2021中考数学压轴题题型:专题12二次函数与动点综合问题(含原卷及解析卷)
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专题12二次函数与动点综合问题
【例1】(2020•盘锦)如图1,直线y=x﹣4与x轴交于点B,与y轴交于点A,抛物线y=−12x2+bx+c经过点B和点C(0,4),△ABO沿射线AB方向以每秒2个单位长度的速度平移,平移后的三角形记为△DEF(点A,B,O的对应点分别为点D,E,F),平移时间为t(0<t<4)秒,射线DF交x轴于点G,交抛物线于点M,连接ME.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当tan∠EMF=43时,请直接写出t的值;
(3)如图2,点N在抛物线上,点N的横坐标是点M的横坐标的12,连接OM,NF,OM与NF相交于点P,当NP=FP时,求t的值.
【分析】(1)求出等B的坐标,利用待定系数法解决问题即可.
(2)分两种情形:如图1中,当点M在线段DF的上方时,求出DM=7,构建方程求解即可,当点M在线段DF上时,DM=1,构建方程求解即可.
(3)如图2中,过点N作NT∥y轴于T.由题意D(t,t﹣4),则M(t,−12t2+t+4),N(12t,−18t2+12t+4),T(12t,−14t2+12t+2),F(t,t),利用全等三角形的性质证明NT=MF,由此构建方程解决问题即可.
【解析】(1)∵直线y=x﹣4与x轴交于点B,与y轴交于点A,
∴B(4,0),A(0,﹣4),
把B(4,0),C(0,4)代入y=−12x2+bx+c得到c=4−8+4b+c=0,
解得b=1c=4,
∴抛物线的解析式为y=−12x2+x+4.
(2)如图1中,当点M在线段DF的上方时,
由题意得,D(t,t﹣4),则M(t,−12t2+t+4),
∴DM=−12t2+8,
在Rt△MEF中,tan∠EMF=EFFM=4FM=43,
∴MF=3,
∵DF=EF=4,
∴DM=7,
∴−12t2+8=7,
∴t=2或−2(舍弃)
(3)如图2中,过点N作NT∥y轴于T.由题意得D(t,t﹣4),则M(t,−12t2+t+4),N(12t,−18t2+12t+4),T(12t,−14t2+12t+2),F(t,t)
∵NT∥FM,
∴∠PNT=∠PFM,
∵∠NPT=∠MPF,PN=PF,
∴△NPT≌△FPM(ASA),
∴NT=MF,
∴−18t2+12t+4﹣(−14t2+12t+2)=−12t2+t+4﹣t,
解得t=455或−455(舍弃),
∴t的值为455.
【例2】(2020•赤峰)如图,已知二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的图象与x轴交于A(1,0),B(4,0)两点,与y轴交于点C,直线y=−12x+2经过B,C两点.
(1)直接写出二次函数的解析式 y=12x2−52x+2 ;
(2)平移直线BC,当直线BC与抛物线有唯一公共点Q时,求此时点Q的坐标;
(3)过(2)中的点Q作QE∥y轴,交x轴于点E.若点M是抛物线上一个动点,点N是x轴上一个动点,是否存在以E,M,N三点为顶点的直角三角形(其中M为直角顶点)与△BOC相似?如果存在,请直接写出满足条件的点M的个数和其中一个符合条件的点M的坐标;如果不存在,请说明理由.
【分析】(1)先求出点C坐标,利用待定系数法可求解析式;
(2)先求出直线BC平移后的解析式,联立方程组可求解;
(3)分两种情况,构造出两三角形相似,得出EHMH=OBOC或EHMH=OCOB,进而建立绝对值方程求解即可得出结论.
【解析】(1)∵直线y=−12x+2经过B,C两点.
∴点C(0,2),
∵二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的图象经过A(1,0),B(4,0),点C(0,2),
∴0=a+b+c0=16a+4b+cc=2,
解得:a=12b=−52c=2,
∴抛物线解析式为y=12x2−52x+2,
故答案为:y=12x2−52x+2;
(2)∵直线BC解析式为:y=−12x+2,
∴设平移后的解析式为:y=−12x+2+m,
∵平移后直线BC与抛物线有唯一公共点Q
∴12x2−52x+2=−12x+2+m,
∴△=4﹣4×12×(﹣m)=0,
∴m=﹣2,
∴设平移后的解析式为:y=−12x,
联立方程组得:y=−12xy=12x2−52x+2,
∴x=2y=−1,
∴点Q(2,﹣1);
(3)设点M的坐标为(m,12m2−52m+2),
∵以E,M,N三点为顶点的直角三角形(其中M为直角顶点)与△BOC相似,
∴①当△MEN∽△OBC时,
∴∠MEN=∠OBC,
过点M作MH⊥x轴于H,
∴∠EHM=90°=∠BOC,
∴△EHM∽△BOC,
∴EHMH=OBOC,
∴MH=|12m2−52m+2|,EH=|m﹣2|,
∵OB=4,OC=2.
∴|m−2||12m2−52m+2|=2,
∴m=3±3或m=2±2,
当m=3+3时,12m2−52m+2=3+12,
∴M(3+3,3+12),
当m=3−3时,12m2−52m+2=1−32,
∴M(3−3,1−32),
当m=2+2时,12m2−52m+2=−22,
∴M(2+2,−22),
当m=2−2时,12m2−52m+2=22,
∴M(2−2,22),
②当△NEM∽△OBC时,
同①的方法得,|m−2||12m2−52m+2|=12,
∴m=9±332或m=1±172,
当m=9+332时,12m2−52m+2=5+33,
∴M(9+332,5+33),
当m=9−332时,12m2−52m+2=5−33,
∴M(9−332,5−33),
当m=1+172时,12m2−52m+2=3−17,
∴M(1+172,3−17),
当m=1−172时,12m2−52m+2=3+17,
∴M(1−172,3+17),
即满足条件的点M共有8个,其点的坐标为(3+3,3+12)或(3−3,1−32)或(2+2,−22)或(2−2,22)或(9+332,5+33)或(9−332,5−33)或(1+172,3−17)或(1−172,3+17).
【例3】(2020•丹东)如图1,在平面直角坐标系中,抛物线y=−12x2+bx+c与x轴交于A,B两点,A点坐标为(﹣2,0),与y轴交于点C(0,4),直线y=−12x+m与抛物线交于B,D两点.
(1)求抛物线的函数表达式.
(2)求m的值和D点坐标.
(3)点P是直线BD上方抛物线上的动点,过点P作x轴的垂线,垂足为H,交直线BD于点F,过点D作x轴的平行线,交PH于点N,当N是线段PF的三等分点时,求P点坐标.
(4)如图2,Q是x轴上一点,其坐标为(−45,0).动点M从A出发,沿x轴正方向以每秒5个单位的速度运动,设M的运动时间为t(t>0),连接AD,过M作MG⊥AD于点G,以MG所在直线为对称轴,线段AQ经轴对称变换后的图形为A′Q′,点M在运动过程中,线段A′Q′的位置也随之变化,请直接写出运动过程中线段A′Q′与抛物线有公共点时t的取值范围.
【分析】(1)利用待定系数法解决问题即可.
(2)求出点B的坐标,可得直线BD的解析式,构建方程组确定点D坐标即可.
(3)设P(a,−12a2+a+4),则N(a,52),F(a,−12a+2)推出PN=−12a2+a+4−52=−12a2+a+32,NF=52−(−12a+2)=12a+12,由N是线段PF的三等分点,推出PN=2NF或NF=2PN,构建方程求解即可.
(4)首先证明QQ′∥AD,由题意直线QQ′的解析式为y=52x+2,设直线QQ′交抛物线于E,利用方程组求出点E的坐标,求出两种特殊情形t的值即可判断.
【解析】(1)把A(﹣2,0),C(0,4)代入y=−12x2+bx+c,
得到c=4−2−2b+c=0,
解得b=1c=4,
∴抛物线的解析式为y=−12x2+x+4.
(2)令y=0,则有−12x2+x+4=0,
解得x=﹣2或4,
∴B(4,0),
把B(4,0)代入y=−12x+m,得到m=2,
∴直线BD的解析式为y=−12x+2,
由y=−12x2+x+4y=−12x+2,解得x=4y=0或x=−1y=52,
∴D(﹣1,52).
(3)设P(a,−12a2+a+4),
则N(a,52),F(a,−12a+2),
∴PN=−12a2+a+4−52=−12a2+a+32,NF=52−(−12a+2)=12a+12,
∵N是线段PF的三等分点,
∴PN=2NF或NF=2PN,
∴−12a2+a+32=a+1或12a+12=−a2+2a+3,
解得a=±1或﹣1或52,
∵a>﹣1,
∴a=1或52,
∴P(1,92)或(52,278).
(4)如图2中,
∵A(﹣2,0),D(﹣1,52),
∴直线AD的解析式为y=52x+5,
∵A′Q′与AQ关于MG对称,MG⊥AD,
∴QQ′∥AD,
∵Q(−45,0),
∴直线QQ′的解析式为y=52x+2,设直线QQ′交抛物线于E,
由y=−12x2+x+4y=52x+2,解得x=1y=92或x=−4y=−8,
∴E(1,92),
当点A′与D重合时,直线GM的解析式为y=−25x+1320,可得M(138,0),此时t=2940,
当点Q′与E重合时,直线GM经过点(110,94),
∵GM⊥AD,
∴GM的解析式为y=−25x+229100,
令y=0,可得x=22940,
∴M(22940,0),此时t=2272+2522940+25=309200,
观察图象可知,满足条件的t的值为2940≤t≤309200.
【例4】(2020•随州)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+1的对称轴为直线x=32,其图象与x轴交于点A和点B(4,0),与y轴交于点C.
