中考数学二轮总复习(解答题)突破训练:专题五《与图形的变换结合的探究题》(教师版)
展开(1)若四边形ABCD为正方形.
①如图①,请直接写出AE与DF的数量关系_DF=eq \r(2)AE_;
②将△EBF绕点B逆时针旋转到图②所示的位置,连接AE,DF,猜想AE,DF的数量关系并说明理由;
(2)如图③,若四边形ABCD为矩形,BC=mAB,其他条件都不变,将△EBF绕点B顺时针旋转α(0°<α<90°)得到△E′BF′,连接AE′,DF′,请在图③中画出草图,并直接写出AE′与DF′的数量关系.
解:(1)②DF=eq \r(2)AE.理由如下:
∵△EBF绕点B逆时针旋转,∴∠ABE=∠DBF,
∵eq \f(BF,BE)=eq \r(2),eq \f(BD,AB)=eq \r(2),∴eq \f(BF,BE)=eq \f(BD,AB),
∴△ABE∽△DBF,∴eq \f(DF,AE)=eq \f(BF,BE)=eq \r(2),
即DF=eq \r(2)AE;
(2)如解图,∵四边形ABCD为矩形,
∴AD=BC=mAB,∴BD=eq \r(AB2+AD2)=eq \r(1+m2)AB,
∵EF⊥AB,∴EF∥AD,
∴△BEF∽△BAD,
∴eq \f(BF,BE)=eq \f(BD,BA)=eq \r(1+m2),
∵△EBF绕点B顺时针旋转α(0°<α<90°)得到△E′BF′,
∴∠ABE′=∠DBF′,BE′=BE,BF′=BF,
∴eq \f(BF′,BE′)=eq \f(BD,BA)=eq \r(1+m2),∴△ABE′∽△DBF′,
∴eq \f(DF′,AE′)=eq \f(BD,BA)=eq \r(1+m2),即DF′=eq \r(1+m2)AE′.
2.边长为6的等边△ABC中,点D、E分别在AC、BC边上,DE∥AB,EC=2eq \r(3).
(1)如图①,将△DEC沿射线EC方向平移,得到△D′E′C′,边D′E′与AC的交点为M,边C′D′与∠ACC′的角平分线交于点N,当CC′多大时,四边形MCND′为菱形?并说明理由;
(2)如图②,将△DEC绕点C旋转∠α(0°<α<360°),得到△D′E′C,连接AD′,BE′.边D′E′的中点为P.
①在旋转过程中,AD′和BE′有怎样的数量关系?并说明理由;
②连接AP,当AP最大时,求AD′的值.(结果保留根号)
(导学号 58824238)
图① 图②
解:(1)当CC′=eq \r(3)时,四边形MCND′是菱形.
理由:由平移的性质得,CD∥C′D′,DE∥D′E′,
∵△ABC是等边三角形,∴∠B=∠ACB=60°,
∴∠ACC′=180°-∠ACB=120°,
∵CN是∠ACC′的角平分线,
∴∠NCC′=eq \f(1,2)∠ACC′=60°=∠B=∠D′E′C′,∴D′E′∥CN,
∴四边形MCND′是平行四边形,
∵∠ME′C′=∠MCE′=60°,∠NCC′=∠NC′C=60°,
∴△MCE′和△NCC′是等边三角形,∴MC=CE′,NC=CC′,
∵四边形MCND′是菱形,∴CN=CM,∴CE′=CC′.
又∵E′C′=EC=2eq \r(3),∴CC′=eq \f(1,2)E′C′=eq \r(3);
(2)①AD′=BE′.
理由:当α≠180°时,由旋转的性质得,∠ACD′=∠BCE′,
由(1)知,AC=BC,CD′=CE′,
∴△ACD′≌△BCE′,∴AD′=BE′,
当α=180°时,AD′=AC+CD′,BE′=BC+CE′,
即:AD′=BE′,综上可知:AD′=BE′.
②如解图①,连接CP,在△ACP中,由三角形三边关系得,AP<AC+CP,
∴当点A,C,P三点共线时,AP最大,如解图②,
在△D′CE′中,由P为D′E′的中点,得AP⊥D′E′,PD′=eq \r(3),
∴CP=3,∴AP=6+3=9,
在Rt△APD′中,由勾股定理得,AD′=eq \r(AP2+PD′2)=2eq \r(21).
图① 图②
3.如图,∠MAN=60°,AP平分∠MAN,点B是射线AP上一定点,点C在直线AN上运动,连接BC,将∠ABC(0°<∠ABC<120°)的两边射线BC和BA分别绕点B顺时针方向旋转120°,旋转后角的两边分别与射线AM交于点D和点E.
(1)如图①,当点C在射线AN上时.
①请判断线段BC与BD的数量关系,直接写出结论;
②请探究线段AC、AD和BE的数量关系,写出结论并证明;
(2)如图②,当点C在射线AN的反向延长线上时,BC交射线AM于点F,若AB=4,AC=eq \r(3),请直接写出AD和DF的长.
图① 图②
解:(1)①BC=BD;②AC+AD=eq \r(3)BE,证明如下:
如解图,过点 B作BH⊥AE于点H,
∵∠MAN=60°,AP平分∠MAN,
∴∠1=∠2=eq \f(1,2)∠MAN=30°,∵将∠ABC绕点B顺时针方向旋转120°,
∴旋转后角的两边分别与射线AM交于点D和点E,
∴∠CBD=∠ABE=120°,
∴∠CBD-∠ABD=∠ABE-∠ABD,即:∠3=∠4,
∵∠ABE=120°,∠1=30°
∴∠5=180°-∠ABE-∠1=30°,
∵∠5=∠1,
∴BA=BE,∵∠5=∠2=30°,∠3=∠4,
∴△ABC≌△EBD,∴AC=DE,∴AC+AD=DE+AD=AE,
∵BH⊥AE于点H,BA=BE,∴AH=EH=eq \f(1,2)AE,
∵∠5=30°,∴EH=BE·cs30°=eq \f(\r(3),2)BE,
即:eq \f(1,2)AE=eq \f(\r(3),2)BE,∴AE=eq \r(3)BE,∴AC+AD=eq \r(3)BE;
(2)AD=5eq \r(3),DF=eq \f(31\r(3),7).
