文/李長春(特級教師)
在精彩紛呈的初中數(shù)學(xué)大舞臺上,45°的角一直扮演著重要的角色,雖是配角,但其常與作為主角的二次函數(shù)圖像聯(lián)袂演出一幕幕壓軸大戲。眾所周知,等腰直角三角形的底角為45°,因此,當題目中出現(xiàn)45°角時,我們往往要構(gòu)建等腰直角三角形,將角相等轉(zhuǎn)化為邊相等,從而使問題迎刃而解。
例1 如圖1,拋物線y=a(x-m)2+n(a<0,m>0,n>0)交y軸于點P,點A為拋物線的頂點,設(shè)直線PA與y軸所夾的角為45°,當A為拋物線的頂點時,求am的值。
圖1
【思路分析】如何用好條件中的“直線PA與y軸所夾的角為45°”是解題的關(guān)鍵,此時可根據(jù)45°角構(gòu)造等腰直角三角形,結(jié)合拋物線頂點坐標表示出關(guān)鍵線段的長,借助線段之間的關(guān)系列出等式求解。
解:如圖2,過點A作AH⊥y軸于H。
因為y=a(x-m)2+n=ax2-2amx+am2+n,所以P(0,am2+n)。
因為A(m,n),所以AH=m,OH=n。
圖2
因為∠APH=45°,所以PH=AH=m。
由PH+OP=OH,得m+am2+n=n,即am2=-m,
又因為m>0,所以am=-1。
例2 如圖3,拋物線y=-x2+4x-3 與x軸交于點A、B,與y軸交于點C。Q為拋物線上一點,若∠ACQ=45°,求點Q的坐標。
圖3
【思路分析】由45°角聯(lián)想到等腰直角三角形,以AC為直角邊在第四象限構(gòu)造等腰直角三角形,借助直角坐標系的直角構(gòu)造“一線三等角”,求得等腰直角三角形第三個頂點的坐標,最后再利用等腰直角三角形斜邊所在的直線與拋物線的交點求得Q點的坐標。
解:對于y=-x2+4x-3,令y=0,易得x1=1,x2=3;再令x=0,得y=-3,所以O(shè)A=1,OB=OC=3。
圖4
圖5
【思路分析】猜想∠ACB=90°,利用勾股定理的逆定理確認,繼而得∠ACO=∠CBA,在x軸上取點E(2,0),連接CE,易得△OCE是等腰直角三角形,可得∠OCE=45°,進一步可推出∠ACE=∠CAQ,可得CE//PQ,然后利用待定系數(shù)法分別求出直線CE與PQ的函數(shù)表達式,再與拋物線的表達式聯(lián)立,組成方程組,求解即可。
解:根據(jù)題意,得A(-1,0),B(4,0),C(0,2)。
因為AC2=12+22=5,BC2=22+42=20,AB2=25,
所以AC2+BC2=AB2,所以∠ACB=90°。
又因為∠ACO+∠CAO=∠CBA+∠CAO=90°,所以∠ACO=∠CBA。
圖6
如圖6,在x軸的正半軸上取點E(2,0),連接CE,則OC=OE=2,所以∠OCE=45°,
所以∠ACE=∠ACO+∠OCE=∠CBA+45°=∠CAQ,所以CE//PQ。
因為C(0,2),E(2,0),所以直線CE的表達式為y=-x+2,
設(shè)直線PQ的表達式為y=-x+n,把點A(-1,0)代入,可得n=-1,
所以直線PQ的表達式為y=-x-1。
因為點P是第四象限的點,所以點P的坐標是(6,-7)。
圖7
【思路分析】如何利用條件“∠AQM=45°”是解決此題的關(guān)鍵。因為∠AQM的兩邊與坐標軸不平行,所以無法直接運用這個條件。我們聯(lián)想到“化斜為直”,試著構(gòu)造△AQM的外接圓,利用“一條弧所對的圓周角等于它所對的圓心角的一半”,將45°的圓周角轉(zhuǎn)化為90°的圓心角,得到一個直角邊和坐標軸平行的、看起來令人舒服的等腰直角三角形,從而順利打開思路,使問題迎刃而解。
如圖8,過點A作AH⊥拋物線的對稱軸于H,因為A(3,2),所以AH=MH=2,則H(1,2)。
圖8
以點H為圓心,AH為半徑作⊙H,因點H到y(tǒng)軸的距離為1,小于⊙H的半徑2,所以⊙H與y軸相交,設(shè)其交點為Q,連接AQ、MQ、AM。
因為△AQM外接圓的圓心為H,所以QH=HA=HM=2。
過點H作HN⊥y軸于H,設(shè)Q(0,t)。
在Rt△HNQ中,由勾股定理,得HN2+QN2=HQ2,則12+(2-t)2=22,解得t1=2- 3,t2=2+ 3,