(1)直接写出抛物线的解析式和∠CAO的度数;
(2)动点M,N同时从A点出发,点M以每秒3个单位的速度在线段AB上运动,点N以每秒2个单位的速度在线段AC上运动,当其中一个点到达终点时,另一个点也随之停止运动.设运动的时间为t(t>0)秒,连接MN,再将线段MN绕点M顺时针旋转90°,设点N落在点D的位置,若点D恰好落在抛物线上,求t的值及此时点D的坐标;
(3)在(2)的条件下,设P为抛物线上一动点,Q为y轴上一动点,当以点C,P,Q为顶点的三角形与△MDB相似时,请直接写出点P及其对应的点Q的坐标.(每写出一组正确的结果得1分,至多得4分)
【分析】(1)利用待定系数法,对称轴公式构建方程组求出a,b即可,再求出点A点C的坐标即可得出结论.
(2)如图1中,过点C作CE⊥OA于E,过点D作DF⊥AB于F.利用全等三角形的性质求出点F的坐标,再利用待定系数法求解即可.
(3)分6种情形首先确定点P的坐标,再利用相似三角形的性质求解即可.
【解析】(1)由题意:−b2a=3216a+4b+1=0,
解得a=−14b=34,
∴抛物线的解析式为y=−14x2+34x+1,
令y=0,可得x2﹣3x﹣4=0,解得x=﹣1或4,
∴A(﹣1,0),
令y=0,得到x=1,
∴C(0,1),
∴OA=OC=1,
∴∠CAO=45°.
(2)如图1中,过点C作CE⊥OA于E,过点D作DF⊥AB于F.
∵∠NEM=∠DFM=∠NMD=90°,
∴∠NME+∠DMF=90°,∠DMF+∠MDF=90°,
∴∠NME=∠MDF,
∵NM=DM,
∴△MEN≌△DFM(AAS),
∴NE=MF,EM=DF,
∵∠CAO=45°,AN=2t,AM=3t,
∴AE=EN=t,
∴EM=AM﹣AE=2t,
∴DF=2t,MF=t,OF=4t﹣1,
∴D(4t﹣1,2t),
∴−14(4t﹣1)2+34(4t﹣1)+1=2t,
∵t>0,故可以解得t=34,
经检验,t=34时,M,N均没有达到终点,符合题意,
∴D(2,32).
(3)如图3﹣1中,当点Q在点C的下方,点P在y的右侧,∠QCP=∠MDB时,
取E(12,0),连接EC,过点E作EG⊥EC交PC于G,
∵M(54,0),D(2,32),B(4,0)
∴FM=2−54=34,DM=354,BM=114,BD=52,
∴DF=2MF,
∵OC=2OE,
∴tan∠OCE=tan∠MDF=12,
∴∠OCE=∠MDF,
∴∠OCP=∠MDB,
∴∠ECG=∠FDB,
∴tan∠ECG=tan∠FDB=43,
∵EC=52,
∴EG=253,可得G(116,23),
∴直线CP的解析式为y=−211x+1,
由y=−211x+1y=−14x2+34x+1,解得x=0y=1或x=4111y=39121,
∴P(4111,39121),C(0,1),
∴PC=2105121,
当MDCQ=BDCP或MDPC=BDCQ时,△QCP与△MDB相似,可得CQ=615242或2050363,
∴Q(0,−373242)或(0,−1687363).
如图3﹣2中,当点Q在点C的下方,点P在y的右侧,∠QCP=∠DMB时,设PC交x轴于k.
∵tan∠OCK=tan∠DMB=2,
∴OK=2OC=2,
∴点K与F重合,
∴直线PC的解析式为y=−12x+1,
由y=−12x+1y=−14x2+34x+1,解得x=0y=1或x=5y=−32,
∴P(5,−32),
∴PC=552,
当DMPC=BMCQ或DMCQ=BMPC时,△QCP与△MDB相似,可得CQ=556或7522,
∴Q(0,−496)或(0,−5322).
当点Q在点C的下方,点P在y的右侧,∠QCP=∠DBM时,同法可得P(253,−919),Q(0,−25718)或(0,115199),
当点Q在点C上方,∠QCP=∠DMB时,同法可得P(1,32),Q(0,176)或(0,3722),
当点Q在点C上方,∠QCP=∠MDB时,同法可得P(2511,171121),Q(0,617242)或(0,1613363),
当点Q在点C下方,点P在y轴的左侧时,∠QCP=∠DBM时,同法可得P(−73,−199),Q(0,−5918)或(0,−25199).
【例5】(2020•邵阳)如图,在平面直角坐标系中,矩形ABCD的边BC与x轴、y轴的交点分别为C(8,0),B(0,6),CD=5,抛物线y=ax2−154x+c(a≠0)过B,C两点,动点M从点D开始以每秒5个单位长度的速度沿D→A→B→C的方向运动到达C点后停止运动.动点N从点O以每秒4个单位长度的速度沿OC方向运动,到达C点后,立即返回,向CO方向运动,到达O点后,又立即返回,依此在线段OC上反复运动,当点M停止运动时,点N也停止运动,设运动时间为t.
(1)求抛物线的解析式;
(2)求点D的坐标;
(3)当点M,N同时开始运动时,若以点M,D,C为顶点的三角形与以点B,O,N为顶点的三角形相似,求t的值;
(4)过点D与x轴平行的直线,交抛物线的对称轴于点Q,将线段BA沿过点B的直线翻折,点A的对称点为A',求A'Q+QN+DN的最小值.
【分析】(1)将C(8,0),B(0,6)代入y=ax2−154x+c计算即可;
(2)作DE⊥x轴于点E,证明△BOC~△CED,可得CE,DE长度,进而得到点D的坐标;
(3)分为点M在AD,BC上两种情况讨论,当点M在AD上时,分为△BON~△CDM和△BON~△MDC两种情况讨论;当点M在BC上时,分为△BON~△MCD和△BON~△DCM两种情况讨论;
(4)作点D关于x轴的对称F,连接QF,可得QN+DN的最小值;连接BQ减去BA'可得A'Q的最小值,综上可得A'Q+QN+DN的最小值.
【解析】(1)将C(8,0),B(0,6)代入y=ax2−154x+c,得64a−154×8+c=0c=6,
解得a=38c=6,
∴抛物线的解析式为:y=38x2−154x+6;
(2)如答图1,作DE⊥x轴于点E,
∵C(8,0),B(0,6),
∴OC=8,OB=6.
∴BC=10.
∵∠BOC=∠BCD=∠DEC,
∴△BOC~△CED.
∴BCCD=BOCE=OCDE.
∴CE=3,DE=4.
∴OE=OC+CE=11.
∴D(11,4).
(3)若点M在DA上运动时,DM=5t,ON=4t,
当△BON~△CDM,则BOCD=ONDM,即65=4t5t不成立,舍去;
当△BON~△MDC,则BOMD=ONDC,即65t=4t5,解得:t=62;
若点M在BC上运动时,CM=25﹣5t.
当△BON~△MCD,则BOMC=ONCD,即625−5t=ON5,
∴ON=65−t.
当3<t≤4时,ON=16﹣4t.
∴65−t=16−4t,
解得t1=9+72(舍去),t2=9−72.
当4<t≤5时,ON=4t﹣16
∴65−t=4t−16,无解;
当△BON~△DCM,则BODC=ONCM,即65=ON25−5t,
∴ON=30﹣6t;
当3<t≤4时,ON=16﹣4t,
∴30﹣6t=16﹣4t,
解得t=7(舍去);
当4<t≤5时,ON=4t﹣16,
∴30﹣6t=4t﹣16,
解得t=235.
综上所示:当t=62时,△BON~△MDC;t=9−72时,△BON~△MCD;t=235时,△BON~△DCM;
(4)如答图2,作点D关于x轴的对称点F,连接QF交x轴于点N,
∵点D(11,4),
∴点F(11,﹣4).
由y=38x2−154x+6得对称轴为x=5,
∴点Q(5,4).
∴QF=(5−11)2+(4+4)2=10,BQ=(0−5)2+(6−4)2=29.
∴A'Q+QN+DN=BQ−BA'+QF=29−5+10=29+5.
故A'Q+QN+DN的最小值为29+5.
【例6】(2020•深圳)如图1,抛物线y=ax2+bx+3(a≠0)与x轴的交点A(﹣3,0)和B(1,0),与y轴交于点C,顶点为D.
(1)求该抛物线的解析式;
(2)连接AD,DC,CB,将△OBC沿x轴以每秒1个单位长度的速度向左平移,得到△O'B'C',点O、B、C的对应点分别为点O'、B'、C',设平移时间为t秒,当点O'与点A重合时停止移动.记△O'B'C'与四边形AOCD重合部分的面积为S,请直接写出S与t之间的函数关系式;
(3)如图2,过该抛物线上任意一点M(m,n)向直线l:y=92作垂线,垂足为E,试问在该抛物线的对称轴上是否存在一点F,使得ME﹣MF=14?若存在,请求出F的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)将点A(﹣3,0)、B(1,0)代入抛物线的解析式得到关于a、b的方程组即可;
(2)分三种情况:①0<t<1时,②1≤t<32时,③32≤t≤3时,可由面积公式得出答案;
(3)令F(﹣1,t),则MF=(m+1)2+(n−t)2,ME=92−n,得出(m+1)2+(n−t)2=(174−n)2,可求出n=154.则得出答案.
【解析】(1)∵抛物线y=ax2+bx+3过点A(﹣3,0),B(1,0),
∴9a−3b+3=0a+b+3=0,解得a=−1b=−2,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2﹣2x+3;
(2)①0<t<1时,如图1,若B'C'与y轴交于点F,
∵OO'=t,OB'=1﹣t,
∴OF=3OB'=3﹣3t,
∴S=12×(C'O'+OF)×OO'=12×(3+3﹣3t)×t=−32t2+3t,
②1≤t<32时,S=32;
③32≤t≤3时,如图2,C′O′与AD交于点Q,B′C′与AD交于点P,过点P作PH⊥C′O′于H,
∵AO=3,O'O=t,
∴AO'=3﹣t,O'Q=6﹣2t,
∴C'Q=2t﹣3,
∵QH=2PH,C'H=3PH,
∴PH=15C'Q=15(2t﹣3),
∴S=32−12(2t−3)×15(2t﹣3),
∴S=−25t2+65t+35,
综合以上可得:S=−32t2+3t(0<t<1)32(1≤t<32)−25t2+65t+35(32≤t≤3).
