型軌跡和圓弧型軌跡。

另外:滿足各種函數關係式的點的軌跡就是該函數的圖像。
再來看中考真題:
例1.(南京2019填空壓軸題)在△ABC中,AB=4,∠C=60°,∠A>∠B,則BC的長的取值範圍是    .
簡析:由條件“AB=4,∠C=60°”,依據“定線對定角”知點C的軌跡是以AB爲弦所含圓周角爲60°的弧,如下圖,∠A>∠B時,∠A>60°,BC隨着所對圓心角的增大而增大。當∠A=60°時,BC=4,當∠A=90°時,BC爲直徑,長爲4√3/3,所以BC的長的取值範圍是4<BC≤4√3/3。
例2.(河南2019倒二壓軸題)在△ABC中,CA=CB,∠ACB=α.點P是平面內不與點A,C重合的任意一點.連接AP,將線段AP繞點P逆時針旋轉α得到線段DP,連接AD,BD,CP.
(1)觀察猜想
如圖1,當α=60°時,BD:CP的值是     ,直線BD與直線CP相交所成的較小角的度數是        .
(2)類比探究
如圖2,當α=90°時,請寫出BD:CP的值及直線BD與直線CP相交所成的小角的度數,並就圖2的情形說明理由.
(3)解決問題
當α=90°時,若點E,F分別是CA,CB的中點,點P在直線EF上,請直接寫出點C,P,D在同一直線上時AD:CP的值.
簡析:(1)(2)問屬於“一轉成雙·手拉手”模型,這裏略過不表。
(3)問中由條件“C,P,D共線且∠APD=90°”知∠CPA=90°,依據“定線對定角”知點P在以AC爲直徑的圓上,如下圖,易得圓與直線EF交於兩點即爲所求P點,由PE=CE導角得∠PCE=∠CPE=∠DAC=22.5°,得AD=CD,設PA=PD=1,則CD=AD=√2,所以AD:CP=√2:(√2±1)=2±√2。
例3.(天津2018倒二壓軸題)在平面直角座標系中,四邊形AOBC是矩形,點O(0,0),點A(5,0),點B(0,3).以點A爲中心,順時針旋轉矩形 AOBC,得到矩形ADEF ,點 O,B ,C 的對應點分別爲 D,E ,F.            
(1)當旋轉角爲60°時,△CAF的形狀是            .
(2)如圖①,當點D 落在BC 邊上時,求點D的座標;
(3)如圖②,當點 D落在線段BE 上時, AD與BC 交於H點.
①求證 △ADB≅△AOB;
②求點H 的座標.
(4)記K爲矩形AOBC 對角線的交點,S爲△KDE 的面積,求S的取值範圍(直接寫出結果即可).  

簡析:前面簡單問題略過,我們看第(4)問。由題意,DE爲定值,△KDE的面積與點K到DE的距離成正比,求出點K到直線DE的距離最大值和最小值即可。題目中是矩形ADEF繞點A旋轉,因爲運動是相對的,爲了簡單起見,可以看成點K繞點A旋轉,其相對關係不變。由AK爲定值,依據基本軌跡“定點+定長”得點K軌跡是以A爲圓心AK爲半徑的圓,轉化爲圓上一點到直線的距離最值問題(參見幾何最值模型)。
如下圖,過圓心作DE的垂線,交圓A於兩點,即得DE邊上高的最小值爲DK1,最大值爲DK2,從而易求面積的取值範圍。
例4.(揚州2019選擇壓軸題)若反比例函數y=-2/x的圖像上有兩個不同的點關於y軸對稱點都在一次函數y=-x+m的圖像上,則m的取值範圍是( )
A.m>2√2  B.m<-2√2  C.m>2√2 或 m<-2√2  D.-2√2<m<2√2
簡析:y=-2/x圖像的對稱圖像是y=2/x,即爲求直線y=-x+m與雙曲線y=2/x有兩個交點,畫出直線所在軌跡如下圖,易得m>2√2 或 m<-2√2。
本題也可以用代數方法求解,把y=-x+m與y=2/x聯立得-x+m=2/x,此方程有兩個不相等的實數根即可,△=m2-8>0即得m>2√2 或 m<-2√2。
例5.(揚州2019倒一壓軸題)如圖,已知等邊△ABC的邊長爲8,點P是AB邊上的一個動點(與點A、B不重合),直線l是經過點P的一條直線,把△ABC沿直線l摺疊,點B的對應點是點B’.
