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新定义“覆盖”——2020年秋石景山区九年级期末数学第25题

一个图形将另一个图形完全覆盖住,在平时的几何研究中的确不多,现实生活中倒是很常见,例如在一张矩形纸片上剪出某个最大面积的形状,那张矩形纸片便可称为某个形状的覆盖。

将上述矩形纸片搬到平面直角坐标系中,并且限定在第一象限,被覆盖的几何图形限定为最为简单的点、线、三角形、多边形、圆,就生成一道颇有趣味的新定义压轴题。

题目

对于平面直角坐标系xOy中第一象限内的点P(x,y)和图形W,给出如下定义:过点P作x轴和y轴的垂线,垂足分别为M,N,若图形W中的任意一点Q(a,b)满足a≤x且b≤y,则称四边形PMON是图形W的一个覆盖,点P为这个覆盖的一个特征点,例:已知A(1,2),B(3,1),则点P(5,4)为线段AB的一个覆盖的特征点.

(1)已知点C(2,3)

①在P1(1,3),P2(3,3),P3(4,4)中,是△ABC的覆盖特征点的为________________;

②若在一次函数y=mx+5(m≠0)的图象上存在△ABC的覆盖的特征点,求m的取值范围;

(2)以点D(2,4)为圆心,半径为1作图,在抛物线y=ax²-5ax+4(a≠0)上存在圆D的覆盖的特征点,直接写出a的取值范围__________________.

解析:

(1)解读新定义时,给出的例子一定要认真研读,如下图:

图中绿色部分为矩形,图形W指线段AB,可见线段AB被矩形所覆盖,当然这只是初步理解,更进一步,这个绿色的矩形还能有不同的大小吗?最小是多少?仍以上图为例,我们可知点(3,2)向坐标轴作垂线后,围成的矩形也是线段AB的覆盖,并且还是最小的覆盖;

线段AB的两个端点坐标中,横坐标最大为3,纵坐标最大为2,恰好就是特征点(2,3)的横、纵坐标,同时所有横坐标≥3且纵坐标≥2的点,都可能是线段AB的覆盖的特征点,这不是巧合,是规律;

①将三个点作出并观察比较,△ABC三个顶点中,横坐标最大为3,纵坐标最大为3,因此只要横、纵坐标均≥3的点,一定满足条件,因此△ABC的覆盖的特征点是P2和P3;

②根据前面推导,确定△ABC的覆盖坐标值最小的特征点是(3,3),那么在整个第一象限内,所有满足条件的特征点都在下图的阴影部分中:

再来看直线y=mx+5,这是一条经过定点(0,5)的直线,当m>0时,它始终会经过阴影部分,当m<0时,找到特殊情况,即经过点G(3,3)时,代入求得m=-2/3,所以当m≥-2/3且m≠0时,存在△ABC的覆盖的特征点;

(2)对于圆D来讲,它的覆盖的特征点中,坐标值最小的是(3,5),因此圆D的覆盖的特征点,横坐标≥3,纵坐标≥5,如下图:

可见当a>0时,抛物线始终经过阴影部分,即存在圆D的覆盖的特征点;

那么当a<0时,抛物线有可能不经过阴影部分,特别地,当抛物线经过点H(3,5)时,代入解析式求得a=-1/6,如下图:

所以,当a≤-1/6或a>0时,抛物线上存在圆D的覆盖的特征点.

解题反思

此题仍然属于难度一般的压轴题,在证明过程中,发现虽然给出的是覆盖图形W,其实仍然是考查函数图象经过某点,给出覆盖定义和特征点描述,重点在后者。

本质上覆盖与否取决于范围,定义中的点P是矩形的一个顶点,由于矩形另两边分别是坐标轴,所以点P决定了矩形能覆盖的范围大小,对于图形W,无论其是否规则,组成它的所有点横纵坐标有最值,这又是一个范围,两个范围间的比较,通常也是最值之间的比较。

第2问中,圆D作为图形W之后,引入含参抛物线,构建函数经过某块区域的情景,本质上仍然是函数经过点的模型,而以上这些均出自于教材,说明在平时教学过程中,需要不断深挖,例题、练习、习题是课本指出的方向,在它们基础上相互融合,生成新的情景和概念,并在新的定义中运用理解概念,能顺利完成的学生,对数学的理解一定非常深刻。

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