(3)令F(﹣1,t),则MF=(m+1)2+(n−t)2,ME=92−n,
∵ME﹣MF=14,
∴MF=ME−14,
∴(m+1)2+(n−t)2=(174−n)2,
∴m2+2m+1+t2﹣2nt=−172n+28916.
∵n=﹣m2﹣2m+3,
∴(1+2t−172)m2+(2+4t﹣17)m+1+t2﹣6t+512−28916=0.
当t=154时,上式对于任意m恒成立,
∴存在F(﹣1,154).
【例7】(2020•重庆)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+2(a≠0)与y轴交于点C,与x轴交于A,B两点(点A在点B的左侧),且A点坐标为(−2,0),直线BC的解析式为y=−23x+2.
(1)求抛物线的解析式;
(2)过点A作AD∥BC,交抛物线于点D,点E为直线BC上方抛物线上一动点,连接CE,EB,BD,DC.求四边形BECD面积的最大值及相应点E的坐标;
(3)将抛物线y=ax2+bx+2(a≠0)向左平移2个单位,已知点M为抛物线y=ax2+bx+2(a≠0)的对称轴上一动点,点N为平移后的抛物线上一动点.在(2)中,当四边形BECD的面积最大时,是否存在以A,E,M,N为顶点的四边形为平行四边形?若存在,直接写出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)利用直线BC的解析式求出点B、C的坐标,则y=ax2+bx+2=a(x+2)(x﹣32)=ax2﹣22a﹣6a,即﹣6a=2,解得:a=−13,即可求解;
(2)四边形BECD的面积S=S△BCE+S△BCD=12×EF×OB+12×(xD﹣xC)×BH,即可求解;
(3)分AE是平行四边形的边、AE是平行四边形的对角线两种情况,分别求解即可.
【解析】(1)直线BC的解析式为y=−23x+2,令y=0,则x=32,令x=0,则y=2,
故点B、C的坐标分别为(32,0)、(0,2);
则y=ax2+bx+2=a(x+2)(x﹣32)=a(x2﹣22x﹣6)=ax2﹣22a﹣6a,
即﹣6a=2,解得:a=−13,
故抛物线的表达式为:y=−13x2+223x+2①;
(2)如图,过点B、E分别作y轴的平行线分别交CD于点H,交BC于点F,
∵AD∥BC,则设直线AD的表达式为:y=−23(x+2)②,
联立①②并解得:x=42,故点D(42,−103),
由点C、D的坐标得,直线CD的表达式为:y=−223x+2,
当x=32时,yCD=−223x+2=﹣2,即点H(32,﹣2),
设点E(x,−13x2+223x+2),则点F(x,−23x+2),
则四边形BECD的面积S=S△BCE+S△BCD=12×EF×OB+12×(xD﹣xC)×BH=12×(−13x2+223x+2+23x﹣2)×32+12×42×2=−22x2+3x+42,
∵−22<0,故S有最大值,当x=322时,S的最大值为2524,此时点E(322,52);
(3)存在,理由:
y=−13x2+223x+2=−13(x−2)2+83,抛物线y=ax2+bx+2(a≠0)向左平移2个单位,
则新抛物线的表达式为:y=−13x2+83,
点A、E的坐标分别为(−2,0)、(322,52);设点M(2,m),点N(n,s),s=−13n2+83;
①当AE是平行四边形的边时,
点A向右平移522个单位向上平移52个单位得到E,同样点M(N)向右平移522个单位向上平移52个单位得到N(M),
即2±522=n,
则s=−13n2+83=−112或76,
故点N的坐标为(722,−112)或(−322,76);
②当AE是平行四边形的对角线时,
由中点公式得:−2+322=n+2,解得:n=−22,
s=−13n2+83=156=52,
故点N的坐标(−22,52);
综上点N的坐标为:(722,−112)或(−322,76)或(−22,52).
【题组一】
1.(2020•香洲区校级一模)如图1,矩形OBCD的边OD,OB分别在x轴和y轴上,且B(0,8),D(10,0).点E是DC边上一点,将矩形OBCD沿过点O的射线OE折叠,使点D恰好落在BC边上的点A处.
(1)若抛物线y=ax2+bx经过点A,D,求此抛物线的解析式;
(2)若点M是(1)中的抛物线对称轴上的一点,点N是坐标平面内一点,是否存在M,N使以A,M,N,E为顶点的四边形为菱形?若存在,直接写出点M的坐标;若不存在,说明理由;
(3)如图2,动点P从点O出发沿x轴正方向以每秒1个单位的速度向终点D运动,动点Q从点D出发沿折线D﹣C﹣A以同样的速度运动,两点同时出发,当一点运动到终点时,另一点也随之停止,过动点P作直线l⊥x轴,依次交射线OA,OE于点F,G,设运动时间为t(秒),△QFG的面积为S,求S与t的函数关系式,并直接写出t的取值范围.(t的取值应保证△QFG的存在)
【分析】(1)用待定系数法即可求得抛物线的解析式;
(2)易求得抛物线的对称轴x=5,过点E作ET⊥AH,垂足为T,运用勾股定理用的代数式表示出AM2、EM2,然后分别以AM与AE,EM与EA,ME与MA为菱形的一组邻边进行讨论,列出等式,求出n,就可求出点M的坐标;
(3)根据点Q的位置不同,分以下四种情况进行讨论:①点Q在线段DC上、②点Q在AC上且在直线的右边、③)点Q在AC上且在直线上、④点Q在AC上且在直线l的左边,就可解决问题.
【解析】(1)解:∵四边形OBCD是矩形,B(0,8),D(10,0),
∴BC=OD=10,DC=OB=8,∠OBC=∠C=90°,
由折叠可得:OA=OD=10,AE=DE,
∵∠OBC=90°,OB=8,OA=10,
∴AB=6,
∴AC=4,
设AE=DE=x,则CE=8﹣x,
∵∠C=90°,
∴x2=42+(8﹣x)2,
解得:x=5,
∴AE=DE=5,
∴点A的坐标为(6,8),点E的坐标为(10,5),
∵抛物线y=ax2+bx经过点A(6,8),D(10,0),
∴36a+6b=8100a+10b=0,
解得:a=−13b=103.
此抛物线的解析式为y=−13x2+103x;
(2)存在M、N,使以A、M、N、E为顶点的四边形为菱形,
设抛物线的对称轴与BC交于点H,过点E作ET⊥AH,垂足为T,连接AM、ME,如图1,
设点M的坐标为(m,n),则m=−1032×(−13)=5m=−1032×(−13)=5,
∴AH=6﹣5=1,HM=﹣8﹣n,
ET=10﹣5=5,TM=﹣5﹣n,
因为AH⊥HM,
∴AM2=AH2+MH2=1+(8﹣n)2,
∵ET⊥MH,
∴ME2=ET2+MT2=25+(5﹣n)2,
①若AM与AE是菱形的一组邻边,则AM=AE,
∴AM2=AE2,
∴1+(8﹣n)2=25,
∴(8﹣n)2=24,
解得:n1=8−26,n2=8+26;
②若EM与EA是菱形的一组邻边,则EM=EA,
∴EM2=EA2,
∴25+(5﹣n)2=25,
∴(5﹣n)2=0,
∴n3=5;
③若MA与ME是菱形的一组邻边,则MA=ME,
∴MA2=ME2,
∴1+(8﹣n)2=25+(5﹣n)2,
解得:n4=2.5.
综上所述:满足要求的点M的坐标为(5,8−26),(5,8+26),(5,5),(5,2.5);
(3)设直线OA的解析式y=k1x,
∵点A的坐标为(6,8),
∴6k1=8,
∴k1=43,
故直线OA的解析式为y=43x,
同理可得:直线OE的表达式为y=12x,
∵OP=1×t=t,
∴P(t,0),
∵直线⊥x轴于点P,点F,G是直线l与OA,OE的交点,
∴F(t,43t)G(t,12t),
故FG=43t−12t=56t,
当0<t<8时,点Q在线段DC上,
过点Q作QS⊥直线l,垂足为S,
如图2,
则QS=PD=10﹣t,
∴S=12FG⋅QS=12FG⋅PD
=12×56t(10−t)
=−512t2+256t,
②当8≤t<9时,点Q在线段CA上,且在直线l的右侧,
设FG交AC于点N,如图3,
则QN=CN﹣CQ=PD﹣CQ=(10t)﹣(t﹣8)=18﹣2t,
∴S=12FG⋅QN
=12×56t
=−56t2+152t;
③当t=9时,QN=18﹣2t=0,点Q与点N重合,此时△QFG不存在,故舍去;
④当9<t≤10时,点Q在线段CA上,且在直线l的左侧,设FG交AC于点N,如图4.
则QN=CQ﹣CN=CQ﹣PD=(10﹣t)=2t﹣18,
∴S=12FG⋅QN
=12×56(2t﹣18)
=56t2−152t.
综上所述:S=−512t2+256t(0<t<8)−56t2+152t(8≤t<9)56t2−152t(9<t≤10).
2.(2020•清江浦区二模)在平面直角坐标系中,Rt△ABC,∠ACB=90°,AB∥x轴,如图1,C(1,0),且OC:OA=AC:BC=1:2.
(1)A点坐标为 (0,2) ,B点坐标为 (5,2) ;
(2)求过A、B、C三点的抛物线表达式;
(3)如图2,抛物线对称轴与AB交于点D,现有一点P从点A出发,以每秒1个单位的速度在AB上向点B运动,另一点Q从点D与点P同时出发,以每秒5个单位在抛物线对称轴上运动.当点P到达B点时,点P、Q同时停止运动,问点P、Q运动到何处时,△PQB面积最大,试求出最大面积.