4.如图①,在Rt△ABC中,∠A=90°,AB=AC,点D,E分别在边AB,AC上,AD=AE,连接DC,点M,P,N分别为DE,DC,BC的中点.
(1)观察猜想
图①中,线段PM与PN的数量关系是_PM=PN_,位置关系是_PM⊥PN_;
(2)探究证明
把△ADE绕点A逆时针方向旋转到图②的位置,连接MN,BD,CE,判断△PMN的形状,并说明理由;
(3)拓展延伸
把△ADE绕点A在平面内自由旋转,若AD=4,AB=10,请直接写出△PMN面积的最大值.
解:(2)由旋转知,∠BAD=∠CAE,
∵AB=AC,AD=AE,∴△ABD≌△ACE(SAS),
∴∠ABD=∠ACE,BD=CE,
同(1)的方法,利用三角形的中位线得,PN=eq \f(1,2)BD,PM=eq \f(1,2)CE,∴PM=PN,
∴△PMN是等腰三角形,
同(1)的方法得,PM∥CE,∴∠DPM=∠DCE,
同(1)的方法得,PN∥BD,∴∠PNC=∠DBC,
∵∠DPN=∠DCB+∠PNC=∠DCB+∠DBC,
∴∠MPN=∠DPM+∠DPN=∠DCE+∠DCB+∠DBC=∠BCE+∠DBC=∠ACB+∠ACE+∠DBC=∠ACB+∠ABD+∠DBC=∠ACB+∠ABC,
∵∠BAC=90°,∴∠ACB+∠ABC=90°,∴∠MPN=90°,
∴△PMN是等腰直角三角形;
(3)如解图,同(2)的方法得,△PMN是等腰直角三角形,
∴MN最大时,△PMN的面积最大,在△AMN中,MN
∴DE∥BC且DE在顶点A上面,
∴MN最大=AM+AN,连接AM,AN,
在△ADE中,AD=AE=4,∠DAE=90°,∴AM=2eq \r(2),
在Rt△ABC中,AB=AC=10,AN=5eq \r(2),∴MN最大=2eq \r(2)+5eq \r(2)=7eq \r(2),
∴S△PMN最大=eq \f(1,2)PM2=eq \f(1,2)×eq \f(1,2)×MN2=eq \f(1,4)×(7eq \r(2))2=eq \f(49,2).
类型三 动点问题
1.(2017·抚顺)如图,OF是∠MON的平分线,点A在射线OM上,P,Q是直线ON上的两动点,点Q在点P的右侧,且PQ=OA,作线段OQ的垂直平分线,分别交直线OF,ON于点B,点C,连接AB,PB.
(1)如图①,当P,Q两点都在射线ON上时,请直接写出线段AB与PB的数量关系;
(2)如图②,当P,Q两点都在射线ON的反向延长线上时,线段AB,PB是否还存在(1)中的数量关系?若存在,请写出证明过程;若不存在,请说明理由;
(3)如图③,∠MON=60°,连接AP,设eq \f(AP,OQ)=k,当P和Q两点都在射线ON上移动时,k是否存在最小值?若存在,请直接写出k的最小值;若不存在,请说明理由.
解:(1)AB=PB;
(2)存在.
理由:如解图,连接BQ,∵BC垂直平分OQ,
∴BQ=OB,
∴∠BQC=∠BOC,
∵OF平分∠MON,∴∠MOF=∠NOF,∴∠NOF=∠BOC,
∴∠BQC=∠MOF,
∴180°-∠BQC=180°-∠MOF,
∴∠AOB=∠BQP,
又∵PQ=AO,∴△BQP≌△BOA,
∴AB=PB;
(3)存在最小值,k最小值=0.5.
2.(2017·宜昌)正方形ABCD的边长为1,点O是BC边上的一个动点(与B,C不重合),以O为顶点在BC所在直线的上方作∠MON=90°.
(1)当OM经过点A时,
①请直接填空:ON_不可能_(可能,不可能)过D点;(图①仅供分析)
②如图②,在ON上截取OE=OA,过E点作EF垂直于直线BC,垂足为点F,作EH⊥CD于点H,求证:四边形EFCH为正方形;
(2)当OM不过点A时,设OM交边AB于点G,且OG=1.在ON上存在点P,过P点作PK垂直于直线BC,垂足为点K,使得S△PKO=4S△OBG,连接GP,求四边形PKBG的最大面积.
(导学号 58824239)
解:(1)②∵EH⊥CD,EF⊥BC,
∴∠EHC=∠EFC=90°,且∠HCF=90°,∴四边形EFCH为矩形,
∵∠MON=90°,∴∠EOF=90°-∠AOB,
在正方形ABCD中,∠BAO=90°-∠AOB,
∴∠EOF=∠BAO,
在△OFE和△ABO中,eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(∠EOF=∠BAO,,∠EFO=∠B,,OE=AO,))
∴△OFE≌△ABO(AAS),∴EF=OB,OF=AB,
又OF=CF+OC=AB=BC=BO+OC=EF+OC,∴CF=EF,
∴四边形EFCH为正方形;
(2)如解图,∵∠POK=∠OGB,∠PKO=∠OBG,
∴△PKO∽△OBG,
∵S△PKO=4S△OBG,
∴eq \f(S△PKO,S△OBG)=(eq \f(OP,OG))2=4,
∴OP=2,
∴S△POG=eq \f(1,2)OG·OP=eq \f(1,2)×1×2=1,
设OB=a,BG=b,则a2+b2=OG2=1,
∴b=eq \r(1-a2),
∴S△OBG=eq \f(1,2)ab=eq \f(1,2)aeq \r(1-a2)=eq \f(1,2)eq \r(-a4+a2)=eq \f(1,2)eq \r(-(a2-\f(1,2))2+\f(1,4)).
