【解题研究】穿过参数“迷雾”——2026年武汉中考数学第24题
历年武汉市中考数学函数压轴题,都有一个共同特点,就是参数比较多,学生需要通过探索这些含参函数、方程,获得相应的结论例如数量关系、位置关系等,这对学生代数抽象思维提出了较高的要求,面对全是参数的解析式、等式,需要明确题目究竟需要什么,哪些参数是必要的,哪些又是可以消掉的,在目标明确的前提下,利用合适的消参方式,即可完成相应的探索。
对于初中生来讲,参数较多的函数题一直是难点,但对于即将进入高中学习的学生来讲,代数式恒等变换又是学习基础,武汉卷将这种题型作为压轴题,是符合初高衔接需求的。
题目
抛物线C1:y=-x²+2x+3与x轴相交于A,B两点(点A在点B左侧).
(1)求A,B两点的坐标;
(2)如图1,直线y=-d(d<0)交抛物线C1于C,D两点,△BCD的外心E在边CD上,求d的值;
(3)如图2,抛物线C2:y=x²+px+q与抛物线C1交于M,N两点,连接MN,T是线段MN上一点,过点T作y轴的平行线分别交抛物线C1,C2于P,Q两点,连接PM,PN,QM,QN,求证:△PMN与△QMN的面积相等.
解析:
01
(1)送分题,A(-1,0),B(3,0);
02
(2)条件“△BCD的外心E在边CD上”解读:外心是三角形外接圆的圆心,圆心E在CD上可推导出CD是直径,根据直径所对的圆周角是直角,可判断出△BCD是直角三角形,且CD是斜边;再根据直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半可知CD=2BE;
对于点E而言,它是线段CD的中点,同时抛物线的对称轴也经过点E,这是抛物线对称性决定的,所以点E坐标为(1,d),由两点距离公式得BE²=4+d²;
由d=-x²+2x+3得方程x²-2x+d-3=0
故两根和x1+x2=2,x1·x2=d-3
而CD²=(x1-x2)²=(x1+x2)²-4x1·x2=4-4(d-3)=16-4d
根据CD=2BE得CD²=4BE²,可列方程
16-4d=4(4+d²),且d<0,解得d=-1
03
(3)解题之前,要明确这道题究竟需要我们做什么,然后再看题目条件提供了什么,最后才开始寻找思路。
图中的△PMN和△QMN共边,因此它们面积相等,则这条共边上的高必须也相等,如下图:
不妨作这两条高PC和QD,我们只要证明了PC=QD,问题自然解决,这条路好不好走,取决于我们进一步的思考;
根据上图我们容易得到,要证明PC=QD,只需要证明PT=QT,这就回到了熟悉的赛道,在函数背景下证明线段相等,将面积相等转化成了线段相等;
我们需要表示出图中这些相关线段的坐标,当然是用参数,首先是点M和N,可分别设M(m,y1)和N(n,y2),点T在直线MN上,且横坐标为t,可设T(t,y3),点P和点Q横坐标均为t,纵坐标可用相应的函数解析式表示,P(t,-t²+2t+3)和Q(t,t²+pt+q),如果现在就用参数来表示PT和QT的话,比较麻烦,PT=-t²+2t+3-y3,QT=y3-t²-pt-q,无法在含有如此多参数的情况下进行比较,所以需要消参,将PT和QT表达式中的参数消减到可以比较的程度;或者利用中点公式,只要证明P,Q两点纵坐标和的一半即(p/2+1)t+q/2+3/2等于点T的纵坐标即可,这也是我们的目标;
题目条件中给出的参数是p和q,所以我们想办法用含p和q的代数式来表示PT和QT的长;
第一步,M,N由何而来?它们是两条抛物线的交点,所以联立解析式得方程-x²+2x+3=x²+px+q,参数m和n是这个方程的两个根,显然我们并不需要解,也解不出来,利用韦达定理表示出m+n=(2-p)/2,mn=(q-3)/2;
第二步,T由何而来?它在直线MN上,不妨设直线MN为y=kx+b,它与抛物线y=-x²+2x+3的交点横坐标为m,n;为什么不选择抛物线y=x²+px+q?因为它参数多,麻烦,所以选择不含参数的抛物线,联立方程kx+b=-x²+2x+3,仍然由韦达定理得m+n=2-k,mn=b-3;
第三步,寻找k,b与p,q的关联,将前两步得到的结果整理可得(2-p)/2=2-k,(q-3)/2=b-3,于是得到k=p/2+1,b=q/2+3/2,则直线MN解析式为y=(p/2+1)x+q/2+3/2;
第四步,表示T坐标,T(t,(p/2+1)t+q/2+3/2),发现它的纵坐标恰好等于P,Q两点纵坐标和的一半,说明点T是线段PQ的中点,即PT=QT;
综上,可得△PMN和△QMN的面积相等.
解题思考
先不聊参数多寡的问题,这并不是本题考查重点,让我们回到《怎样解题》(波利亚)中的基本步骤上来,先理解题目,再拟定方案,执行方案,最后回顾反思。
最难的第3小题,我们需要证明的是两个三角形面积相等,围绕这个问题,我们其实可以有很多种方式解决,但最基础的,是转化,我们知道面积是两条线段的乘积,在小学的时候我们先学习了长方形的面积,进一步学习三角形面积,所以底乘高除以2是所有学生非常熟悉的,以此为突破口非常符合学生的认知,这也是本题厚道的地方,就从学生容易想到的突破口开始,不偏不怪。理解了题目意图,转化是很自然的思路,沿着这条路走下去,发现证明线段中点确实是最优解,而在坐标系中,这种题目我们见得很多。
在执行解题方案的过程中,我们会遇到新增的参数,例如本题中的m,n,k,b,y1,y2,y3等,这些都属于辅助性的参数,真正留到最后的只有参数t,p,q,这是题目给出的,所以消参的目标也是明确的,即用含t,p,q的代数式来表示m,n,k,b,y1,y2,y3,在不能解含参方程的情况下,韦达定理的作用就体现出来了,它帮助我们建立两根间数量关系,而这些关系式,恰恰就是用来消参的。
只要最终目标,用含参数t,p,q的式子来表示所需线段、坐标能实现,路其实可以更多。