【分析】(1)根据OC=1可得OA=2,因为A在y轴上,可得A的坐标,根据勾股定理计算AC,AB的长,可得B的坐标;
(2)利用待定系数法求二次函数的解析式;
(3)根据动点的时间和速度表示PB和DQ的长,根据三角形面积公式表示△PQB面积,根据二次函数的最值即可解答.
【解析】(1)∵C(1,0),
∴OC=1,
∵OC:OA=1:2,
∴OA=2,
∴A(0,2),
∴AC=12+22=5,
∵AC:BC=1:2,
∴BC=25,
∵∠ACB=90°,
∴AB=AC2+BC2=(5)2+(25)2=5,
∵AB∥x轴,
∴B(5,2),
故答案为:(0,2),(5,2);
(2)设过A、B、C三点的抛物线表达式为:y=ax2+bx+c,
则c=225a+5b+c=2a+b+c=0,
解得:a=12b=−52c=2,
∴过A、B、C三点的抛物线表达式为:y=12x2−52x+2;
(3)如图2,设运动t秒时,△PQB面积最大,且0≤t≤5,则BP=5﹣t,DQ=5t,
∴S△PQB=12×BP×DQ=12(5−t)⋅5t=−52t2+25t2,
∵a=−52<0
∴当t=−2522×(−52)=52时,面积最大值是:S△PQB=−52×(52)2+252×52=1258,
此时点P的坐标为(52,2),
当点Q向上运动时,点Q的坐标为(52,292),
当点Q向下运动时,点Q的坐标为(52,−212),
综上,当点P的坐标为(52,2),点Q的坐标为(52,292)或(52,−212)时,△PQB面积最大,最大面积为1258.
3.(2019•湖州)如图1,已知在平面直角坐标系xOy中,四边形OABC是矩形,点A,C分别在x轴和y轴的正半轴上,连结AC,OA=3,tan∠OAC=33,D是BC的中点.
(1)求OC的长和点D的坐标;
(2)如图2,M是线段OC上的点,OM=23OC,点P是线段OM上的一个动点,经过P,D,B三点的抛物线交x轴的正半轴于点E,连结DE交AB于点F.
①将△DBF沿DE所在的直线翻折,若点B恰好落在AC上,求此时BF的长和点E的坐标;
②以线段DF为边,在DF所在直线的右上方作等边△DFG,当动点P从点O运动到点M时,点G也随之运动,请直接写出点G运动路径的长.
【分析】(1)由OA=3,tan∠OAC=OCOA=33,得OC=3,由四边形OABC是矩形,得BC=OA=3,所以CD=12BC=32,求得D(32,3);
(2)①由易知得ACB=∠OAC=30°,设将△DBF沿DE所在的直线翻折后,点B恰好落在AC上的B'处,则DB'=DB=DC,∠BDF=∠B'DF,所以∠BDB'=60°,∠BDF=∠B'DF=30°,所以BF=BD•tan30°=32,AF=BF=32,因为∠BFD=∠AEF,所以∠B=∠FAE=90°,因此△BFD≌△AFE,AE=BD=32,点E的坐标(92,0);
②动点P在点O时,求得此时抛物线解析式为y=−29x2+3x,因此E(92,0),直线DE:y=−33x+332,F1(3,123);当动点P从点O运动到点M时,求得此时抛物线解析式为y=−2273x2+33x+233,所以E(6,0),直线DE:y=−239x+433,所以F2(3,233);所以点F运动路径的长为F1F2=233−32=36,即G运动路径的长为36.
【解析】(1)∵OA=3,tan∠OAC=OCOA=33,
∴OC=3,
∵四边形OABC是矩形,
∴BC=OA=3,
∵D是BC的中点,
∴CD=12BC=32,
∴D(32,3);
(2)①∵tan∠OAC=33,
∴∠OAC=30°,
∴∠ACB=∠OAC=30°,
设将△DBF沿DE所在的直线翻折后,点B恰好落在AC上的B'处,
则DB'=DB=DC,∠BDF=∠B'DF,
∴∠DB'C=∠ACB=30°
∴∠BDB'=60°,
∴∠BDF=∠B'DF=30°,
∵∠B=90°,
∴BF=BD•tan30°=32,
∵AB=3,
∴AF=BF=32,
∵∠BFD=∠AEF,
∴∠B=∠FAE=90°,
∴△BFD≌△AFE(ASA),
∴AE=BD=32,
∴OE=OA+AE=92,
∴点E的坐标(92,0);
②动点P在点O时,
∵抛物线过点P(0,0)、D(32,3)、B(3,3)
求得此时抛物线解析式为y=−293x2+3x,
∴E(92,0),
∴直线DE:y=−33x+332,
∴F1(3,123);
当动点P从点O运动到点M时,
∵抛物线过点P(0,233)、D(32,3)、B(3,3)
求得此时抛物线解析式为y=−2273x2+33x+233,
∴E(6,0),
∴直线DE:y=−239x+433,
∴F2(3,233);
∴点F运动路径的长为F1F2=233−32=36,
如图,当动点P从点O运动到点M时,点F运动到点F',点G也随之运动到G'.
连接GG'.当点P向点M运动时,抛物线开口变大,F点向上线性移动,所以G也是线性移动.
即GG'=FF'.
∵△DFG、△DF'G'为等边三角形,
∴∠GDF=∠G'DF'=60°,DG=DF,DG'=DF',
∴∠GDF﹣∠GDF'=∠G'DF'﹣∠GDF',
即∠G'DG=∠F'DF
在△DFF'与△FGG'中,
DF'=DG'∠F'DF=∠G'DGDF=DG,
∴△DFF'≌△FGG'(SAS),
∴GG'=FF'=36
即G运动路径的长为36.
4.(2019•沈阳)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+2(a≠0)与x轴交于A,B两点(点A在点B的左侧),与y轴交于点C,抛物线经过点D(﹣2,﹣3)和点E(3,2),点P是第一象限抛物线上的一个动点.
(1)求直线DE和抛物线的表达式;
(2)在y轴上取点F(0,1),连接PF,PB,当四边形OBPF的面积是7时,求点P的坐标;
(3)在(2)的条件下,当点P在抛物线对称轴的右侧时,直线DE上存在两点M,N(点M在点N的上方),且MN=22,动点Q从点P出发,沿P→M→N→A的路线运动到终点A,当点Q的运动路程最短时,请直接写出此时点N的坐标.
【分析】(1)将点D、E的坐标代入函数表达式,即可求解;
(2)S四边形OBPF=S△OBF+S△PFB=12×4×1+12×PH×BO,即可求解;
(3)过点M作A′M∥AN,过作点A′直线DE的对称点A″,连接PA″交直线DE于点M,此时,点Q运动的路径最短,即可求解.
【解析】(1)将点D、E的坐标代入函数表达式得:−3=4a−2b+29a+3b+2=2,解得:a=−12b=32,
故抛物线的表达式为:y=−12x2+32x+2,
同理可得直线DE的表达式为:y=x﹣1…①;
(2)如图1,连接BF,过点P作PH∥y轴交BF于点H,
将点FB代入一次函数表达式,
同理可得直线BF的表达式为:y=−14x+1,
设点P(x,−12x2+32x+2),则点H(x,−14x+1),
S四边形OBPF=S△OBF+S△PFB=12×4×1+12×PH×BO=2+2(−12x2+32x+2+14x﹣1)=7,
解得:x=2或32,
故点P(2,3)或(32,258);
(3)当点P在抛物线对称轴的右侧时,点P(2,3),
过点M作A′M∥AN,过点A'作直线DE的对称点A″,连接PA″交直线DE于点M,此时,点Q运动的路径最短,
∵MN=22,相当于向上、向右分别平移2个单位,故点A′(1,2),
A′A″⊥DE,则直线A′A″过点A′,则其表达式为:y=﹣x+3…②,
联立①②得x=2,则A′A″中点坐标为(2,1),
由中点坐标公式得:点A″(3,0),
同理可得:直线A″P的表达式为:y=﹣3x+9…③,
联立①③并解得:x=52,即点M(52,32),
点M沿ED向下平移22个单位得:N(12,−12).
【题组二】
5.(2019•西宁)如图①,直线y=−3x+23与x轴,y轴分别交于A,B两点,以A为顶点的抛物线经过点B,点P是抛物线上一点,连接OP,AP.
(1)求抛物线的解析式;
(2)若△AOP的面积是33,求P点坐标;
(3)如图②,动点M,N同时从点O出发,点M以1个单位长度/秒的速度沿x轴正半轴方向匀速运动,点N以3个单位长度/秒的速度沿y轴正半轴方向匀速运动,当其中一个动点停止运动时,另一个动点也随之停止运动,过点N作NE∥x轴交直线AB于点E.若设运动时间为t秒,是否存在某一时刻,使四边形AMNE是菱形?若存在,求出t的值;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)求出点A、B的坐标;因为抛物线的顶点为点A,所以设抛物线的表达式为:y=a(x﹣2)2,将点B的坐标代入上式,即可求解;
(2)△AOP的面积=12×OA×yP=12×2×yP=33,解得:yP=33,即可求解;
(3)t秒时,点M、N的坐标分别为:(t,0)、(0,3t),则点E(2﹣t,3t),而点N(0,3t),故NE=2﹣t,当四边形AMNE是菱形时,NE=MN,即可求解.
【解析】(1)y=−3x+23,令x=0,则y=23,令y=0,则x=2,
故点A、B的坐标分别为:(2,0)、(0,23),
∵抛物线的顶点为点A(2,0),
∴设抛物线的表达式为:y=a(x﹣2)2,
将点B的坐标代入上式得:23=a(0﹣2)2,解得:a=32,
故抛物线的表达式为:y=32(x﹣2)2=32x2﹣23x+23;
(2)∵点A(2,0),则OA=2,
∴△AOP的面积=12×OA×yP=12×2×yP=33,
解得:yP=33,
则yP=33=32(x﹣2)2,解得:x=2±6,
故点P的坐标为:(2+6,33)或(2−6,33);
(3)存在,理由:
由题意得:t秒时,点M、N的坐标分别为:(t,0)、(0,3t),
当y=3t时,y=3t=−3x+23,解得:x=2﹣t,故点E(2﹣t,3t),
而点N(0,3t),故NE=2﹣t,
当四边形AMNE是菱形时,NE=MN,
即t2+(3t)2=(2﹣t)2,
解得:t=23或﹣2(舍去﹣2),
故t=23.