当a2=eq \f(1,2)时,△OBG面积有最大值eq \f(1,4),此时S△PKO=4S△OBG=1,
∴四边形PKBG的最大面积为1+1+eq \f(1,4)=eq \f(9,4).
3.(2017·沈阳模拟)如图,在矩形ABCD中,AB=3,AD=6,动点Q从点A出发以每秒1个单位长度的速度沿AB向终点B运动,点Q运动eq \f(2,3)秒后,点P从点D出发以与点Q相
同的速度沿DA向终点A运动,设点P运动的时间为t(秒),将△APQ沿直线PQ翻折,得到△EPQ.
(1)用含t的代数式表示:AP=_6-t_;AQ=_t+eq \f(2,3)_;
(2)连接BD,在运动过程中,当△PQE∽△BDC时,求t的值;
(3)在运动过程中,∠PQE能否等于∠ABD的一半?如果能,求出此时的t的值;如果不能,请说明理由(参考数据:eq \r(2)≈1.4,eq \r(3)≈1.7,eq \r(5)≈2.2).
解:(2)∵将△APQ沿直线PQ翻折,得到△EPQ,
∴△PQA≌△PQE,
当△PQE∽△BDC时,
∴△PQA∽△BDC,
∴eq \f(AP,BC)=eq \f(AQ,CD),即eq \f(6-t,6)=eq \f(t+\f(2,3),3),解得t=eq \f(14,9);
(3)不能.
理由如下:
如解图,延长AB至点M,使BM=BD,连接DM,
∵BM=BD,∴∠BDM=∠BMD,
∵∠ABD=∠BDM+∠BMD,
∴∠BDM=∠BMD=eq \f(1,2)∠ABD,
当∠PQE=eq \f(1,2)∠ABD时,∵∠PQE=∠PQA,
∴∠PQA=∠BMD=eq \f(1,2)∠ABD,
∴PQ∥DM,∴eq \f(AP,AD)=eq \f(AQ,AM),
在Rt△BCD中,BD=eq \r(CD2+BC2)=3eq \r(5),
∴BM=BD=3eq \r(5),
∴eq \f(6-t,6)=eq \f(t+\f(2,3),3+3\r(5)),解得t≈3.5,∵0≤t≤eq \f(7,3).
所以在运动过程中,∠PQE不能等于∠ABD的一半.
题型三 二次函数与几何图形综合题
类型一 与图形判定结合
1.(2017·盘锦)如图,直线y=-2x+4交y轴于点A,交抛物线y=eq \f(1,2)x2+bx+c于点B(3,-2),抛物线经过点C(-1,0),交y轴于点D,点P是抛物线上的动点,作PE⊥DB交DB所在直线于点E.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当△PDE为等腰直角三角形时,求出PE的长及P点坐标;
(3)在(2)的条件下,连接PB,将△PBE沿直线AB翻折,直接写出翻折后点E的对称点坐标.
备用图
备用图
解:(1)抛物线的解析式为y=eq \f(1,2)x2-eq \f(3,2)x-2;
(2)∵点D是抛物线与y轴的交点,∴点D的坐标为(0,-2),
∴BD∥x轴,
∵点P是抛物线上一点,则设点P的坐标为(p,eq \f(1,2)p2-eq \f(3,2)p-2),
∵PE⊥BD,∴点E的坐标为(p,-2),
∴DE=|p|,PE=|eq \f(1,2)p2-eq \f(3,2)p-2-(-2)|=
|eq \f(1,2)p2-eq \f(3,2)p|,
∵△PDE是等腰直角三角形,∴PE=DE,
∴|eq \f(1,2)p2-eq \f(3,2)p|=|p|,
当eq \f(1,2)p2-eq \f(3,2)p=p时,解得p=0或p=5,
当eq \f(1,2)p2-eq \f(3,2)p=-p时,解得p=0或p=1,
∴这样的点P有两个,坐标分别为(5,3),此时PE=5,或(1,-3),此时PE=1;
(3)当点P的坐标为(5,3)时,点E的坐标为(5,-2),此时BE=2,
如解图①,过E作EF⊥AB于F,延长EF到R,使得FR=EF,则点R为点E关于AB的对称点,即为所求点.过R作RG⊥DE于G.
∵点A是直线与y轴的交点,∴点A的坐标为(0,4),∴AD=6,
∵BD=3,∴AB=eq \r(36+9)=3eq \r(5),
∵eq \f(BE,AB)=eq \f(BF,DB),∴BF=eq \f(2\r(5),5),
∵tan∠EBF=eq \f(EF,BF)=tan∠ABD=eq \f(AD,BD)=2,
∴EF=eq \f(4\r(5),5),∴ER=eq \f(8\r(5),5),
易得∠REG=∠BAD,∴EG=2GR,
∴GR=eq \f(8,5),GE=eq \f(16,5),∴DG=5-eq \f(16,5)=eq \f(9,5),此时点R的坐标为(eq \f(9,5),-eq \f(18,5));
当点P的坐标为(1,-3)时,点E的坐标为(1,-2),过点E作EF⊥AB于F,延长EF到R使得EF=FR,过R作RG⊥BD于G,
同上,易得BE=2,∴GR=eq \f(8,5),GE=eq \f(16,5),∴DG=eq \f(21,5),∴点R的坐标为(eq \f(21,5),-eq \f(2,5)).
综上可得,翻折后点E的对称点坐标为(eq \f(9,5),-eq \f(18,5))或(eq \f(21,5),-eq \f(2,5)).
图①
图②
2.(2017·本溪 )如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=eq \f(1,2)x2+bx+c与x轴交于A,B两点,点B(3,0),经过点A的直线AC与抛物线的另一交点为C(4,eq \f(5,2)),与y轴交点为D,点P是直线AC下方的抛物线上的一个动点(不与A,C重合).
(1)求该抛物线的解析式;
(2)过点P作PE⊥AC,垂足为E,作PF∥y轴交直线AC于点F,设点P的横坐标为t,线段EF的长度为m,求m与t的函数关系式;
(3)点Q在抛物线的对称轴上运动,当△OPQ是以OP为直角边的等腰直角三角形时,请直接写出符合条件的点P的坐标.
