2023学年二轮复习解答题专题三十三：抛物线上的正方形存在性问题探究

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2023学年二轮复习解答题专题三十二：抛物线上的正方形存在性问题探究解答存在性问题的一般思路是先假设问题存在，然后推理得出结论，进而判断结论是否成立．遇到有两个定点确定正方形的问题时，常常要运用分类讨论和数形结合思想，分别画出符合要求的图形，找到所有的答案，分类时要注意不重不漏．注意结合矩形、菱形正方形的特殊性质，往往涉及到等腰，全等，勾股定理或相似三角形等知识的运用. 常用解题思路：兼具矩形和菱形二者.例1： （2022齐齐哈尔中考） 综合与探究如图，某一次函数与二次函数的图象交点为A（-1，0），B（4，5）．
 （1）求抛物线的解析式；（2）点C为抛物线对称轴上一动点，当AC与BC的和最小时，点C的坐标为         ；（3）点D为抛物线位于线段AB下方图象上一动点，过点D作DE⊥x轴，交线段AB于点E，求线段DE长度最大值；（4）在（2）条件下，点M为y轴上一点，点F为直线AB上一点，点N为平面直角坐标系内一点，若以点C，M，F，N为顶点的四边形是正方形，请直接写出点N的坐标．【答案】（1）    （2）（1，2）    （3）    （4）【解析】【分析】（1）将A（-1，0），B（4，5）代入得到关于m，n的二元一次方程组求解即可；（2）抛物线的对称轴为，求出直线AB与对称轴的交点即可求解；（3）设，则，则，根据二次函数的性质求解即可；（4）根据题意画出图形，分情况求解即可．【小问1详解】解：将A（-1，0），B（4，5）代入得， ，解这个方程组得，抛物线的解析式为：；小问2详解】解：如图，设直线AB的解析式为：，把点 A（-1，0），B（4，5）代入，得，解得 ， 直线AB的解析式为： ，由（1）知抛物线的对称轴为， 点C为抛物线对称轴上一动点，， 当点C在AB上时，最小，把x=1代入，得y=2，点C的坐标为（1，2）；
【小问3详解】解：如图，由（2）知 直线AB的解析式为y=x+1设，则，则，当时，DE有最大值为，
【小问4详解】解：如图，直线AB的解析式为：y=x+1， 直线与y轴的交点为D（0，1）， ， ，若以点C，M，F，N为顶点的四边形是正方形，分情况讨论：①过点C作轴于点，则为等腰直角三角形，过点C作 ，则四边形 为正方形，依题意，知D与F重合，点 的坐标为（1，1）；
 ②以为中心分别作点F，点C点的对称点 ，连接，则四边形是正方形，则点的坐标为（-1，2）；
 ③延长到使，作于点，则四边形是正方形，则的坐标为（1，4）；
 ④取的中点，的中点，则为正方形，则的坐标为，
  综上所述，点N的坐标为：【点睛】本题考查了用待定系数法求一次函数和二次函数的解析式，二次函数的性质，正方形的判定，根据题意正确画图是解本题的关键．专题过关1. （2022济宁中考） 已知抛物线与x轴有公共点．（1）当y随x的增大而增大时，求自变量x的取值范围；（2）将抛物线先向上平移4个单位长度，再向右平移n个单位长度得到抛物线（如图所示），抛物线与x轴交于点A，B（点A在点B右侧），与y轴交于点C．当OC＝OA时，求n的值；（3）D为抛物线的顶点，过点C作抛物线的对称轴l的垂线，垂足为G，交抛物线于点E，连接BE交l于点F．求证：四边形CDEF是正方形．