“雙圖”題型——圖形運(yùn)動(dòng)與函數(shù)圖象間的探究

通常情況下，函數(shù)研究的是變量之間的關(guān)系，而平面幾何中，圖形的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶來更豐富的變化，這二者的結(jié)合，是典型的數(shù)形結(jié)合，用函數(shù)觀念去理解圖形運(yùn)動(dòng)，從圖形運(yùn)動(dòng)中尋找函數(shù)關(guān)系，對學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力提出了較高要求。例如2023年深圳卷第10題、2023年河北卷第14題、2023年河南卷第10題、2023年齊齊哈爾卷第8題、2023年溫州卷第10題等，“雙圖”之一是動(dòng)態(tài)幾何圖形，之二是函數(shù)圖象，難度有高有低，區(qū)分度也隨之不同，這一類問題，需要學(xué)生看懂圖形的運(yùn)動(dòng)，找到其中的變量，并且理解對應(yīng)的函數(shù)圖象。

題目

如圖1，在Rt△ABC中，∠ACB=90°，BC=2AC，定長線段EF分別是邊AC、BC邊上的動(dòng)點(diǎn)，O是EF的中點(diǎn)，連接OB，設(shè)AE=x，CF=y2，y與x之間的函數(shù)關(guān)系的部分圖象如圖2所示(最高點(diǎn)為(b,4))，當(dāng)x=a時(shí)，∠OBC最大，則a的值為___________

解析

圖形變化中的特殊位置均在右圖函數(shù)圖象中尋找，當(dāng)x=b時(shí)，y有最大值4，此時(shí)再觀察左圖，CF=y2，當(dāng)y有最大值，即CF有最大值，對于定長線段EF，在Rt△CEF中，當(dāng)EF與CF重合時(shí)，取最大值，此時(shí)y=4，即CF=2，所以我們得到了定長線段EF=2；

當(dāng)x=1時(shí)，CF=√3，在Rt△CEF中，可求出CE=1，所以得到AC=2，同時(shí)BC=4；

此時(shí)對于△CEF，點(diǎn)O是斜邊上的中點(diǎn)，因此點(diǎn)O在以C為圓心，1為半徑的圓上，如下圖：

當(dāng)∠OBC最大時(shí)，即OB成為圓C切線，我們連接OC，并過點(diǎn)O向BC作垂線，如下圖：

此時(shí)OG為△EFC中位線，所以我們只要求出OG的長，問題即可解決；

由切線性質(zhì)可知∠BOC=90°，于是在Rt△BOC中，利用勾股定理求出OB=√15，再分別在Rt△BOG和Rt△COG中利用勾股定理列方程（雙勾股法）得OB2-BG2=OC2-CG2，可證CG=FG，不妨設(shè)CG=FG=m，則15-(4-m)2=1-m2，解得m=1/4；

最后在Rt△COG中利用勾股定理求出OG=√15/4，所以CE=√15/2，結(jié)果得到AE=x=a=2-√15/2.

解題反思

“雙圖”題型在2023年全國各地中考的難度分布并不相同，但基本上都位于選擇題壓軸處，如下圖：

也就是說，這一類題型屬于中檔題，承擔(dān)區(qū)分中等生和后進(jìn)生的任務(wù)，數(shù)學(xué)閱讀能力不足，學(xué)科素養(yǎng)不夠的學(xué)生，很難迅速給出正確解答。

在解題過程中，隱圓C非常重要，它是理解為什么∠OBC最大時(shí)，OB與圓C相切的關(guān)鍵，而切線是垂線OG的引子；在思路分析過程中，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生理解函數(shù)圖象的困難在于不會(huì)將兩圖進(jìn)行對照，定長線段EF的運(yùn)動(dòng)，源于自變量x，即AE長，因變量是y，而CF2=y，也可解讀成CF=√y，這兩個(gè)變量在函數(shù)圖象上給出了幾個(gè)特殊位置的坐標(biāo)，這些位置需要對照幾何圖形去理解，點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到何處，線段有多長，角度有多少等。

學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的高低在課堂上完全能夠呈現(xiàn)出來，僅以此題為例，閱讀能力不足的學(xué)生，無法從函數(shù)圖象中獲取運(yùn)動(dòng)信息，或者獲取到錯(cuò)誤的信息，觀察能力不足的學(xué)生，找不到點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)的軌跡，從而無法理解∠OBC最大時(shí)圖中各線段的位置等，本題對學(xué)生的區(qū)分非常有效，作為一道填空壓軸題，十分適合。