(导学号 58824240)
解:(1)该抛物线解析式为y=eq \f(1,2)x2-x-eq \f(3,2);
(2)令y=0得eq \f(1,2)x2-x-eq \f(3,2)=0,解得x1=-1,x2=3,∴点A的坐标为(-1,0).C(4,eq \f(5,2)),
∴直线AC的解析式为y=eq \f(1,2)x+eq \f(1,2).
∵点D是直线AC与y轴的交点,
∴点D的坐标为(0,eq \f(1,2)).
在Rt△AOD中,OA=1,OD=eq \f(1,2),由勾股定理得AD=eq \f(\r(5),2),∴cs∠ADO=eq \f(DO,AD)=eq \f(\r(5),5).
∵PF∥y轴,点P的横坐标为t,且点P在抛物线上,点F在直线AC上,
∴点F的坐标为(t,eq \f(1,2)t+eq \f(1,2)),点P的坐标为(t,eq \f(1,2)t2-t-eq \f(3,2)),
∵点F在点P的上方,∴PF=eq \f(1,2)t+eq \f(1,2)-(eq \f(1,2)t2-t-eq \f(3,2))=-eq \f(1,2)t2+eq \f(3,2)t+2.
∵PF∥y轴,∴∠PFE=∠ODA,
∴cs∠PFE=eq \f(FE,PF)cs∠ODA=eq \f(\r(5),5),
∴m=eq \f(\r(5),5)PF=-eq \f(\r(5),10)t2+eq \f(3\r(5),10)t+eq \f(2\r(5),5);
(3)满足条件的点P的坐标为(1+eq \r(2),-1)或(1-eq \r(2),-1)或(1+eq \r(6),1)或(2-eq \r(5),1-eq \r(5))或(eq \r(5),1-eq \r(5)).
类型二 与线段问题结合
1.(2017·武汉)已知点A(-1,1)、B(4,6)在抛物线y=ax2+bx上.
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图①,点F的坐标为(0,m)(m>2),直线AF交抛物线于另一点G,过点G作x轴的垂线,垂足为H.设抛物线与x轴的正半轴交于点E,连接FH、AE,求证:FH∥AE;
(3)如图②,直线AB分别交x轴,y轴于C,D两点.点P从点C出发,沿射线CD方向匀速运动,速度为每秒eq \r(2) 个单位长度;同时点Q从原点O出发,沿x轴正方向匀速运动,速度为每秒1个单位长度.点M是直线PQ与抛物线的一个交点,当运动到t秒时,QM=2PM,直接写出t的值.
图①
图②
(1)解:抛物线的解析式为y=eq \f(1,2)x2-eq \f(1,2)x;
(2)证明:设直线AF的解析式为y=kx+m,
将点A(-1,1)代入y=kx+m中,即-k+m=1,∴k=m-1,
∴直线AF的解析式为y=(m-1)x+m.
联立直线AF和抛物线解析式得,
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=(m-1)x+m,,y=\f(1,2)x2-\f(1,2)x.))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x1=-1,,y1=1.))eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x2=2m,,y2=2m2-m.))
∴点G的坐标为(2m,2m2-m).
∵GH⊥x轴,∴点H的坐标为(2m,0).
∵抛物线的解析式为y=eq \f(1,2)x2-eq \f(1,2)x=eq \f(1,2)x(x-1),∴点E的坐标为(1,0).
∴直线AE的解析式为y=-eq \f(1,2)x+eq \f(1,2).
设直线FH的解析式为y=k2x+b2,将F(0,m)、H(2m,0)代入y=k2x+b2中,eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(b2=m,,2mk2+b2=0.))
解得:eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(k2=-\f(1,2),,b2=m.))
∴直线FH的解析式为y=-eq \f(1,2)x+m.∴FH∥AE;
(3)解:当运动时间为eq \f(15-\r(113),6)秒或eq \f(15+\r(113),6)秒或eq \f(13-\r(89),2)秒或eq \f(13+\r(89),2)秒时,QM=2PM.
2.(2015·锦州)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+2经过点A(-1,0)和点B(4,0),且与y轴交于点C,点D的坐标为(2,0),点P(m,n)是该抛物线上的一个动点,连接CA,CD,PD,PB.
(1)求该抛物线的解析式;
(2)当△PDB的面积等于△CAD的面积时,求点P的坐标;
(3)当m>0,n>0时,过点P作直线PE⊥y轴于点E交直线BC于点F,过点F作FG⊥x轴于点G,连接EG,请直接写出随着点P的运动,线段EG的最小值.
解:(1)抛物线的解析式为:y=-eq \f(1,2)x2+eq \f(3,2)x+2;
(2)∵抛物线的解析式为y=-eq \f(1,2)x2+eq \f(3,2)x+2,
∴点C的坐标是(0,2),
∵点A(-1,0)、点D(2,0),∴AD=2-(-1)=3,∴S△CAD=eq \f(1,2)×3×2=3,∴S△PDB=3,
∵点B(4,0)、点D(2,0),∴BD=2,
∴S△PDB=eq \f(1,2)×2×|n|=3,∴n=3或n-3,
①当n=3时,-eq \f(1,2)m2+eq \f(3,2)m+2=3,解得m=1或m=2,∴点P的坐标是(1,3)或(2,3).
②当n=-3时,-eq \f(1,2)m2+eq \f(3,2)m+2=-3,解得m=5或m=-2,
∴点P的坐标是(5,-3)或(-2,-3).
综上,可得点P的坐标为(1,3)或(2,3)或(5,-3)或(-2,-3);
(3)线段EG的最小值是eq \f(4\r(5),5).