【答案】（1）    （2）n＝2    （3）见解析【解析】【分析】（1）根据抛物线与轴由公共点，可得，从而而求出的值，进而求得抛物线对称轴，进一步得到结果；（2）根据图像平移的特征可求出平移后抛物线的解析式，根据和分别得出点和的坐标，根据列出方程，进而求的结果；（3）从而得出点、点的坐标，由抛物线的解析式可得出点的坐标和点的坐标，进而求得的解析式，从而得出点的坐标，进而得出，进一步得出结论．【小问1详解】解：∵抛物线与x轴有公共点，∴∴∴．∴，∴，∵，∴当时，y随着x的增大而增大．【小问2详解】解：由题意，得，当y＝0时，，解得：或，∵点A在点B的右侧，∴点A的坐标为（1+n，0），点B的坐标为（－3+n，0）．∵点C的坐标为（0，－n2 +2n+3），∴n+1＝－n2+2n+3．解得：n＝2或n＝－1（舍去）．故n的值为2.【小问3详解】解：由（2）可知：抛物线C2的解析式为y＝－（x－1）2+4．∴点A的坐标为（3，0），点B的坐标为（－1，0）点C的坐标为（0，3），点D的坐标为（1，4），抛物线C2的对称轴是直线x＝1，∵点E与点C关于直线x＝1对称，∴点E的坐标为（2，3）．∴点G的坐标为（1，3）．设直线BE解析式为y＝kx+b，∴解得：∴y＝x+1．当x＝1时，y＝1+1＝2．点F的坐标为（1，2）．∴FG＝EG＝DG＝CG＝1． ∴四边形CDEF为矩形．又∵CE⊥DF，∴四边形CDEF为正方形．【点睛】本题主要考查二次函数的图像与性质，求一次函数的解析式，平移图像的特征，正方形的判定，解决问题的关键是平移前后抛物线解析式之间的关系．2. （2022湖州中考） 如图1，已知在平面直角坐标系xOy中，四边形OABC是边长为3的正方形，其中顶点A，C分别在x轴的正半轴和y轴的正半轴上，抛物线经过A，C两点，与x轴交于另一个点D．（1）①求点A，B，C的坐标；②求b，c的值．（2）若点P是边BC上的一个动点，连结AP，过点P作PM⊥AP，交y轴于点M（如图2所示）．当点P在BC上运动时，点M也随之运动．设BP＝m，CM＝n，试用含m的代数式表示n，并求出n的最大值．【答案】（1）①A(3，0)，B(3，3)，C(0，3)；②    （2）；【解析】【分析】（1）①根据坐标与图形的性质即可求解；②利用待定系数法求解即可；（2）证明Rt△ABP∽Rt△PCM，根据相似三角形的性质得到n关于m的二次函数，利用二次函数的性质即可求解．【小问1详解】解：①∵正方形OABC边长为3，∴点A，B，C的坐标分别为A(3，0)，B(3，3)，C(0，3)；②把点A(3，0)，C(0，3)的坐标分别代入y=−x2+bx+c，得，解得；【小问2详解】解：由题意，得∠APB=90°-∠MPC=∠PMC，∠B=∠PCM=90°，∴Rt△ABP∽Rt△PCM，∴，即．整理，得，即．∴当时，n的值最大，最大值是．【点睛】本题综合考查了正方形的性质，相似三角形的判定和性质，二次函数的性质，待定系数法求函数解析式，根据正方形的性质求出点A，B，C的坐标是解题的关键．3. （2022长春中考） 在平面直角坐标系中，抛物线（b是常数）经过点．点A在抛物线上，且点A的横坐标为m（）．以点A为中心，构造正方形，，且轴．（1）求该抛物线对应的函数表达式：（2）若点B是抛物线上一点，且在抛物线对称轴左侧．过点B作x轴的平行线交抛物线于另一点C，连接．当时，求点B的坐标；（3）若，当抛物线在正方形内部的点的纵坐标y随x的增大而增大时，或者y随x的增大而减小时，求m的取值范围；（4）当抛物线与正方形的边只有2个交点，且交点的纵坐标之差为时，直接写出m的值．【答案】（1）    （2）    （3）或    （4）或或．