(1)如圖1,當PB=4時,若點B’恰好在AC邊上,則AB’的長度爲       ;
(2)如圖2,當PB=5時,若直線l∥AC,則BB’的長度爲        ;
(3)如圖3,點P在AB邊上運動過程中,若直線l始終垂直於AC,△ACB’的面積是否變化?若變化,說明理由;若不變化,求出面積;
(4)當PB=6時,在直線l變化過程中,求△ACB’面積的最大值。
簡析:(3)中B、B′是對應點,所以BB′⊥l,B′點軌跡是AC的平行線,到AC的距離爲4√3,所以△ACB’的面積不變,爲16√3。
(4)中由B’P=6,依據“定點+定長”知B’點的軌跡爲以P爲圓心以6爲半徑的圓,轉化爲求圓P上一點到直線AC的最大距離(圓到線),如下圖,過圓心P作AC的垂線所得的B'H即是圓上各點到AC距離的最大值。
例5.(濰坊2019選擇壓軸題)拋物線y=x2+bx+3的對稱軸爲直線x=1.若關於x的一元二次方程x2+bx+3﹣t=0(t爲實數)在﹣1<x<4的範圍內有實數根,則t的取值範圍是(  )
A.2≤t<11    B.t≥2     C.6<t<11  D.2≤t<6
簡析:一元二次方程x2+bx+3﹣t=0(t爲實數)在﹣1<x<4的範圍內有實數根轉化爲拋物線y=x2+bx+3在﹣1<x<4範圍內與直線y=t有交點,如下圖,所求軌跡即爲直線y=t與藍色部分曲線有公共點的黃色區域,顯然滿足2≤t<11 。
例6.(2019·桂林)如圖,在矩形ABCD中,AB=√3,AD=3,點P是AD邊上的一個動點,連接BP,作點A關於直線BP的對稱點A1,連接A1C,設A1C的中點爲Q,當點P從點A出發,沿邊AD運動到點D時停止運動,點Q的運動路徑長爲    .
簡析:這是一道典型的動點路徑問題,包含兩種路徑模型,點A1滿足“定點+定長”(A1B爲定值),它的軌跡是圓弧,點Q滿足QC/A1C=1/2,是“主從聯動”模型,從動點Q的路徑是主動點A1路徑的一半,P在終點D時,∠ABD=60°,所以∠ABA1=120°,可求弧AA1的長爲2√3/3,Q點路徑是A1點路徑的一半,即爲√3/3.
例7.(宿遷2019解答倒二題最後一問)如圖①,在鈍角△ABC中,∠ABC=30°,AC=4,點D爲邊AB中點,點E爲邊BC中點,將△BDE從圖①位置繞點B逆時針方向旋轉180°,直線CE、AD交於點G,如圖②.求點G的運動路程.
圖①
圖②
簡析:由“一轉成雙·手拉手”模型得ΔBCE∽ΔBAD,則∠BAD=∠BCE,得∠AGC=∠ABC=30°,AC爲定線,可知點G在AC所對的弧上,而弧的大小範圍取決於D點的運動範圍,當點D距定點E最遠時(BD⊥AG),點G在圓上最遠處。如下圖所示:

如下圖,當BD⊥AG時,由BD=1/2AB得∠BAG=30°,所以此時弧BG的圓心角∠BOG=60°,D點旋轉180度時點G在該弧上往返共兩次,因此點G運動路徑爲60度弧長的2倍,即爲8/3π.
例8.(淮安2019倒一題)如圖①,在△ABC中,AB=AC=3,∠BAC=100°,D是BC的中點.
小明對圖①進行了如下探究:在線段AD上任取一點P,連接PB.將線段PB繞點P按逆時針方向旋轉80°,點B的對應點是點E,連接BE,得到△BPE.小明發現,隨着點P在線段AD上位置的變化,點E的位置也在變化,點E可能在直線AD的左側,也可能在直線AD上,還可能在直線AD的右側.
請你幫助小明繼續探究,並解答下列問題:
(1)當點E在直線AD上時,如圖②所示.
①∠BEP=           ;
②連接CE,直線CE與直線AB的位置關係是             .