3.(2017·哈尔滨)如图,在平面直角坐标系中,点O为坐标原点,抛物线y=x2+bx+c交x轴于A,B两点,交y轴于点C,直线y=x-3经过B,C两点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)过点C作直线CD⊥y轴交抛物线于另一点D,点P是直线CD下方抛物线上的一个动点,且在抛物线对称轴的右侧,过点P作PE⊥x轴于点E,PE交CD于点F,交BC于点M,连接AC,过点M作MN⊥AC于点N,设点P的横坐标为t,线段MN的长为d,求d与t之间的函数关系式(不要求写出自变量t的取值范围);
(3)在(2)的条件下,连接PC,过点B作BQ⊥PC于点Q(点Q在线段PC上),BQ交CD于点T,连接OQ交CD于点S,当ST=TD时,求线段MN的长.
解:(1)抛物线的解析式为y=x2-2x-3;
图①
(2)如解图①,
y=x2-2x-3,
当y=0时,x2-2x-3=0,解得x1=-1,x2=3,
∴A(-1,0),
∴OA=1,OB=OC=3,
∴∠ABC=45°,AC=eq \r(10),AB=4,
∵PE⊥x轴,
∴∠EMB=∠EBM=45°,
∵点P的横坐标为t,∴EM=EB=3-t,
连接AM,∵S△ABC=S△AMC+S△AMB,
∴eq \f(1,2)AB·OC=eq \f(1,2)AC·MN+eq \f(1,2)AB·EM,
∴eq \f(1,2)×4×3=eq \f(1,2)×eq \r(10)MN+eq \f(1,2)×4(3-t),
∴MN=eq \f(2\r(10),5)t;
图②
(3)如解图②,∵y=x2-2x-3=(x-1)2-4,∴对称轴为x=1,
由抛物线对称性可得D(2,-3),∴CD=2,
过点B作BK⊥CD交直线CD于点K,∴四边形OCKB为正方形,
∴∠OBK=90°,CK=OB=BK=3,∴DK=1,
∵BQ⊥CP,∴∠CQB=90°,
过点O作OH⊥PC交PC的延长线于点H,OR⊥BQ交BQ于点I,交BK于点R,OG⊥OS交KB于G,连接SR,
∴∠OHC=∠OIQ=∠OIB=90°,∴四边形OHQI为矩形,
∵∠OCQ+∠OBQ=180°,∴∠OBG=∠OCS,
∵OB=OC,∠BOG=∠COS,∴△OBG≌△OCS,
∴OG=OS,CS=GB,∠GOB=∠SOC,∴∠SOG=90°,∴∠ROG=45°,∵OR=OR,∴△OSR≌△OGR,∴SR=GR,∴SR=CS+BR,∵∠BOR+∠OBI=90°,∠IBO+∠TBK=90°,∴∠BOR=∠TBK,
∴tan∠BOR=tan∠TBK,∴eq \f(BR,OB)=eq \f(TK,BK),∴BR=TK,
∵∠CTQ=∠BTK,∴∠QCT=∠TBK,
∴tan∠QCT=tan∠TBK,
设ST=TD=m,
∴SK=2m+1,CS=2-2m,TK=m+1=BR,
SR=3-m,RK=2-m,
在Rt△SKR中,
∵SK2+RK2=SR2,∴(2m+1)2+(2-m)2=(3-m)2,解得m1=-2(舍去),m2=eq \f(1,2);
∴ST=TD=eq \f(1,2),TK=eq \f(3,2),
∴tan∠TBK=eq \f(TK,BK)=eq \f(3,2)÷3=eq \f(1,2),∴tan∠PCD=eq \f(1,2),
∵CF=OE=t,∴PF=eq \f(1,2)t,∴PE=eq \f(1,2)t+3,∴P(t,-eq \f(1,2)t-3),∴-eq \f(1,2)t-3=t2-2t-3,
解得t1=0(舍去),t2=eq \f(3,2).
∴MN=d=eq \f(2\r(10),5)t=eq \f(2\r(10),5)×eq \f(3,2)=eq \f(3\r(10),5).
类型三 与面积问题结合
1.(2017·恩施州)如图,已知抛物线y=ax2+c过点(-2,2),(4,5),过定点F(0,2)的直线l:y=kx+2与抛物线交于A,B两点,点B在点A的右侧,过点B作x轴的垂线,垂足为C.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当点B在抛物线上运动时,判断线段BF与BC的数量关系(>、<、=),并证明你的判断;
(3)P为y轴上一点,以B,C,F,P为顶点的四边形是菱形,设点P(0,m),求自然数m的值;
(4)若k=1,在直线l下方的抛物线上是否存在点Q,使得△QBF的面积最大?若存在,求出点Q的坐标及△QBF的最大面积;若不存在,请说明理由.
(导学号 58824241)
解:(1)抛物线的解析式为y=eq \f(1,4)x2+1;
(2)BF=BC.
理由如下:设B(x,eq \f(1,4)x2+1),而F(0,2),
∴BF2=x2+(eq \f(1,4)x2+1-2)2=x2+(eq \f(1,4)x2-1)2=(eq \f(1,4)x2+1)2,∴BF=eq \f(1,4)x2+1,
∵BC⊥x轴于点C,∴BC=eq \f(1,4)x2+1,∴BF=BC;
图①
(3)如解图①,m为自然数,则点P在F点上方,
∵以B、C、F、P为顶点的四边形是菱形,
∴CB=CF=PF,而CB=FB,∴BC=CF=BF,
∴△BCF为等边三角形,
∴∠BCF=60°,∴∠OCF=30°,
在Rt△OCF中,CF=2OF=4,∴PF=CF=4,
∴P(0,6),
即自然数m的值为6;
图②
(4)作QE∥y轴交AB于E,如解图②,
当k=1时,一次函数解析式为y=x+2,
解方程组eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=x+2,,y=\f(1,4)x2+1.))得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=2+2\r(2),,y=4+2\r(2),))或
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=2-2\r(2),,y=4-2\r(2),))则B(2+2eq \r(2),4+2eq \r(2)),
设Q(t,eq \f(1,4)t2+1),则E(t,t+2),
∴EQ=t+2-(eq \f(1,4)t2+1)=-eq \f(1,4)t2+t+1,
∴S△QBF=S△EQF+S△EQB=eq \f(1,2)(2+2eq \r(2))EQ=eq \f(1,2)(eq \r(2)+1)(-eq \f(1,4)t2+t+1)=-eq \f(\r(2)+1,4)(t-2)2+2eq \r(2)+2,
当t=2时,S△QBF有最大值,最大值为2eq \r(2)+2,此时Q点坐标为(2,2).
