坐标系中三角形面积的求法模型例谈
摘要:为帮助初中学生有效地解决涉及“已知三角形顶点坐标,求其面积”的各种问题,构建解决此类问题的如下求法模型及其解题策略:奠基法、割补法、铅垂高法、矩形框法、梯形框法、坐标公式法等,以求提高此类问题的教学效益.
关键词:直角坐标系;三角形面积;求法模型;解题策略
近年各地中考试题经常出现“已知三角形三个顶点坐标求三角形面积”这样的问题,让很多学生颇感棘手.2011年《全日制义务教育数学课程标准(修改稿)》初中学段不要求学生掌握“两点间距离公式”、“点到直线的距离公式”等知识,故初中生难求斜线段长及三角形高,因而难求坐标系中三角形面积,故很有必要构建“新课标下解决这类问题常见求法模型”。本文例谈这类问题的几种求法模型:奠基法、割补法、铅垂高法、矩形框法、梯形框法、坐标公式法等,希望有助于提高这类问题教与学的效率.
一、“核心知识模型”(数轴上两点距离的坐标公式):与x轴(或y轴)平行(或重合)的线段上的点纵坐标(或横坐标)相同,故该线段的长度等于线段两个端点的横坐标(或纵坐标)的差的绝对值.
模型1(奠基法):当三角形的一边在坐标轴上(或与坐标轴平行)时,往往可以把可求长的这一边作为底边,把另一顶点到这一边的垂线段作为高,易求其面积.
例1.在ΔABC中,A(2,1),B(2,5),C(-3,2),求ΔABC的面积.
分析:∵A(2,1),B(2,5),∴AB=|yA-yB|=|1-5|=4(即A、B的铅垂距离).
∵A(2,1),C(-1,2),∴AB边上的高=|xC-xA|=|-3-2|=5(即A、C的水平距离),
∴ΔABC的面积=×4×5=10(即S= ·铅垂底·水平高).
例2. 求直线y1=2x-4和y2=5-x及x轴围成的三角形的面积S.
解:联立 ,解得 ,∴C(5,0),
联立 ,解得 ,∴B(2,0),∴BC=|5-2|=3,
联立 ,解得 ,∴A(3,2),∴S= ×BC×|yA|=×3×2=3.
二、常见解题模型汇总:因初中阶段不要求掌握“两点间距离公式”、“点到直线的距离公式”等知识,对于初中学生来说,不在坐标轴上且都不平行坐标轴的斜线段长及三角形高难求,“三条边都不在坐标轴上且都不平行坐标轴”的三角形面积应转换为以上“关键知识模型”及奠基法方可求之.一般应先通过构造特殊图形或方法来解决问题,还有以下六种常见的其他解题模型可供选择使用.
1.模型2(割补法):可使用“割补法”将问题转化为上述的“核心知识模型” 及奠基法,即将所求三角形的面积转化为几个三角形面积的和或差.
例3.求直线y1=2x-4、y2=5-x及y3=x-2围成的三角形的面积S.
解:类同例2方法易求:A(3,2),B(,-),C(5,0),D(0,5),E(0,-2),F(0,-4),G(2,0),
∴DE=|5-(-2)|=7,DF=|5-(-4)|=9,EF=|(-2)-(-4)|=2,∴使用割补法1:SΔABC=SΔDEC-S四边形ABED=SΔDEC-(SΔADF-SΔEFB)=×DE×|xC|-(×DF×|xA|-×EF×|xB|)=×7×5-(×9×3-×2×)=,或者,使用割补法2:SΔABC=SΔAGC+SΔBGC= ×GC×|yA|+ ×GC×|yB|=.
2.模型3(铅垂高法):可使用“作铅垂高法”(也称“正投影法”)将问题转化为上述的“核心知识模型” 及奠基法:分别过三角形的三个顶点向x轴(或y轴)作三条垂线段,将所求三角形面积转化为几个梯形面积的和(或差).
例4. 在ΔABC中, A(2,2),B(7,3),C(4,5),求ΔABC的面积S.
解法1:分别过A、B、C作AD⊥OX于D,BE⊥OX于E,CF⊥OX于F,则AD=2,CF=5,BE=3,DF=2,DE=5,EF=3,∴S=S梯形ADFC+S梯形FCBE-S梯形ADEB=×(2+5)×2+×(5+3)×3-×(2+3)×5=.
解法2:在ΔABC的形外过C作DE‖OX,分别过A、B作AD⊥DE于D,BE⊥DE于E,则AD=5-2=3,BE=5-3=2,DE=7-2=5,DC=4-2=2,CE=7-4=3,S=S梯形ABED-SΔADC-SΔBCE=×(3+2)×5-×3×2-×2×3=.
解法3(解法1的变式):分别过C、A、B作CD⊥OX,AG⊥CD,BF⊥CD,垂足分别为E、G、F,则AG+BF=7-2=5.AB的解析式为:= ,即y=x+,令x=4,则y=,∴E(4,),∴CE=5-=,∴S=SΔAEC+SΔBEC= ·CE·(AE+BF)=××5= .
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