【专题提升】正方形存在性问题

延伸阅读:
【专题提升】菱形存在性问题
【专题提升】矩形存在性问题
【专题提升】平行四边形存在性问题
【专题提升】直角三角形存在性问题
【专题提升】等腰三角形存在性问题
作为特殊四边形中最特殊的一位,正方形拥有更多的性质,因此坐标系中的正方形存在性问题变化更加多样,从判定的角度来说,可以有如下:
(1)有一个角为直角的菱形;
(2)有一组邻边相等的矩形;
(3)对角线互相垂直平分且相等的四边形.
依据题目给定的已知条件选择恰当的判定方法,即可确定所求的点坐标.
01
问题与方法
从未知量的角度来说,正方形可以有4个“未知量”,因其点坐标满足4个等量关系,考虑对角线性质,互相平分(2个)垂直(1个)且相等(1个).
比如在平面中若已知两个定点,可以在平面中确定另外两个点使得它们构成正方形,而如果要求在某条线上确定点,则可能会出现不存在的情况,即我们所说的未知量小于方程个数,可能无解.
从动点角度来说,关于正方形存在性问题可分为:
(1)2个定点+2个全动点;
(2)1个定点+2个半动点+1个全动点;
甚至可以有:(3)4个半动点.
不管是哪一种类型,要明确的是一点,我们肯定不会列一个四元一次方程组求点坐标!
常用处理方法
思路1:从判定出发
若已知菱形,则加有一个角为直角或对角线相等;
若已知矩形,则加有一组邻边相等或对角线互相垂直;
若已知对角线互相垂直或平分或相等,则加上其他条件.
思路2:构造三垂直全等
若条件并未给关于四边形及对角线的特殊性,则考虑在构成正方形的4个顶点中任取3个,必是等腰直角三角形,若已知两定点,则可通过构造三垂直全等来求得第3个点,再求第4个点.
总结:
构造三垂直全等的思路仅适合已知“两定两动”的情形,若有3个或4个动点,则考虑从矩形的判定出发,观察该四边形是否已为某特殊四边形,考证还需满足的其他关系.

引例随便看看

在平面直角坐标系中,A(1,1),B(4,3),在平面中求C、D使得以A、B、C、D为顶点的四边形是正方形.

如图,一共6个这样的点C使得以A、B、C为顶点的三角形是等腰直角三角形.

至于具体求点坐标,以C1为例,构造△AMB≌△C1NA,即可求得C1坐标.至于像C5、C6这两个点的坐标,不难发现,C5是AC3或BC1的中点,C6是BC2或AC4的中点.

题无定法,具体问题还需具体分析,如上仅仅是大致思路.

02
双动点类
正方形的存在性问题在中考中出现得并不多,却依然可以分“双动点”、“三动点”、“四动点”等不用类型问题.对于“两定两动”问题,通常构造等腰直角三角形求第3点.

2015毕节中考(删减)

【双动点:平面+平面】
如图,抛物线y=x²+bx+c与x轴交于A(-1,0),
B(3,0)两点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)是否存在过A、B两点的抛物线,其顶点P关于x轴的对称点为Q,使得四边形APBQ为正方形?若存在,求出此抛物线的解析式;若不存在,请说明理由.
【分析】
(1)抛物线:y=x²-2x-3;
(2)已知A(-1,0)、B(3,0),故构造以AB为斜边的等腰直角△APB,如下:
若四边形APBQ是正方形,易得P点坐标为(1,2)或(1,-2),
当P点坐标为(1,2)时,易得抛物线解析式为y=-1/2(x-1)²+2;
当P点坐标为(1,-2)时,易得抛物线解析式为y=1/2(x-1)²-2.
综上所述,抛物线解析式为y=-1/2(x-1)²+2或y=1/2(x-1)²-2.
【小结】看到两个定点,不管题目如何描述第3个点的位置,均可通过构造等腰直角三角形确定第3个点,再求得第4个点.
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2012通辽中考