6.(2019•乐山)如图,已知抛物线y=a(x+2)(x﹣6)与x轴相交于A、B两点,与y轴交于C点,且tan∠CAB=32.设抛物线的顶点为M,对称轴交x轴于点N.
(1)求抛物线的解析式;
(2)P为抛物线的对称轴上一点,Q(n,0)为x轴上一点,且PQ⊥PC.
①当点P在线段MN(含端点)上运动时,求n的变化范围;
②在①的条件下,当n取最大值时,求点P到线段CQ的距离;
③在①的条件下,当n取最大值时,将线段CQ向上平移t个单位长度,使得线段CQ与抛物线有两个交点,求t的取值范围.
【分析】(1)由函数解析式,可以求出点A、B的坐标分别为(﹣2,0),(6,0),在Rt△OAC中由tan∠CAB=32,可以求出点C的坐标为(0,3),进而可以求出抛物线的解析式;
(2)①抛物线的对称轴为:x=2,顶点M(2,4),在Rt△PCQ中,由勾股定理得:PC2+PQ2=CQ2,把三角形三边长用点P,Q的坐标表达出来,整理得:n=12(m2−3m+4),利用0≤m≤4,求出n的取值范围;
②由S△PCQ=12CQ⋅ℎ=12PC⋅PQ,得:ℎ=PC⋅PQCQ=2,求出点P到线段CQ距离为2;
③设线段CQ向上平移t个单位长度后的解析式为:y=−34x+3+t,联立抛物线方程,可求出x2﹣7x+4t=0,由△=49﹣16t=0,得t=4916,可得当线段CQ与抛物线有两个交点时,3≤t<4916.
【解析】(1)根据题意得:A(﹣2,0),B(6,0),
在Rt△AOC中,∵tan∠CAO=COAO=32,且OA=2,得CO=3,∴C(0,3),将C点坐标代入y=a(x+2)(x﹣6)得:a=−14,
抛物线解析式为:y=−14(x+2)(x−6);
整理得:y=−14x2+x+3
故抛物线解析式为:得:y=−14x2+x+3;
(2)①由(1)知,抛物线的对称轴为:x=2,顶点M(2,4),设P点坐标为(2,m)(其中0≤m≤4),
则PC2=22+(m﹣3)2,PQ2=m2+(n﹣2)2,CQ2=32+n2,
∵PQ⊥PC,
∴在Rt△PCQ中,由勾股定理得:PC2+PQ2=CQ2,
即22+(m﹣3)2+m2+(n﹣2)2=32+n2,整理得:n=12(m2−3m+4)=12(m−32)2+78(0≤m≤4),
∴当m=32时,n取得最小值为78;当m=4时,n取得最大值为4,
所以78≤n≤4;
②由①知:当n取最大值4时,m=4,
∴P(2,4),Q(4,0),
则PC=5,PQ=25,CQ=5,
设点P到线段CQ距离为h,
由S△PCQ=12CQ⋅ℎ=12PC⋅PQ得:ℎ=PC⋅PQCQ=2,
故点P到线段CQ距离为2;
③由②可知:当n取最大值4时,Q(4,0),∴线段CQ的解析式为:y=−34x+3,
设线段CQ向上平移t个单位长度后的解析式为:y=−34x+3+t,
当线段CQ向上平移,使点Q恰好在抛物线上时,线段CQ与抛物线有两个交点,此时对应的点Q'的纵坐标为:−14(4+2)(4−6)=3,
将Q'(4,3)代入y=−34x+3+t得:t=3,
当线段CQ继续向上平移,线段CQ与抛物线只有一个交点时,
联解y=−14(x+2)(x−6)y=−34x+3+t得:−14(x+2)(x−6)=−34x+3+t,化简得:x2﹣7x+4t=0,
由△=49﹣16t=0,得t=4916,
∴当线段CQ与抛物线有两个交点时,3≤t<4916.
7.(2019•兰州)二次函数y=ax2+bx+2的图象交x轴于点(﹣1,0),B(4,0)两点,交y轴于点C.动点M从点A出发,以每秒2个单位长度的速度沿AB方向运动,过点M作MN⊥x轴交直线BC于点N,交抛物线于点D,连接AC,设运动的时间为t秒.
(1)求二次函数y=ax2+bx+2的表达式;
(2)连接BD,当t=32时,求△DNB的面积;
(3)在直线MN上存在一点P,当△PBC是以∠BPC为直角的等腰直角三角形时,求此时点D的坐标;
(4)当t=54时,在直线MN上存在一点Q,使得∠AQC+∠OAC=90°,求点Q的坐标.
【分析】(1)将点(﹣1,0),B(4,0)代入y=ax2+bx+2即可;
(2)由已知分别求出M(2,0),N(2,1),D(2,3),根据∴△DNB的面积=△DMB的面积﹣△MNB的面积即可求解;
(3)由已知可得M(2t﹣1,0),设P(2t﹣1,m),根据勾股定理可得PC2=(2t﹣1)2+(m﹣2)2,PB2=(2t﹣5)2+m2,再由PB=PC,得到m与t的关系式:m=4t﹣5,因为PC⊥PB,则有4t−72t−1•4t−52t−5=−1求出t=1或t=2,即可求D点坐标;
(4)当t=54时,M(32,0),可知点Q在抛物线对称轴x=32上;过点A作AC的垂线,以M为圆心AB为直径构造圆,圆与x=32的交点分别为Q1与Q2,由AB=5,可得圆半径AM=52,即可求Q点坐标分别为(32,−52),(32,52).
【解析】(1)将点(﹣1,0),B(4,0)代入y=ax2+bx+2,
∴a=−12,b=32,
∴y=−12x2+32x+2;
(2)C(0,2),
∴BC的直线解析式为y=−12x+2,
当t=32时,AM=3,
∵AB=5,
∴MB=2,
∴M(2,0),N(2,1),D(2,3),
∴△DNB的面积=△DMB的面积﹣△MNB的面积=12×MB×DM−12×MB×MN=12×2×2=2;
(3)∵BM=5﹣2t,
∴M(2t﹣1,0),
设P(2t﹣1,m),
∵PC2=(2t﹣1)2+(m﹣2)2,PB2=(2t﹣5)2+m2,
∵PB=PC,
∴(2t﹣1)2+(m﹣2)2=(2t﹣5)2+m2,
∴m=4t﹣5,
∴P(2t﹣1,4t﹣5),
∵PC⊥PB,
∴4t−72t−1•4t−52t−5=−1
∴t=1或t=2,
∴M(1,0)或M(3,0),
∴D(1,3)或D(3,2);
(4)当t=54时,M(32,0),
∴点Q在抛物线对称轴x=32上,
如图:过点A作AC的垂线,以M为圆心AB为直径构造圆,圆与x=32的交点分别为Q1与Q2,
∵AB=5,
∴AM=52,
∵∠AQ1C+∠OAC=90°,∠OAC+∠MAG=90°,
∴∠AQ1C=∠MAG,
又∵∠AQ1C=∠CGA=∠MAG,
∴Q1(32,−52),
∵Q1与Q2关于x轴对称,
∴Q2(32,52),
∴Q点坐标分别为(32,−52),(32,52);
8.(2019•鄂州)如图,已知抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A、B两点,AB=4,交y轴于点C,对称轴是直线x=1.
(1)求抛物线的解析式及点C的坐标;
(2)连接BC,E是线段OC上一点,E关于直线x=1的对称点F正好落在BC上,求点F的坐标;
(3)动点M从点O出发,以每秒2个单位长度的速度向点B运动,过M作x轴的垂线交抛物线于点N,交线段BC于点Q.设运动时间为t(t>0)秒.
①若△AOC与△BMN相似,请直接写出t的值;
②△BOQ能否为等腰三角形?若能,求出t的值;若不能,请说明理由.
【分析】(1)将A、B关坐标代入y=﹣x2+bx+c中,即可求解;
(2)确定直线BC的解析式为y=﹣x+3,根据点E、F关于直线x=1对称,即可求解;
(3)①△AOC与△BMN相似,则MBMN=OAOC或OCOA,即可求解;②分OQ=BQ、BO=BQ、OQ=OB三种情况,分别求解即可.
【解析】(1))∵点A、B关于直线x=1对称,AB=4,
∴A(﹣1,0),B(3,0),
代入y=﹣x2+bx+c中,得:−9+3b+c=0−1−b+c=0,解得b=2c=3,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2+2x+3,
∴C点坐标为(0,3);
(2)设直线BC的解析式为y=mx+n,
则有:n=33m+n=0,解得m=−1n=3,
∴直线BC的解析式为y=﹣x+3,
∵点E、F关于直线x=1对称,
又E到对称轴的距离为1,
∴EF=2,
∴F点的横坐标为2,将x=2代入y=﹣x+3中,
得:y=﹣2+3=1,
∴F(2,1);
(3)①如下图,连接BC交MN于Q,
MN=﹣4t2+4t+3,MB=3﹣2t,
△AOC与△BMN相似,则MBMN=OAOC或OCOA,
即:3−2t−4t2+4t+3=3或13,
解得:t=32或−13或1(舍去32、−13),
故:t=1;
②∵M(2t,0),MN⊥x轴,∴Q(2t,3﹣2t),
∵△BOQ为等腰三角形,∴分三种情况讨论,
第一种,当OQ=BQ时,
∵QM⊥OB
∴OM=MB
∴2t=3﹣2t
∴t=34;
第二种,当BO=BQ时,在Rt△BMQ中
∵∠OBQ=45°,
∴BQ=2BM,
∴BO=2BM,
即3=2(3−2t),
∴t=6−324;
第三种,当OQ=OB时,
则点Q、C重合,此时t=0
而t>0,故不符合题意
综上述,当t=34秒或6−324秒时,△BOQ为等腰三角形.