(2)請在圖③中畫出△BPE,使點E在直線AD的右側,連接CE.試判斷直線CE與直線AB的位置關係,並說明理由.
(3)當點P在線段AD上運動時,求AE的最小值.

簡析:(2)由PB=PE=PC知點B、C、E在以點P爲圓心的圓上,得∠BCE=1/2∠BPE=40°=∠ABC,所以AB∥EC。
(3)由∠BCE=40°,依據“定線夾定角”知點E的運動軌跡是線段,當點P與點A重合時,∠AEC的角度最大,AE最小,此時AE=3。
例9.(廣東省2019倒一題)如題1圖,在平面直角座標系中,拋物線y=√3/8 x2+3√3/4 x-7√3/8與x軸交於點A、B(點A在點B右側),點D爲拋物線的頂點.點C在y軸的正半軸上,CD交x軸於點F,△CAD繞點C順時針旋轉得到△CFE,點A恰好旋轉到點F,連接BE.
(1)求點A、B、D的座標;
(2)求證:四邊形BFCE是平行四邊形;
(3)如題2圖,過頂點D作DD1⊥x 軸於點D1,點P是拋物線上一動點,過點P作PM⊥ x軸,點M爲垂足,使得△PAM與△DD1A相似(不含全等).
①求出一個滿足以上條件的點P的橫座標;
②直接回答這樣的點P共有幾個?
簡析:由於△DD1A是定三角形,且△PAM與△DD1A有一相等直角,問題轉化爲求定角直線與拋物線的交點,如下圖,分別在x軸上方和下方作∠PAB=∠DAD1,或∠PAB=∠D1DA,顯然與D點重合除外存在3個符合條件的P點。可先求三條直線(PA)的解析式,再求與拋物線的交點即可。如由tan∠DAD1=√3/2,A(1,0),可得其中一條直線AP解析式爲y=-√3/2+√3/2,與y=√3/8 x2+3√3/4 x-7√3/8聯立求得x=-11(x=1捨去)。
也可以先設P點座標,再利用座標表示PM、AM的長度,建立比例式求解,如下圖。
例10.(臨沂2019倒一題)在平面直角座標系中,直線y=x+2與x軸交於點A,與y軸交於點B,拋物線y=ax2+bx+c(a<0)經過點A、B.
(1)求a、b滿足的關係式及c的值.
(2)當x<0時,若y=ax2+bx+c(a<0)的函數值隨x的增大而增大,求a的取值範圍.
(3)如圖,當a=﹣1時,在拋物線上是否存在點P,使△PAB的面積爲1?若存在,請求出符合條件的所有點P的座標;若不存在,請說明理由.
簡析:第(3)問,當a=-1時,二次函數表達式爲y=-x2-x+2,易求得AB=2√2,因爲△PAB的面積爲1,所以AB邊上的高爲定值√2/2,即點P到AB的距離爲定長√2/2,畫出P點所在軌跡爲到AB距離爲√2/2的兩條平行線,如下圖,可求BC=1,兩條平行線即爲AB:y=x+2向上或向下平移1個單位所得,得其解析式爲y=x+3和y=x+1,再求兩平行線與拋物線的交點即可。
上述解題中核心思想是用軌跡的觀念看問題,這種思維方式是一種宏觀視角,大氣磅礴且簡單高效。它站在整體的高度思考問題,因而適用範圍廣,解題效率高,區別於一般的末技小術。
“知識就是力量”這句話並不完整,熟練運用知識才能產生力量!
組織清晰結構優良的知識才能易於運用,鬆散無序的知識不利於提取和應用。無論是陳述性知識還是程序性知識,都要系統化地組織,並進行足夠的刻意訓練,最終才能把知識轉化成能力,內化爲思維。
平時教學中不僅要關注知識概念的結構化系統化,還要關注方法策略的結構化系統化,而且後者更爲重要,因爲這決定着所學知識能不能轉化爲實際能力。但學校教學一般僅注重知識概念的整理歸納,缺乏對方法策略的總結提煉和系統訓練,只是在反覆練習過程中使原本已掌握的東西增加熟練程度而已,導致學生的思維層次很難躍升,出現“會的一直會,不會的始終不會”這種普遍現象。
本人所著的《中考數學思維方法與解題策略》一書就是爲了解決上述問題,揭示核心的思維策略,訓練常用的解題方法,從根本上完善和發展學生的問題解決能力。
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