2.(2017·苏州)如图,二次函数y=x2+bx+c的图象与x轴交于 A,B两点,与y轴交于点C,OB=OC.点D在函数图象上,CD∥x轴,且CD=2,直线l是抛物线的对称轴,E是抛物线的顶点.
(1)求b,c的值;
(2)如图①,连接BE,线段OC上的点F关于直线l的对称点F′恰好在线段BE上,求点F的坐标;
(3)如图②,动点P在线段OB上,过点P作x轴的垂线分别与BC交于点M,与抛物线交于点N.试问:抛物线上是否存在点Q,使得△PQN与△APM的面积相等,且线段NQ的长度最小?如果存在,求出点Q的坐标;如果不存在,说明理由.
解:(1)b=-2,c=-3;
(2)设点F坐标为(0,m),
∵对称轴是直线x=1,
∴点F关于直线l的对称点F′的坐标为(2,m),
由(1)可知抛物线解析式为y=x2-2x-3=(x-1)2-4,
∴E(1,-4)
∵直线BE经过点B(3,0),E(1,-4),
∴利用待定系数法可得直线BE的表达式为y=2x-6,
∵点F′在BE上,
∴m=2×2-6=-2,即点F坐标为(0,-2).
(3)存在,满足题意的点Q的坐标为(eq \f(1,2),-eq \f(15,4))或(eq \f(3,2),-eq \f(15,4)).
3.(2017·抚顺)如图,抛物线y=ax2+bx+4交y轴于点A,并经过B(4,4)和C(6,0)两点,点D的坐标为(4,0),连接AD,AB,BC,点E从点A出发,以每秒eq \r(2)个单位长度的速度沿线段AD向点D运动,到达点D后,以每秒1个单位长度的速度沿射线DC运动,设点E的运动时间为t秒,过点E作AB的垂线EF交直线AB于点F,以线段EF为斜边向右作等腰直角△EFG.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当点G落在第一象限内的抛物线上时,求出t的值;
(3)设点E从点A出发时,点E,F,G都与点A重合,点E在运动过程中,当△BCG的面积为4时,直接写出相应的t值,并直接写出点G从出发到此时所经过的路径长.
(导学号 58824242)
解:(1)抛物线的解析式为y=-eq \f(1,3)x2+eq \f(4,3)x+4;
(2)点G(eq \f(3,2)t,4-eq \f(1,2)t),
将(eq \f(3,2)t,4-eq \f(1,2)t)代入到抛物线得4-eq \f(1,2)t=-eq \f(1,3)(eq \f(3,2)t)2+eq \f(4,3)×eq \f(3,2)t+4,
解得t1=0(舍去),t2=eq \f(10,3),
∴当t=eq \f(10,3)时,G落在抛物线上;
(3)t1=eq \f(8,5),此时路径长度为eq \f(4\r(10),5),
t2=5,此时路径长度为1+2eq \r(10).
类型四 与相似三角形结合
1.如图,已知直线y=-x+3与x轴,y轴分别交于A,B两点,抛物线y=-x2+bx+c经过A,B两点,点P在线段OA上,从点O出发,向点A以每秒1个单位的速度匀速运动;同时,点Q在线段AB上,从点A出发,向点B以每秒eq \r(2) 个单位的速度匀速运动,连接PQ,设运动时间为t秒.
(1)求抛物线的解析式;
(2)问:当t为何值时,△APQ为直角三角形;
(3)过点P作PE∥y轴,交AB于点E,过点Q作QF∥y轴,交抛物线于点F,连接EF,当EF∥PQ时,求点F的坐标;
(4)设抛物线顶点为M,连接BP,BM,MQ,问:是否存在t值,使以B,Q,M为顶点的三角形与以O,B,P为顶点的三角形相似?若存在,请求出t的值;若不存在,请说明理由.
解:(1)抛物线的解析式为y=-x2+2x+3;
(2)OP=t,AQ=eq \r(2)t,则PA=3-t,
∵OA=OB=3,
∠BOA=90°,
∴∠QAP=45°.
当∠PQA=90°时,如解图①,PA=eq \r(2)AQ,即3-t=eq \r(2)×eq \r(2)t,解得t=1;
当∠APQ=90°时,如解图②,AQ=eq \r(2)AP,即eq \r(2)t=eq \r(2)(3-t),解得t=eq \f(3,2);
综上所述,当t=1或t=eq \f(3,2)时,△PQA是直角三角形;
图①
(3)如解图③,延长FQ交x轴于点H,设点P的坐标为(t,0),∵PA=PE,则点E的坐标为(t,-t+3),
易得△AQH为等腰直角三角形,∴AH=HQ=eq \f(\r(2),2)AQ=eq \f(\r(2),2)·eq \r(2)t=t,
∴点Q的坐标为(3-t,t),点F的坐标为(3-t,-t2+4t),
∴FQ=-t2+4t-t=-t2+3t,
∵EP∥FQ,EF∥PQ,∴四边形PQFE为平行四边形,
∴EP=FQ.即3-t=3t-t2,解得t1=1,t2=3(舍去),∴点F的坐标为(2,3);
图②
图③
(4)存在.
当t=eq \f(9,4)时,以B,Q,M为顶点的三角形与以O,B,P为顶点的三角形相似.
2.(2017·河南)如图,直线y=-eq \f(2,3)x+c与x轴交于点A(3,0),与y轴交于点B,抛物线y=-eq \f(4,3)x2+bx+c经过点A,B.
(1)求点B的坐标和抛物线的解析式;
(2)M(m,0)为x轴上一动点,过点M且垂直于x轴的直线与直线AB及抛物线分别交于点P,N.