【题组三】
9.(2018•扬州)如图1,四边形OABC是矩形,点A的坐标为(3,0),点C的坐标为(0,6),点P从点O出发,沿OA以每秒1个单位长度的速度向点A运动,同时点Q从点A出发,沿AB以每秒2个单位长度的速度向点B运动,当点P与点A重合时运动停止.设运动时间为t秒.
(1)当t=2时,线段PQ的中点坐标为 (52,2) ;
(2)当△CBQ与△PAQ相似时,求t的值;
(3)当t=1时,抛物线y=x2+bx+c经过P,Q两点,与y轴交于点M,抛物线的顶点为K,如图2所示,问该抛物线上是否存在点D,使∠MQD=12∠MKQ?若存在,求出所有满足条件的D的坐标;若不存在,说明理由.
【分析】(1)先根据时间t=2,和P,Q的运动速度可得动点P和Q的路程OP和AQ的长,再根据中点坐标公式可得结论;
(2)根据矩形的性质得:∠B=∠PAQ=90°,所以当△CBQ与△PAQ相似时,存在两种情况:
①当△PAQ∽△QBC时,PAAQ=QBBC,②当△PAQ∽△CBQ时,PAAQ=BCBQ,分别列方程可得t的值;
(3)根据t=1求抛物线的解析式,根据Q(3,2),M(0,2),可得MQ∥x轴,则KM=KQ,KE⊥MQ,画出符合条件的点D,证明△KEQ∽△QMH或利用三角函数,列比例式可得点D的坐标,同理根据对称可得另一个点D.
【解析】(1)如图1,∵点A的坐标为(3,0),
∴OA=3,
当t=2时,OP=t=2,AQ=2t=4,
∴P(2,0),Q(3,4),
∴线段PQ的中点坐标为:(2+32,0+42),即(52,2);
故答案为:(52,2);
(2)如图1,∵当点P与点A重合时运动停止,且△PAQ可以构成三角形,
∴0<t<3,
∵四边形OABC是矩形,
∴∠B=∠PAQ=90°,
∴当△CBQ与△PAQ相似时,存在两种情况:
①当△PAQ∽△QBC时,PAAQ=QBBC,
∴3−t2t=6−2t3,
4t2﹣15t+9=0,
(t﹣3)(t−34)=0,
t1=3(舍),t2=34,
②当△PAQ∽△CBQ时,PAAQ=BCBQ,
∴3−t2t=36−2t,
t2﹣9t+9=0,
t=9±352,
∵9+352>3,
∴t=9+352不符合题意,舍去,
综上所述,当△CBQ与△PAQ相似时,t的值是34或9−352;
(3)当t=1时,P(1,0),Q(3,2),
把P(1,0),Q(3,2)代入抛物线y=x2+bx+c中得:
1+b+c=09+3b+c=2,解得:b=−3c=2,
∴抛物线:y=x2﹣3x+2=(x−32)2−14,
∴顶点K(32,−14),
∵Q(3,2),M(0,2),
∴MQ∥x轴,
作抛物线对称轴,交MQ于E,设DQ交y轴于H,
∴KM=KQ,KE⊥MQ,
∴∠MKE=∠QKE=12∠MKQ,
如图2,∠MQD=12∠MKQ=∠QKE,
∴tan∠MQD=tan∠QKE=MHMQ=EQEK,
即MH3=322+14,MH=2,
∴H(0,4),
易得HQ的解析式为:y=−23x+4,
则y=−23x+4y=x2−3x+2,
x2﹣3x+2=−23x+4,
解得:x1=3(舍),x2=−23,
∴D(−23,409);
同理,在M的下方,y轴上存在点H,如图3,使∠HQM=12∠MKQ=∠QKE,
由对称性得:H(0,0),
易得OQ的解析式:y=23x,
则y=23xy=x2−3x+2,
x2﹣3x+2=23x,
解得:x1=3(舍),x2=23,
∴D(23,49);
综上所述,点D的坐标为:D(−23,409)或(23,49).
10.(2018•泉山区三模)在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=ax2+bx+4经过A(﹣3,0)、B(4,0)两点,且与y轴交于点C,点D在x轴的负半轴上,且BD=BC,有一动点P从点A出发,沿线段AB以每秒1个单位长度的速度向点B移动,同时另一个动点Q从点C出发,沿线段CA以某一速度向点A移动.
(1)求该抛物线的解析式;
(2)若经过t秒的移动,线段PQ被CD垂直平分,求此时t的值;
(3)该抛物线的对称轴上是否存在一点M,使MQ+MA的值最小?若存在,求出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)由抛物线y=ax2+bx+4经过A(﹣3,0),B(4,0)两点利用待定系数法可求出a、b、c的值,进而得出抛物线的解析式;
(2)由A、B、C三点的坐标求出AC、BC及AB的值,由相似三角形的判定定理得出△ADQ∽△ABC,再由相似三角形的对应边成比例可求出DP的值,进而可得出AP(即t)的值;
(3)设抛物线y=−13x2+13x+4的对称轴x=12与x轴交于点E.点A、B关于对称轴x=12对称,连接BQ交该对称轴于点M.则MQ+MA=MQ+MB,即MQ+MA=BQ,由于当BQ⊥AC时,BQ最小,此时∠EBM=∠ACO,再由tan∠EBM=tan∠ACO=34可求出ME的值,进而得出M点的坐标.
【解析】(1)∵抛物线y=ax2+bx+4经过A(﹣3,0),B(4,0)两点,
∴9a−3b+4=016a+4b+4=0,解得a=−13b=13,
∴所求抛物线的解析式为:y=−13x2+13x+4;
(2)如图1,依题意知AP=t,连接DQ,
∵A(﹣3,0),B(4,0),C(0,4),
∴AC=5,BC=42,AB=7.
∵BD=BC,
∴AD=AB﹣BD=7﹣42,
∵CD垂直平分PQ,
∴QD=DP,∠CDQ=∠CDP.
∵BD=BC,
∴∠DCB=∠CDB.
∴∠CDQ=∠DCB.
∴DQ∥BC.
∴△ADQ∽△ABC.
∴ADAB=DQBC,
∴ADAB=DPBC,
∴7−427=DP42,
解得DP=42−327,
∴AP=AD+DP=177.
∴线段PQ被CD垂直平分时,t的值为177;
(3)如图2,设抛物线y=−13x2+13x+4的对称轴x=12与x轴交于点E.点A、B关于对称轴x=12对称,连接BQ交该对称轴于点M.
则MQ+MA=MQ+MB,即MQ+MA=BQ,
∵当BQ⊥AC时,BQ最小,此时,∠EBM=∠ACO,
∴tan∠EBM=tan∠ACO=34,
∴MEBE=34,
∴ME72=34,解ME=218.
∴M(12,218),即在抛物线y=−13x2+13x+4的对称轴上存在一点M(12,218),使得MQ+MA的值最小.
11.(2020•项城市三模)如图,抛物线y=ax2+bx+152(a≠0)经过A(﹣3,0),C(5,0)两点,点B为抛物线顶点,抛物线的对称轴与x轴交于点D.
(1)求抛物线的解析式;
(2)动点P从点B出发,沿线段BD向终点D作匀速运动,速度为每秒1个单位长度,运动时间为t,过点P作PM⊥BD,交BC于点M,以PM为正方形的一边,向上作正方形PMNQ,边QN交BC于点R,延长NM交AC于点E.
①当t为何值时,点N落在抛物线上;
②在点P运动过程中,是否存在某一时刻,使得四边形ECRQ为平行四边形?若存在,求出此时刻的t值;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)把点A、C坐标代入抛物线解析式得到关于a、b的二元一次方程组,解方程组求出a、b的值,即可得解;
(2)根据抛物线解析式求出顶点B的坐标,然后根据相似三角形对应边成比例用t表示出PM,再求出NE的长度,①表示出点N的坐标,再根据点N在抛物线上,把点N的坐标代入抛物线,解方程即可得解;②根据PM的长度表示出QD,再利用待定系数法求出直线BC的解析式,然后根据直线BC的解析式求出点R的横坐标,从而求出QR的长度,再表示出EC的长度,然后根据平行四边形对边平行且相等列式求解即可.
【解析】(1)∵y=ax2+bx+152经过A(﹣3,0),C(5,0)两点,
∴9a−3b+152=025a+5b+152=0,
解得a=−12b=1,
所以,抛物线的解析式为y=−12x2+x+152;
(2)∵y=−12x2+x+152,
=−12(x2﹣2x+1)+12+152,
=−12(x﹣1)2+8,
∴点B的坐标为(1,8),
∵抛物线的对称轴与x轴交于点D,
∴BD=8,CD=5﹣1=4,
∵PM⊥BD,
∴PM∥CD,
∴△BPM∽△BDC,
∴BPBD=PMCD,
即t8=PM4,
解得PM=12t,
所以,OE=1+12t,
∵四边形PMNQ为正方形,
∴NE=8﹣t+12t=8−12t,
①点N的坐标为(1+12t,8−12t),
若点N在抛物线上,则−12(1+12t﹣1)2+8=8−12t,
整理得,t(t﹣4)=0,
解得t1=0(舍去),t2=4,
所以,当t=4秒时,点N落在抛物线上;
②存在.
理由如下:∵PM=12t,四边形PMNQ为正方形,
∴QD=NE=8−12t,
设直线BC的解析式为y=kx+m,
则k+m=85k+m=0,
解得k=−2m=10,
所以直线BC的解析式为y=﹣2x+10,
则﹣2x+10=8−12t,
解得x=14t+1,
所以,QR=14t+1﹣1=14t,
又EC=CD﹣DE=4−12t,
根据平行四边形的对边平行且相等可得QR=EC,
即14t=4−12t,
解得t=163,
此时点P在BD上,所以,当t=163时,四边形ECRQ为平行四边形.