【双动点:抛物线+抛物线】
如图,在平面直角坐标系中,将一个正方形ABCD放在第一象限斜靠在两坐标轴上,且点A(0,2)、点B(1,0),抛物线y=ax²-ax-2经过点C.
(1)求点C的坐标;
(2)求抛物线的解析式;
(3)在抛物线上是否存在点P与点Q(点C、D除外)使四边形ABPQ为正方形?若存在求出点P、Q两点坐标,若不存在说明理由.
【分析】
(1)C(3,1);
(2)抛物线:y=1/2x²-1/2x-2;
(3)考虑A、B、P构成等腰直角三角形且∠B为直角,故可作出点P如下:

构造三垂直全等:△AMB≌△BNP,

即可求得P点坐标为(-1,-1),

将点P代入抛物线解析式,成立,

即点P在抛物线上.

根据点P构造点Q,

通过点的平移易得点Q坐标为(-2,1),

代入抛物线解析式,成立,即点Q也在抛物线上,

故存在,点P坐标为(-1,-1),点Q坐标为(-2,1).

【小结】本题数据设计得巧妙,因为A、B为已知点,故由A、B可确定点P且恰好在抛物线上,由A、B、P确定的点D恰好也在抛物线上,故存在这样的一组P、Q,当然若适当调整数据,则答案完全可以变成不存在.

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03
三动点类

若出现四动点,则通常四边形具有一定的特殊性,从已知条件出发,分析还需满足的其他条件,通常列关于边或对角线方程得解.

2017雅安中考

【三动点】已知矩形构造邻边相等
如图,已知抛物线y=x²+bx+c的图像经过点A(1,0),B(-3,0),与y轴交于点C,抛物线的顶点为D,对称轴与x轴相交于点E,连接BD.
(1)求抛物线的解析式.
(2)若点P在直线BD上,当PE=PC时,求点P的坐标.
(3)在(2)的条件下,作PF⊥x轴于F,点M为x轴上一动点,点N为直线PF上一动点,G为抛物线上一动点,当以点F、N、G、M四点为顶点的四边形为正方形时,求点M的坐标.
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2017枣庄中考(删减)

【三动点】已知对角线考虑对角线
如图,抛物线y=-1/2x²+bx+c与x轴交于点A和点B,与y轴交于点C,点B坐标为(6,0),点C坐标为(0,6),点D是抛物线的顶点,过点D作x轴的垂线,垂足为E,连接BD.
(1)求抛物线的解析式及点D的坐标;
(2)若点M是抛物线上的动点,过点M作MN∥x轴与抛物线交于点N,点P在x轴上,点Q在坐标平面内,以线段MN为对角线作正方形MPNQ,请写出点Q的坐标.

思路总结

像这样的三动点问题,通常四边形的边或对角线总有一个与坐标轴平行,可采用邻边相等或对角线相等确定正方形.
若边与坐标轴平行,则对角线与x轴夹角为45°,反之亦成立,可求得对角线或边的解析式,联立方程求得点坐标,也不失为一种简便方法.
04
四动点类

当有4个动点时,其实思路与三动点无异,只是计算略难略难~

2018南充中考(删减)

【四动点】计算其实并不简单
如图,抛物线顶点P(1,4),与y轴交于点C(0,3),与x轴交于点A,B.
(1)求抛物线的解析式.
(2)若M、N为抛物线上两个动点,分别过点M、N作直线BC的垂线段,垂足分别为D、E.是否存在点M、N使四边形MNED为正方形?如果存在,求正方形MNED的边长;如果不存在,请说明理由.
【小结】其实只要能将计算进行下去,在已知矩形的前提下,无论选边还是选对角线,都能解决问题.思路1中考虑M、N两个点均未知,设一点,求一点,再代入解析式求解.思路2中充分利用该四边形位置来求边长.
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