【解析】【分析】（1）将点代入，待定系数法求解析式即可求解；（2）设，根据对称性可得，根据，即可求解；（3）根据题意分两种情况讨论，分别求得当正方形点在轴上时，此时与点重合，当经过抛物线的对称轴时，进而观察图象即可求解；（4）根据题意分三种情况讨论，根据正方形的性质以及点的坐标位置，即可求解．【小问1详解】解：∵抛物线（b是常数）经过点∴解得【小问2详解】如图，由则对称轴为直线，设，则解得【小问3详解】点A在抛物线上，且点A的横坐标为m（）．以点A为中心，构造正方形，，且轴，且在轴上，如图，①当抛物线在正方形内部的点的纵坐标y随x的增大而增大时，如图，当正方形点在轴上时，此时与点重合， 的解析式为，将代入即解得观察图形可知，当时，抛物线在正方形内部的点的纵坐标y随x的增大而增大；②当抛物线在正方形内部的点的纵坐标y随x的增大而减小时，当经过抛物线的对称轴时，解得，观察图形可知，当时，抛物线在正方形内部的点的纵坐标y随x的增大而增大；综上所述，m的取值范围为或【小问4详解】①如图，设正方形与抛物线的交点分别为，当时，则是正方形的中心，即②如图，当点在抛物线左侧，轴右侧时， 交点的纵坐标之差为，的纵坐标为的横坐标为在抛物线上，解得③当在抛物线对称轴的右侧时，正方形与抛物线的交点分别为，，设直线交轴于点，如图，则即设直线解析式为则解得直线解析式为联立解得（舍去）即的横坐标为，即，综上所述，或或．【点睛】本题考查了二次函数的综合问题，二次函数的对称性，正方形的性质，掌握二次函数图象的性质是解题的关键．3. （2022扬州中考） 如图是一块铁皮余料，将其放置在平面直角坐标系中，底部边缘在轴上，且dm，外轮廓线是抛物线的一部分，对称轴为轴，高度dm．现计划将此余料进行切割：（1）若切割成正方形，要求一边在底部边缘上且面积最大，求此正方形的面积；（2）若切割成矩形，要求一边在底部边缘上且周长最大，求此矩形的周长；（3）若切割成圆，判断能否切得半径为dm的圆，请说明理由．【答案】（1） ；    （2）20dm；    （3）能切得半径为3dm的圆．【解析】【分析】（1）先把二次函数解析式求出来，设正方形的边长为2m，表示在二次函数上点的坐标，代入即可得到关于m的方程进行求解；（2）如详解2中图所示，设矩形落在AB上的边DE=2n，利用函数解析式求解F点坐标，进而表示出矩形的周长求最大值即可；（3）为了保证尽可能截取圆，应保证圆心H坐标为（0，3），表示出圆心H到二次函数上个点之间的距离与半径3进行比较即可．【小问1详解】由题目可知A（-4，0），B（4，0），C（0，8）设二次函数解析式为y=ax²+bx+c，∵对称轴为y轴，∴b=0，将A、C代入得，a=，c=8则二次函数解析式为，如下图所示,正方形MNPQ即为符合题意得正方形，设其边长为2m，则P点坐标可以表示为（m，2m）代入二次函数解析式得，，解得（舍去），∴2m=，则正方形的面积为；【小问2详解】如下如所示矩形DEFG，设DE=2n，则E（n，0）将x=n代入二次函数解析式，得，则EF=，矩形DEFG的周长为：2（DE+EF）=2（2n+）=，当n=2时，矩形的周长最大，最大周长为20dm；【小问3详解】如下图所示，为了保证尽可能截取圆，应保证圆心H坐标为（0，3），则圆心H到二次函数上个点之间的距离为，∴能切得半径为3dm的圆．【点睛】本题考查了二次函数与几何结合，熟练掌握各图形的性质，能灵活运用坐标与线段长度之间的转换是解题的关键．4.（2021抚顺中考）直线y＝﹣x+3与x轴相交于点A，与y轴相交于点B，抛物线y＝ax2+2x+c经过点A，B，与x轴的另一个交点为C．