12.(2020•市中区一模)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+4经过A(﹣3,0)、B(4,0)两点,且与y轴交于点C,D(4﹣42,0).动点P从点A出发,沿线段AB以每秒1个单位长度的速度向点B移动,同时动点Q从点C出发,沿线段CA以某一速度向点A移动.
(1)求该抛物线的解析式;
(2)若经过t秒的移动,线段PQ被CD垂直平分,求此时t的值;
(3)在第一象限的抛物线上取一点G,使得S△GCB=S△GCA,再在抛物线上找点E(不与点A、B、C重合),使得∠GBE=45°,求E点的坐标.
【分析】(1)直接利用待定系数法求二次函数解析式得出即可;
(2)首先求出△AQD∽△ACB,则ADAB=DQBC,得出DQ=DP的长,进而得出答案;
(3)首先得出G点坐标,进而得出△BGM∽△BEN,进而假设出E点坐标,利用相似三角形的性质得出E点坐标.
【解析】(1)将A(﹣3,0)、B(4,0)代入y=ax2+bx+4得:
9a−3b+4=016a+4b+4=0,
解得:a=−13b=13,
故抛物线的解析式为:y=−13x2+13x+4;
(2)如图,连接QD,
由B(4,0)和D(4−42,0),
可得BD=42,
∵y=−13x2+13x+4,
∴CO=4,
∴BC=42,则BC=BD,
∴∠BDC=∠BCD=∠QDC,
∴DQ∥BC,
∴△AQD∽△ACB,
∴ADAB=DQBC,
∴7−427=DQ42,
∴DQ=282−327=DP,
t=AP=AD+DP=7−42+282−327=177;
(3)如图,过点G作GM⊥BC于点M,过点E作EN⊥AB于点N,
∵S△GCB=S△GCA,
∴只有CG∥AB时,G点才符合题意,
∵C(0,4),
∴4=−13x2+13x+4,
解得:x1=1,x2=0,
∴G(1,4),
∵∠GBE=∠OBC=45°,
∴∠GBC=∠ABE,
∴△BGM∽△BEN,
∴GMBM=ENBN=17,
设E(x,−13x2+13x+4)
∴−13x2+13x+44−x=17
解得x1=−187,x2=4(舍去),
则E(−187,4649).
【题组四】
13.(2020•南充一模)如图,抛物线y=−12(x+1)(x﹣n)与x轴交于A,B两点(点A在点B左侧),与y轴交于点C,△ABC的面积为5.动点P从点A出发沿AB方向以每秒1个单位的速度向点B运动,过P作PN⊥x轴交BC于M,交抛物线于N.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当M在线段BC上,MN最大时,求运动的时间;
(3)经过多长时间,点N到点B、点C的距离相等?
【分析】(1)根据已知条件,求出点A、点B、点C的坐标,根据△ABC的面积为5即可求解;
(2)根据题意得出点M、点N的坐标,求出MN的代数式即可求解;
(3)根据两点间的距离的含义,作BC的中垂线即可求解.
【解析】(1)∵抛物线y=−12(x+1)(x﹣n)与x轴交于A,B两点(点A在点B左侧),与y轴交于点C,
∴A(﹣1,0),B(n,0),C(0,n2),n>0,
∴AB=n+1,OC=12n,
由S△ABC=12×AB×OC=5,
∴14n(n+1)=5,
∴n(n+1)=20,
∴取正根n=4,
∴y=−12(x+1)(x﹣4)=−12x2+32x+2;
(2)由(1),B(4,0),C(0,2),
∴直线BC为y=−12x+2,
设M(m,−12m+2),N(m,−12m2+32m+2),
∴MN=(−12m2+32m+2)﹣(−12m+2)=−12m2+2m=−12(m﹣2)2+2,
∴当m=2时,MN最大,
∴OP=2,
∴AP=3,即经过3s,MN最大;
(3)如下图所示,作BC的中垂线,与BC交于点D,与y轴交于点E,
与抛物线交于点N,
∴△CDE~△COB
∴CDDE=COOB=12,
由(2),BC=25,D(2,1),
∴DE=2CD=25,
∴CE=5,
∴OE=3,
∴E(0,﹣3),
∴直线DE为y=2x﹣3,
由−12x2+32x+2=2x﹣3,
移项整理得:12x2+12x﹣5=0,
∴x2+x﹣10=0,
取正根x=−1+412,
∴OP=−1+412,
∴AP=1+412,
即经过1+412秒,点N到点B、点C的距离相等.
14.(2020•潮南区模拟)如图,关于x的二次函数y=x2+bx+c的图象与x轴交于点A(1,0)和点B,与y轴交于点C(0,3),抛物线的对称轴与x轴交于点D.
(1)求二次函数的解析式.
(2)有一个点M从点A出发,以每秒1个单位的速度在AB上向点B运动,另一个点N从点D与点M同时出发,以每秒2个单位的速度在抛物线的对称轴上运动,当点M到达点B时,点M、N同时停止运动,问点M、N运动到何处时,△MNB面积最大,试求出最大面积.
(3)在y轴上是否存在一点P,使△PBC为等腰三角形?若存在,请直接写出点P的坐标,若不存在请说明理由.
【分析】(1)利用待定系数法可求解析式;
(2)设AM=t则DN=2t,由AB=2,得BM=2﹣t,S△MNB=12×(2﹣t)×2t=﹣t2+2t,运用二次函数的顶点坐标解决问题;此时点M在D点,点N在对称轴上x轴上方2个单位处或点N在对称轴上x轴下方2个单位处.
(3)求出点B的坐标,再根据勾股定理得到BC,当△PBC为等腰三角形时分三种情况进行讨论:①CP=CB;②BP=BC;③PB=PC;
【解析】(1)把A(1,0)和C(0,3)代入y=x2+bx+c,
1+b+c=0c=3,
解得:b=−4c=3,
∴二次函数的表达式为:y=x2﹣4x+3;
(2)如图1,设A运动时间为t,由AB=2,得BM=2﹣t,则DN=2t,
∴S△MNB=12×(2﹣t)×2t=﹣t2+2t=﹣(t﹣1)2+1,
即当M(2,0)、N(2,2)或(2,﹣2)时△MNB面积最大,最大面积是1;
(3)令y=0,则x2﹣4x+3=0,
解得:x=1或x=3,
∴B(3,0),
∴BC=32,
点P在y轴上,当△PBC为等腰三角形时分三种情况进行讨论:如图2,
①当CP=CB时,PC=32,
∴OP=OC+PC=3+32或OP=PC﹣OC=32−3
∴P1(0,3+32),P2(0,3﹣32);
②当BP=BC时,OP=OB=3,
∴P3(0,﹣3);
③当PB=PC时,
∵OC=OB=3,
∴此时P与O重合,
∴P4(0,0);
综上所述,点P的坐标为:(0,3+32)或(0,3﹣32)或(0,﹣3)或(0,0).
15.(2020•潮州模拟)如图1,已知抛物线y=12x2+bx+c与x轴交于A、B两点(点A在点B的左侧),与y轴交于点C,且OB=2OA=4.
(1)求该抛物线的函数表达式;
(2)设P是(1)中抛物线上的一个动点,当直线OC平分∠ACP时,求点P的坐标;
(3)如图2,点G是线段AC的中点,动点E从点A出发,以每秒1个单位长度的速度向终点B运动,动点F从点B出发,以每秒2个单位长度的速度向终点C运动,若E、F两点同时出发,运动时间为t秒.则当t为何值时,△EFG的面积是△ABC的面积的13?
【分析】(1)根据OA、OB的长度求出点A、B的坐标,然后利用待定系数法求二次函数解析式解答;
(2)求出C(0,﹣4),求出直线CD的解析式,联立直线CD的解析式和抛物线的解析式可求出答案;
(3)过点G作GH⊥x轴于点H,证明△AHG∽△AOC,得出AHAO=HGOC=AGAC=12,求出点G的坐标,当0<t<4时,如图2,过点F作FM⊥x轴于点M,依题意得:AE=t,BF=2t,根据三角形的面积可求出答案,当4≤t≤6时,可求出答案.
【解析】(1)∵OB=2OA=4,
∴A(﹣2,0),B(4,0),
把A(﹣2,0),B(4,0)分别代入y=12x2+bx+c得:
2−2b+c=08+4b+c=0,
解得:b=−1c=−4,
∴抛物线的函数表达式为y=12x2−x−4;
(2)如图,设CP与x轴相交于点D,
∵OC平分∠ACP,AO⊥CO,
∴OA=OD=2,
∴D(2,0),
把x=0代入y=12x2−x−4得,y=﹣4,
∴C(0,﹣4),
设直线CD的解析式为y=kx+d,
把C(0,﹣4),D(2,0)分别代入y=kx+d得:d=−42k+d=0,
解得:k=2d=−4,
∴y=2x﹣4,
依题意得y=12x2−x−4y=2x−4,
解得x1=0y1=−4,x2=6y2=8,
∴P(6,8);
(3)如图2,过点G作GH⊥x轴于点H,
∵GH∥y轴
∴△AHG∽△AOC,
∴AHAO=HGOC=AGAC=12,
∴由A(﹣2,0),C(0,﹣4),
得G(﹣1,﹣2),
点E运动到点B的时间为[4﹣(﹣2)]÷1=6秒,
点F运动到点C的时间为42+42÷2=4秒,
当0<t<4时,如图2,过点F作FM⊥x轴于点M,
依题意得:AE=t,BF=2t,
∵OC=OB=4,∠OBC=45°,
∴FM=MB=t,
∴EH=1﹣t,HG=2,HM=6﹣1﹣t=5﹣t,EM=6﹣t﹣t=6﹣2t,
∴S△EFG=S△EGH+S梯形HGFM﹣S△EFM=12×2(1−t)+12(t+2)(5−t)−12t⋅(6−2t)=t22−52t+6,
∵S△ABC=12×[4−(−2)]×4=12,△EFG的面积是△ABC的面积的13,
∴t22−52t+6=13×12,
解得:t1=1,t2=4,
当4≤t≤6时,如图3,
∴S△EFG=S△AFE﹣S△AGE=12×4⋅t−12×2⋅t=t,
∴t=13×12=4.
