初中階段求三角形的面積是常見的問題,求解的方法較多,如公式法、割補(bǔ)法、切線法、三角函數(shù)法、鉛垂法等.下面具體介紹鉛垂法在求三角形面積問題中的應(yīng)用.
一、方法解讀
在直角坐標(biāo)系中要求三角形的面積,當(dāng)三角形為直角三角形時(shí)可直接用面積公式法求解,故不予以討論;當(dāng)三角形為銳角三角形或鈍角三角形時(shí),可以利用鉛垂法,通過三角形的任意一個(gè)頂點(diǎn)作“鉛垂高”進(jìn)行面積的割補(bǔ)來求解.下面展示銳角三角形模型如圖1,鈍角三角形模型如圖2.
盡管割補(bǔ)的方法和求解的過程不一樣,但是得出的結(jié)論卻是一致的,因此結(jié)論可以歸結(jié)為 SΔABC = 1 2| yD - y | A | x | C - xB .
若把 C、B 兩點(diǎn)之間的水平距離稱為“水平寬”,過點(diǎn) A 作 x 軸的垂線與 CB 的交點(diǎn)為 D,線段 AD 即為 CB 邊的“鉛垂高”,可得 S△ABC = 水平寬 × 鉛垂高 2 .
利用鉛垂法表示三角形的面積,既可以用坐標(biāo)表示,也可以用文字表示,其中用坐標(biāo)表示僅限于在直角坐標(biāo)系中的三角形,而用文字表示則不受限制,更具一般性.鉛垂法是以“割”“補(bǔ)”思想為指導(dǎo)的具體方法,其中過三角形的任何頂點(diǎn)引鉛垂線都可以,可根據(jù)實(shí)際情形進(jìn)行選擇,與三角形的形狀無關(guān),與三角形在第幾象限無關(guān),甚至與三角形是否在直角坐標(biāo)系內(nèi)也無關(guān).
二、鉛垂法在解題中的應(yīng)用
雖然在任何條件背景下都能運(yùn)用鉛垂法求解三角形面積問題,但是在初中階段運(yùn)用較多的情形仍是以直角坐標(biāo)系為背景的三角形,如在直角坐標(biāo)系中以一次函數(shù)、反比例函數(shù)、二次函數(shù)為載體,求三角形面積,討論三角形面積的不變性,求解三角形面積的最值等問題,常用鉛垂法求解.其原因在于借助直角坐標(biāo)系和函數(shù),能更方便快捷地求水平寬、鉛垂高.解答這類問題的基本思路是,首先過三角形的某一端點(diǎn)作水平或豎直的直線,將面積進(jìn)行割補(bǔ);然后借助函數(shù)與點(diǎn)的關(guān)系,求出相應(yīng)的頂點(diǎn)坐標(biāo),可以是具體數(shù)值,也可以是含參數(shù)的形式,進(jìn)而求出水平寬、鉛垂高;最后利用公式求得三角形的面積.
例1如圖3,△ABC三個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A(4,1),B(5,5),C(-1,2),則三角形的面積為().
解:如圖4,過點(diǎn)A作AD∥y軸,交BC于點(diǎn)D,
因?yàn)锽(5,5),C(-1,2)
所以lBC:y=x+,
因?yàn)锳(4,1),所以D(4,),
所以AD=-1=,
所以S△ABC=·AD·(xB-xC)
=××(5+1)=.
評(píng)注:利用鉛垂法求面積可以按如下步驟:第一步,結(jié)合鉛垂法建立面積模型;第二步,由點(diǎn)B和點(diǎn)C的坐標(biāo)求水平寬,以及直線BC的函數(shù)解析式;第三步,由點(diǎn)A的坐標(biāo)和直線BC的函數(shù)解析式確定點(diǎn)D的坐標(biāo),從而確定鉛垂高的值;第四步,代入鉛垂法的模型公式,求三角形的面積.
例2已知二次函數(shù)y=-x2-2x+3的圖象與x軸的左交點(diǎn)為點(diǎn)A,與y軸的交點(diǎn)為點(diǎn)B,點(diǎn)C的坐標(biāo)為(0,-1),若點(diǎn)P是二次函數(shù)圖象上的一動(dòng)點(diǎn),且點(diǎn)P在x軸上方,寫出ΔACP的面積S關(guān)于點(diǎn)P的橫坐標(biāo)x的函數(shù)表達(dá)式,并求S的最大值.
解:由題意可求出A(-3,0),B(0,3).
當(dāng)點(diǎn)P在y軸左側(cè)時(shí),過點(diǎn)P作PD//y軸交AC于點(diǎn)D,
求得SΔPAC=(xC-xA)?PD=PD.
當(dāng)點(diǎn)P在y軸右側(cè)時(shí),過點(diǎn)P作PD//y軸交AC的延長(zhǎng)線于點(diǎn)D,
求得SΔPAC=(xC-xA)?PD=PD.
因?yàn)辄c(diǎn)P在拋物線上,
設(shè)P(x,-x2-2x+3),
又點(diǎn)D在直線AC上,求得直線AC的解析式為y=-x-1,
所以可設(shè)D(x,-x-1),
所以PD=yP-yD=-x2-x+4,
所以SΔPAC=PD=-(x2+x-4)
=-x+2+,
故當(dāng)x=-時(shí),SΔPAC取得最大值,最大值為.
評(píng)注:本題要求SΔPAC的表達(dá)式,由于點(diǎn)P是動(dòng)點(diǎn),可在y軸的不同側(cè),需要進(jìn)行討論,但是根據(jù)上面的模型推導(dǎo)可知,其結(jié)果是一樣的,分類討論更顯得解題的嚴(yán)謹(jǐn)性.點(diǎn)P、點(diǎn)D在鉛垂線上,所以其橫坐標(biāo)相同,故在設(shè)點(diǎn)時(shí)要設(shè)相同的參數(shù),為解題帶來方便.
總之,鉛垂法屬于求三角形面積的通法,同學(xué)們?cè)谄匠5挠?xùn)練中要弄懂該方法的本質(zhì)屬性、推導(dǎo)過程、解題適用情形等要素,而不能只是死記公式、套公式解題.只有真正弄清通法的來龍去脈,才能以不變應(yīng)萬(wàn)變,靈活運(yùn)用,輕松解題.