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如图,线段AB,CD在平面直角坐标系中的位置如图所示,O为坐标原点.若线段AB上一点P的坐标为(a,b),则直线OP与线段CD的交点坐标为( ).

如图,线段AB,CD在平面直角坐标系中的位置如图所示,O为坐标原点.若线段AB上一点P的坐标为(a,b),则直线OP与线段CD的交点坐标为( ).

好的,我们先梳理一下题意。

题目描述:

有线段 ABAB 与线段 CDCD 在一个平面直角坐标系中。

OO 为坐标原点。

线段 ABAB 上一点 PP 坐标为 (a,b)(a,b)

问:直线 OPOP 与线段 CDCD 的交点坐标是多少。

但是题中似乎缺少图形,只写了“如所示”,所以没有具体的 A,B,C,DA,B,C,D 坐标。
这类题常见的模式是:线段 ABAB 与线段 CDCD 可能平行于坐标轴或呈某种对称性,
PPABAB 上,OPOP 连起来并延长会与 CDCD 相交于某点,而该交点坐标可以用 (a,b)(a,b) 的某种对应形式表示。


常见题型猜测

比如一种常见题型是:

ABAB 在一条竖直线或水平线上,且 CDCD 在另一条竖直线或水平线上。

OO 为原点。

PPABAB 上移动时,直线 OPOPCDCD 的交点坐标与 PP 的坐标成比例关系(中心投影)。

具体例子(我见过的某题):
A(3,0),B(3,1)A(3,0), B(3,1) 竖直线 x=3x=3 上的线段。
C(6,0),D(6,1)C(6,0), D(6,1) 竖直线 x=6x=6 上的线段。
PP 坐标为 (3,b)(3, b),直线 OPOP 方程:y=b3xy = \frac{b}{3} x
x=6x=6 时,y=b3×6=2by = \frac{b}{3} \times 6 = 2b
由于 CDCD 纵坐标范围 [0,1][0,1],需 02b10 \le 2b \le 1,即 0b0.50 \le b \le 0.5

但题目一般会给完整 A,B,C,DA,B,C,D 或隐含比例关系,有时 A,BA,BC,DC,D 是相对于原点对称或沿y轴对称等。


更一般的比例推理

假设:

A(m,y1),B(m,y2)A(m, y_1),\quad B(m, y_2)

是竖直线 x=mx = m

C(n,y3),D(n,y4)C(n, y_3),\quad D(n, y_4)

是竖直线 x=nx = nm,n>0m, n > 0
那么 PPABAB 上,P=(m,b)P = (m, b) (注意此处 bb 为纵坐标,题干用 (a,b)(a,b),若 aa 定值则 xx 固定,若 aa 不固定则可能是水平线段等)。

实际上如果 ABAB 是竖直线,P=(m,b)P = (m, b),直线 OPOP 方程:y=bmxy = \frac{b}{m} x
CD:x=nCD: x = n 的交点 QQ(n,bmn)\left( n, \frac{b}{m} \cdot n \right)
这个交点纵坐标是 bnmb \cdot \frac{n}{m},即按原点投影比例放大了。


ABAB 是水平线段

比如 A(x1,h),B(x2,h)A(x_1, h), B(x_2, h),那么 P=(a,h)P = (a, h),题干给 P=(a,b)P = (a, b) 的话,则 b=hb = h 是常数?
那又不符合“P在AB上,坐标为(a,b)”中a、b都变的可能。

所以更常见情况:AB、CD都平行,但都与坐标轴不平行?
那样更复杂,但常可用向量比例法:


ABABCDCD 是两条平行线段(图形中常见这种设计)。
那么直线 OPOPCDCD 的交点 QQ 可通过相似三角形得到。

例如 A(2,1),B(4,2)A(2,1), B(4,2),则 ABAB 的方向向量 (2,1)(2,1)
C(5,2),D(7,3)C(5,2), D(7,3),平行于 ABAB 且方向一样。

PP 在线段 ABAB 上,则 P=A+t(BA)=(2+2t,1+t)P = A + t(B-A) = (2+2t, 1+t),设 P=(a,b)P = (a,b)
a=2+2t, b=1+ta = 2+2t,\ b=1+t,可知 b=1+a22=a2b = 1 + \frac{a-2}{2} = \frac{a}{2}
所以 a,ba, b 有关系:b=a2b = \frac{a}{2} (说明 ABAB 在直线上 y=x/2y = x/2 的一段)。

现在 CDCD 在直线 y=x52+2y = \frac{x-5}{2} + 2y=x20.5y = \frac{x}{2} - 0.5 上。

直线 OPOP:过 OOPP:方程 y=bax=(a/2)ax=x2y = \frac{b}{a} x = \frac{(a/2)}{a} x = \frac{x}{2}
发现 OPOPCDCD 所在直线的斜率相等(都是 1/2),这不可能相交,除非重合。它们不重合(截距不同),所以平行,没有交点(除非延伸长度使它们共线,但这里CD是固定有限线段且AB斜率等于CD斜率则OP斜率相同,必然平行)。

所以这样不行,交不到。


我猜测原题标准图

常见模式:
ABAB 在直线 x=m1x = m_1 上,CDCD 在直线 x=m2x = m_2 上。
且它们高度范围不同,但 OO 在原点,则直线 OPOPCDCD 的交点 QQ 的纵坐标由 bm2m1b \cdot \frac{m_2}{m_1} 得到。

如果 已知答案可能是 (ka,kb)(ka, kb) 的形式,则 k=m2/m1k = m_2 / m_1


由于没有具体图形,我假设原题中 ABABx=2x=2 线段上,CDCDx=4x=4 线段上,且两线段纵坐标范围相同。
那么 P=(a,b)P = (a,b) 时,因为 a=2a=2 固定,所以 P=(2,b)P = (2, b)
直线 OP:y=b2xOP: y = \frac{b}{2} x,交 CDCDx=4x=4y=2by = 2b
因此交点为 (4,2b)(4, 2b)

aa 不固定(AB是水平或斜线段),那答案就会是 (nma,nmb)\left( \frac{n}{m} a, \frac{n}{m} b \right) 的形式。


经典题结论(某年中考或模拟题):
AB//CDAB // CD 且它们到原点在同侧时,
交点 QQPP 的坐标成比例:

Q=(xCxAa,xCxAb)Q = \left( \frac{x_C}{x_A} a, \frac{x_C}{x_A} b \right)

条件是 A、C 的 x 坐标符号相同且非零,并且 AB、CD 在类似位置上。


由于题目只是示例,没有具体坐标,我只能给出 常见题型的答案形式

ABAB 在竖直线 x=mx = m 上,CDCD 在竖直线 x=nx = n 上,且纵坐标范围使得 OP 能交 CD 上点,则

交点坐标=(n,nmb)\text{交点坐标} = \left( n, \frac{n}{m} b \right)

因为 PP 的横坐标 a=ma = m,所以纵坐标按比例放大 nm\frac{n}{m} 倍。


根据常见模式,选择题答案很可能是

(2a,2b)\boxed{(2a, 2b)}

或者 (32a,32b)\left( \frac{3}{2} a, \frac{3}{2} b \right) 这种形式,具体看 n/mn/m 比值。

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