（1）求抛物线的解析式；（2）如图1，点D是第一象限内抛物线上的一个动点，过点D作DE∥y轴交AB于点E，DF⊥AB于点F，FG⊥x轴于点G．当DE＝FG时，求点D的坐标；（3）如图2，在（2）的条件下，直线CD与AB相交于点M，点H在抛物线上，过H作HK∥y轴，交直线CD于点K．P是平面内一点，当以点M，H，K，P为顶点的四边形是正方形时，请直接写出点P的坐标．【考点】二次函数综合题．【专题】二次函数图象及其性质；运算能力；推理能力．【答案】（1）y＝﹣x2+2x+3；（2）（2，3）；（5，2）或（﹣1，2）或（1，2+）或（1，2﹣）．【分析】（1）令x＝0，求点B（0，3），令y＝0，求点A（3，0），将点A、点B代入抛物线y＝ax2+2x+c即可求解；（2）设D（m，﹣m2+2m+3），由DE∥y轴交AB于点E，则E（m，﹣m+3），再由OA＝OB，可知∠OAB＝45°，则有AG＝FG＝DE＝AG，连接GE，延长DE交x轴于点T，可证四边形FGED是平行四边形，△AEG为等腰直角三角形，可求AT＝ET＝GT＝3﹣m，AG＝FG＝6﹣2m，OG＝2m﹣3，求出FG＝﹣2m+6，DT＝﹣3m+9，得到﹣m2+2m+3＝﹣3m+9，即可求D（2，3）；（3）先求出C（﹣1，0），直线CD的解析式为y＝x+1，联立x+1＝﹣x+3，求出M（1，2），分两种情况讨论：①当MH⊥MK时，H点在AB上，K点在CD上，可确定H（3，0）或H（0，3），当H（3，0）时，K（3，4），P（5，2）；当H（0，3）时，K（0，1），P（﹣1，2）；②当MH⊥HK时，此时MH⊥y轴，H（1+，2）或H（1﹣，2），当H（1+，2）时，P（1，2+）；当H（1﹣，2）时，P（1，2﹣）．【解答】解：（1）令x＝0，则y＝3，∴B（0，3），令y＝0，则x＝3，∴A（3，0），∵抛物线y＝ax2+2x+c经过点A，B，∴，∴，∴抛物线解析式为y＝﹣x2+2x+3；（2）设D（m，﹣m2+2m+3），∵DE∥y轴交AB于点E，∴E（m，﹣m+3），∵OA＝OB，∴∠OAB＝45°，∴AG＝FG，∵DE＝FG，∴DE＝AG，连接GE，延长DE交x轴于点T，∴四边形FGED是平行四边形，∵DF⊥AB，∴EG⊥AB，∴△AEG为等腰直角三角形，∴AT＝ET＝GT＝3﹣m，∴AG＝FG＝6﹣2m，∴OG＝3﹣（6﹣2m）＝2m﹣3，∴F点横坐标为2m﹣3，∴FG＝﹣2m+6，∴DT＝﹣2m+6+3﹣m＝﹣3m+9，∴﹣m2+2m+3＝﹣3m+9，解得m＝2或m＝3（舍），∴D（2，3）；（3）令y＝0，则﹣x2+2x+3＝0，解得x＝3或x＝﹣1，∴C（﹣1，0），设CD的解析式为y＝kx+b，将C（﹣1，0）、D（2，3）代入，∴，∴，∴y＝x+1，∴∠ACM＝45°，∴CM⊥AM，联立x+1＝﹣x+3，解得x＝1，∴M（1，2），∵以点M，H，K，P为顶点的四边形是正方形，①当MH⊥MK时，H点在AB上，K点在CD上，∵H点在抛物线上，∴H（3，0）或H（0，3），当H（3，0）时，MH＝2，∴KH＝4，∴K（3，4）∴HK的中点为（3，2），则MP的中点也为（3，2），∴P（5，2）；当H（0，3）时，MH＝，∴KH＝2，∴K（0，1），∴HK的中点为（0，2），则MP的中点也为（0，2），∴P（﹣1，2）；②当MH⊥HK时，此时MH⊥y轴，∴H（1+，2）或H（1﹣，2），当H（1+，2）时，MH＝，∴P（1，2+）；当H（1﹣，2）时，MH＝，∴P（1，2﹣）；综上所述：当以点M，H，K，P为顶点的四边形是正方形时，P点坐标为（5，2）或（﹣1，2）或（1，2+）或（1，2﹣）．