①点M在线段OA上运动,若以B,P,N为顶点的三角形与△APM相似,求点M的坐标;
②点M在x轴上自由运动,若三个点M,P,N中恰有一点是其他两点所连线段的中点(三点重合除外),则称M,P,N三点为“共谐点”.请直接写出使得M,P,N三点成为“共谐点”的m的值.
(导学号 58824243)
解:(1)B(0,2),
抛物线的解析式为y=-eq \f(4,3)x2+eq \f(10,3)x+2;
(2)①由(1)可知直线解析式为y=-eq \f(2,3)x+2,
∵M(m,0)为x轴上一动点,过点M且垂直于x轴的直线与直线AB及抛物线分别交于点P,N,
∴P(m,-eq \f(2,3)m+2),N(m,-eq \f(4,3)m2+eq \f(10,3)m+2),
∴PM=-eq \f(2,3)m+2,AM=3-m,PN=-eq \f(4,3)m2+eq \f(10,3)m+2-(-eq \f(2,3)m+2)=-eq \f(4,3)m2+4m,
∵△BPN和△APM相似,且∠BPN=∠APM,
∴∠BNP=∠AMP=90°即△BPN∽△APM,或∠NBP=∠AMP=90°,
当∠BNP=90°时,则有BN⊥MN,∴BN=OM=m,
∴eq \f(BN,AM)=eq \f(PN,PM),即eq \f(m,3-m)=eq \f(-\f(4,3)m2+4m,-\f(2,3)m+2),解得m=0(舍去)或m=2.5;
∴M(2.5,0);
当∠NBP=90°时,即△BPN∽△MPA,则有eq \f(PN,PA)=eq \f(BP,MP),∵A(3,0),B(0,2),P(m,-eq \f(2,3)m+2),0<m<3,∴BP=eq \r(m2+(-\f(2,3)m+2-2)2)=eq \f(\r(13),3)m,AP=eq \r((m-3)2+(-\f(2,3)m+2)2)=eq \f(\r(13),3)(3-m),
eq \f(-\f(4,3)m2+4m,\f(\r(13),3)(3-m))=eq \f(\f(\r(13),3)m,-\f(2,3)m+2),解得m=0(舍去)或m=eq \f(11,8),∴M(eq \f(11,8),0);
综上可知当以B,P,N为顶点的三角形与△APM相似时,点M的坐标为(2.5,0)或(eq \f(11,8),0);
②当M,P,N三点成为“共谐点”时m的值为eq \f(1,2)或-1或-eq \f(1,4).
3.(2016·湖州)如图,已知二次函数y=-x2+bx+c(b,c为常数)的图象经过点A(3,1),点C(0,4),顶点为点M,过点A作AB∥x轴,交y轴于点D,交该二次函数图象于点B,连接BC.
(1)求该二次函数的解析式及点M的坐标;
(2)若将该二次函数图象向下平移m(m>0)个单位,使平移后得到的二次函数图象的顶点落在△ABC的内部(不包括△ABC的边界),求m的取值范围;
(3)点P是直线AC上的动点,若点P,点C,点M所构成的三角形与△BCD相似,请直接写出所有点P的坐标(直接写出结果,不必写解答过程).
解:(1)二次函的数解析式为y=-x2+2x+4,
点M的坐标为(1,5);
(2)设直线AC的解析式为y=kx+m,把点A(3,1),C(0,4)代入得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(3k+m=1,,m=4,)) 解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(k=-1,,m=4,))
∴直线AC的解析式为y=-x+4,如解图所示,对称轴直线x=1与△ABC两边分别交于点E、点F,
把x=1代入直线AC解析式y=-x+4,得y=3,则点E坐标为(1,3),点F坐标为(1,1),
∴1<5-m<3,解得2<m<4;
(3)符合题意的点P坐标有4个,分别为P1(eq \f(1,3),eq \f(11,3)),P2(-eq \f(1,3),eq \f(13,3)),P3(3,1),P4(-3,7).
类型五 与角有关的探究
1.(2017·锦州)如图,抛物线y=x2+bx+c经过B(-1,0),D(-2,5)两点,与x轴另一交点为A,点H是线段AB上一动点,过点H的直线PQ⊥x轴,分别交直线AD、抛物线于点Q、P.
(1)求抛物线的解析式;
(2)是否存在点P,使∠APB=90°,若存在,求出点P的横坐标,若不存在,说明理由;
(3)连接BQ,一动点M从点B出发,沿线段BQ以每秒1个单位的速度运动到Q,再沿线段QD以每秒eq \r(2)个单位的速度运动到D后停止,当点Q的坐标是多少时,点M在整个运动过程中用时t最少?
解:(1)抛物线的解析式为y=x2-2x-3;
(2)假设存在点P(m,n),使得∠APB=90°,
如解图①,连接PA,PB.
∵PH⊥AB,
∴可得△PAH∽△BPH,∴eq \f(PH,BH)=eq \f(AH,PH),
即PH2=AH·BH,
∴(-n)2=(3-m)(m+1),整理得n2=-m2+2m+3,
∵点P在抛物线上,∴n=m2-2m-3,
∴n2=-n,解得n=-1或n=0(舍).
将n=-1代入抛物线得m2-2m-3=-1,解得m1=1+eq \r(3),m2=1-eq \r(3),
∴满足条件的点P有两个,横坐标分别为1+eq \r(3),1-eq \r(3);
图①
图②
(3)如解图②,过D作DE⊥x轴于点E,
∵D(-2,5),∴DE=5,OE=2.
∴AE=OE+OA=5,
∴DE=AE,
∴∠DAE=45°.
过D作DF⊥PQ于点F,∵DF∥x轴,
∴∠FDQ=45°,
∴在Rt△DFQ中,DQ=eq \r(2)FQ.
根据题意,t=eq \f(BQ,1)+eq \f(DQ,\r(2))=BQ+FQ,
∴要使t最小,则BQ+QF最小,
根据垂线段最短可知,当点B,Q,F共线时,t取最小值,
此时BF⊥DF,点Q的横坐标为-1,则点Q的坐标为(-1,4).
2.(2017·盐城)如图,在平面直角坐标系中,直线y=eq \f(1,2)x+2与x轴交于点A,与y轴交于点C,抛物线y=-eq \f(1,2)x2+bx+c经过A,C两点,与x轴的另一交点为点B.
(1)求抛物线的函数表达式;
(2)点D为直线AC上方抛物线上一动点;
①连接BC,CD,设直线BD交线段AC于点E,△CDE的面积为S1,△BCE的面积为S2,求eq \f(S1,S2)的最大值;
②过点D作DF⊥AC,垂足为点F,连接CD,是否存在点D,使得△CDF中的某个角恰好等于∠BAC的2倍?若存在,求点D的横坐标;若不存在,请说明理由.
(导学号 58824244)
备用图
解:(1)抛物线的表达式为y=-eq \f(1,2)x2-eq \f(3,2)x+2;
(2)①令y=-eq \f(1,2)x2-eq \f(3,2)x+2=0,∴x1=-4,x2=1,∴A(-4,0),B(1,0),如解图①,过D作DM⊥x轴交AC于点M,过B作BN⊥x轴交AC于点N,∴DM∥BN,∴△DME∽△BNE,∴eq \f(S1,S2)=eq \f(DE,BE)=eq \f(DM,BN),设D(a,-eq \f(1,2)a2-eq \f(3,2)a+2),∴M(a,eq \f(1,2)a+2),∴DM=-eq \f(1,2)a2-2a,∵B(1,0),∴N(1,eq \f(5,2)),∴BN=eq \f(5,2).
∴eq \f(S1,S2)=eq \f(DM,BN)=eq \f(-\f(1,2)a2-2a,\f(5,2))=-eq \f(1,5)(a+2)2+eq \f(4,5);∴当a=-2时,eq \f(S1,S2)的最大值是eq \f(4,5);
图①
图②
②∵A(-4,0),B(1,0),C(0,2),
∴AC=2eq \r(5),BC=eq \r(5),AB=5,∴AC2+BC2=AB2,∴△ABC是以∠ACB为直角的直角三角形,取AB的中点P,∴P(-eq \f(3,2),0),∴PA=PC=PB=eq \f(5,2),∴∠CPO=2∠BAC,∴tan∠CPO=tan(2∠BAC)=eq \f(4,3),过D作x轴的平行线交y轴于点R,交AC的延长线于点G,
i.如解图②,∴∠DCF=2∠BAC=∠DGC+∠CDG,
∴∠CDG=∠BAC,
∴tan∠CDG=tan∠BAC=eq \f(1,2),即eq \f(RC,DR)=eq \f(1,2),令D(a,-eq \f(1,2)a2-eq \f(3,2)a+2),∴DR=-a,RC=-eq \f(1,2)a2-eq \f(3,2)a,
∴eq \f(-\f(1,2)a2-\f(3,2)a,-a)=eq \f(1,2),∴a1=0(舍去),a2=-2,
∴xD=-2,ii.∵∠FDC=2∠BAC,tan∠FDC=eq \f(4,3),设FC=4k,∴DF=3k,DC=5k,∵tan∠DGC=eq \f(3k,FG)=eq \f(1,2),∴FG=6k,∴CG=2k,DG=3eq \r(5)k,∴RC=eq \f(2\r(5),5)k,RG=eq \f(4\r(5),5)k,DR=3eq \r(5)k-eq \f(4\r(5),5)k=eq \f(11\r(5),5)k,∴eq \f(DR,RC)=eq \f(\f(11\r(5),5)k,\f(2\r(5),5)k)=eq \f(-a,-\f(1,2)a2-\f(3,2)a),∴a1=0(舍去),a2=-eq \f(29,11),点D的横坐标为-2或-eq \f(29,11).
3.(2017·丹东模拟)如图,在平面直角坐标系中,已知抛物线y=ax2+bx-2(a≠0)与x轴交于A(1,0),B(3,0)两点,与y轴交于点C,其顶点为点D,点E的坐标为(0,-1),该抛物线与BE交于另一点F,连接BC.
(1)求该抛物线的解析式,并用配方法把解析式化为y=a(x-h)2+k的形式;
(2)若点H(1,y)在BC上,连接FH,求△FHB的面积;
(3)一动点M从点D出发,以每秒1个单位的速度平行于y轴方向向上运动,连接OM,BM,设运动时间为t秒(t>0),在点M的运动过程中,当t为何值时,∠OMB=90°?
(4)在x轴上方的抛物线上,是否存在点P,使得∠PBF被BA平分?若存在,请直接写出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)抛物线的解析式为y=-eq \f(2,3)x2+eq \f(8,3)x-2=-eq \f(2,3)(x-2)2+eq \f(2,3);
(2)如解图,过点A作AH∥y轴交BC于点H,交BE于点G,由(1)得C(0,-2),∵B(3,0),∴直线BC解析式为y=eq \f(2,3)x-2,
∵H(1,y)在直线BC上,∴y=-eq \f(4,3),∴H(1,-eq \f(4,3)),
∵B(3,0),E(0,-1),∴直线BE解析式为y=eq \f(1,3)x-1,
∴G(1,-eq \f(2,3)),∴GH=eq \f(2,3),
∵直线BE:y=eq \f(1,3)x-1与抛物线y=-eq \f(2,3)x2+eq \f(8,3)x-2相交于点F,B,∴F(eq \f(1,2),-eq \f(5,6)),
∴S△FHB=eq \f(1,2)GH×|xG-xF|+eq \f(1,2)GH×|xB-xG|=eq \f(1,2)GH×|xB-xF|=eq \f(1,2)×eq \f(2,3)×(3-eq \f(1,2))=eq \f(5,6);
(3)P(eq \f(3,2),eq \f(1),\s\d5(2))).
中考数学二轮总复习(解答题)突破训练:专题五《与图形的变换结合的探究题》(原卷版): 这是一份中考数学二轮总复习(解答题)突破训练:专题五《与图形的变换结合的探究题》(原卷版),共3页。
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