综上所述,当t=1或t=4时,△EFG的面积是△ABC的面积的13.
16.(2020•博罗县一模)如图,抛物线y=x2+bx+c过点A(3,0),B(1,0),交y轴于点C,点P是该抛物线上一动点,点P从C点沿抛物线向A点运动(点P不与A重合),过点P作PD∥y轴交直线AC于点D.
(1)求抛物线的解析式;
(2)求点P在运动的过程中线段PD长度的最大值;
(3)△APD能否构成直角三角形?若能,请直接写出所有符合条件的点P坐标;若不能,请说明理由.
【分析】(1)把点A、B的坐标代入抛物线解析式,解方程组得到b、c的值,即可得解;
(2)求出点C的坐标,再利用待定系数法求出直线AC的解析式,再根据抛物线解析式设出点P的坐标,然后表示出PD的长度,再根据二次函数的最值问题解答;
(3)①∠APD是直角时,点P与点B重合,②求出抛物线顶点坐标,然后判断出点P为在抛物线顶点时,∠PAD是直角,分别写出点P的坐标即可;
【解析】(1)∵抛物线y=x2+bx+c过点A(3,0),B(1,0),
∴9+3b+c=01+b+c=0,
解得b=−4c=3,
∴抛物线解析式为y=x2﹣4x+3;
(2)令x=0,则y=3,
∴点C(0,3),
则直线AC的解析式为y=﹣x+3,
设点P(x,x2﹣4x+3),
∵PD∥y轴,
∴点D(x,﹣x+3),
∴PD=(﹣x+3)﹣(x2﹣4x+3)=﹣x2+3x=﹣(x−32)2+94,
∵a=﹣1<0,
∴当x=32时,线段PD的长度有最大值94;
(3)①∠APD是直角时,点P与点B重合,
此时,点P(1,0),
②∵y=x2﹣4x+3=(x﹣2)2﹣1,
∴抛物线的顶点坐标为(2,﹣1),
∵A(3,0),
∴点P为在抛物线顶点时,∠PAD=45°+45°=90°,
此时,点P(2,﹣1),
综上所述,点P(1,0)或(2,﹣1)时,△APD能构成直角三角形.
【题组五】
17.(2020•山西模拟)综合与实践
如图,抛物线y=34x2−94x−3与x轴交于点A,B(点A在点B的左侧),交y轴于点C.点D从点A出发以每秒1个单位长度的速度向点B运动,点E同时从点B出发以相同的速度向点C运动,设运动的时间为t秒.
(1)求点A,B,C的坐标;
(2)求t为何值时,△BDE是等腰三角形;
(3)在点D和点E的运动过程中,是否存在直线DE将△BOC的面积分成1:4两份,若存在,直接写出t的值;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)令x=0和y=0,可得方程,解得可求点A,B,C的坐标;
(2)分三种情况讨论,利用等腰三角形的性质和锐角三角函数可求解;
(3)分两种情况讨论,利用锐角三角函数和三角形面积公式可求解.
【解析】(1)令y=0,可得0=34x2−94x﹣3,
解得:x1=﹣1,x2=4,
∴点A(﹣1,0),点B(4,0),
令x=0,可得y=﹣3,
∴点C(0,﹣3);
(2)∵点A(﹣1,0),点B(4,0),点C(0,﹣3),
∴AB=5,OB=4,OC=3,
∴BC=OB2+OC2=9+16=5,
当BD=BE时,则5﹣t=t,
∴t=52,
当BE=DE时,如图1,过点E作EH⊥BD于H,
∴DH=BH=12BD=5−t2,
∵cos∠DBC=BOBC=BHBE,
∴5−t2t=45,
∴t=2513,
当BD=DE时,如图2,过点D作DF⊥BE于F,
∴EF=BF=12BE=12t,
∵cos∠DBC=BFDB=OBBC,
∴12t5−t=45,
∴t=4013,
综上所述:t的值为52,2513和4013;
(3)∵S△BOC=12BO×CO=6,
∴15S△BOC=65,45S△BOC=245,
如图1,过点E作EH⊥BD于H,
∵sin∠DBC=HEBE=OCBC,
∴HEt=35,
∴HE=35t,
当S△BDE=15S△BOC=65时,则12(5﹣t)×35t=65,
∴t1=1,t2=4,
当S△BDE=45S△BOC=245,时,则12(5﹣t)×35t=245,
∴t2﹣5t+16=0,
∴方程无解,
综上所述:t的值为1或4.
18.(2020•雁塔区校级模拟)将抛物线C1:y=﹣x2+3沿x轴翻折,得抛物线C2.
(1)请求出抛物线C2的表达式;
(2)现将抛物线C1向左平移m个单位长度,平移后得到的新抛物线的顶点为M,与x轴的交点从左到右依次为A、B;将抛物线C2向右也平移m个单位长度,平移后得到的新抛物线的顶点为N,与x轴交点从左到右依次为D、E.在平移过程中,是否存在以点A,N,E,M为顶点的四边形是矩形的情形?若存在,请求出此时m的值;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)抛物线翻折前后顶点关于x轴对称,顶点的纵坐标为互为相反数;
(2)连接AN,NE,EM,MA,M,N关于原点O对称可得OM=ON,A,E关于原点O对称可得OA=OE,判断四边形ANEM为平行四边形;若AM2+ME2=AE2,解得m=233,即可求解;
【解析】(1)∵抛物线C1:y=﹣x2+3的顶点为(0,3),
∴翻折后的抛物线的顶点坐标为(0,﹣3),
∴抛物线C2解析式为:y=x2﹣3;
(2)存在
连接AN,NE,EM,MA,
依题意可得:M(﹣m,3),N(m,﹣3),
∴M,N关于原点O对称,
∴OM=ON,
原C1、C2抛物线与x轴的两个交点分别(−3,0),(3,0),
∴A(−3−m,0),E(3+m,0),
∴A,E关于原点O对称,
∴OA=OE,
∴四边形ANEM为平行四边形,
∴AM2=3+9=12,
ME2=(3+m+m)2+32=4m2+43m+12,
AE2=(3+m+3+m)2=4m2+83m+12,
若AM2+ME2=AE2,
∴12+4m2+43m+12=4m2+83m+12,
解得m=3,
此时△AME是直角三角形,且∠AME=90°,
∴当m=3时,以点A,N,E,M为顶点的四边形是矩形.
19.(2020•香洲区校级一模)如图1,矩形OBCD的边OD,OB分别在x轴和y轴上,且B(0,8),D(10,0).点E是DC边上一点,将矩形OBCD沿过点O的射线OE折叠,使点D恰好落在BC边上的点A处.
(1)若抛物线y=ax2+bx经过点A,D,求此抛物线的解析式;
(2)若点M是(1)中抛物线对称轴上的一点,是否存在点M,使△AME为等腰三角形?若存在,直接写出点M的坐标;若不存在,说明理由;
(3)如图2,动点P从点O出发沿x轴正方向以每秒1个单位的速度向终点D运动,动点Q从点D出发沿折线D﹣C﹣A以同样的速度运动,两点同时出发,当一点运动到终点时,另一点也随之停止,过动点P作直线l⊥x轴,依次交射线OA,OE于点F,G,设运动时间为t(秒),△QFG的面积为S,求S与t的函数关系式,并直接写出t的取值范围.(t的取值应保证△QFG的存在)
【分析】(1)设AE=DE=x,则CE=8﹣x,则x2=42+(8﹣x)2,则AE=DE=5,则点A的坐标为(6,8),进而求解;
(2)分AE=AM、AE=EM、AM=EM三种情况,分别求解即可;
(3)分0<t<8、8≤t<9、t=9、9<t≤10三种情况,分别求解函数表达式即可求解.
【解析】(1)∵四边形OBCD是矩形,B(0,8),D(10,0),
∴BC=OD=10,DC=OB=8,∠OBC=∠C=90°,
由折叠可得:OA=OD=10,AE=DE,
∵∠OBC=90°,OB=8,OA=10,
∴AB=6,
∴AC=4,
设AE=DE=x,则CE=8﹣x,
∵∠C=90°,
∴x2=42+(8﹣x)2,
解得:x=5,
∴AE=DE=5,
∴点A的坐标为(6,8),点E的坐标为(10,5),
∵抛物线y=ax2+bx经过点A(6,8),D(10,0),则36a+6b=8100a+10b=0,解得a=−13b=103,
此抛物线的解析式为y=−13x2+103x;
(2)抛物线过O、D(10,0)两点,则其对称轴为x=5,
设点M(5,m),而点A(6,8)、点E(10,5),
则AE2=16+9=25,AM2=1+(m﹣8)2,EM2=(m﹣5)2+25,
当AE=AM时,则25=1+(m﹣8)2,解得:m=8±26;
当AE=EM时,同理可得:m=5;
当AM=EM时,同理可得:m=52;
故点M的坐标为(5,8+26)或(5,8﹣26)或(5,5)或(5,2.5);
(3)设直线OA的解析式y=k1x,
∵点A的坐标为(6,8),
∴6k1=8,解得:k1=43,
直线OA的解析式y=43x,
同理可得:直线OE的表达式为y=12x,
∵OP=1×t=t,
∴P(t,0),
∵直线⊥x轴于点P、点F,
G是直线l与OA,OE的交点,
∴点F、G的坐标分别为(t,43t)、(t,12t),
则FG=43t−12t=56t,
当0<t<8时,点Q在线段DC上,
过点Q作QS⊥直线l,垂足为S,如图1,
则QS=PD=10﹣t,
∴S=12×FG•QS=12×FG•PD=12×56t(10﹣t)=−512t2+256t;
②当8≤t<9时,点Q在线段CA上,且在直线l的右侧,
设FG交AC于点N,如图2,
则QN=CN﹣CQ=PD﹣CQ=(10t)﹣(t﹣8)=18﹣2t
∴S=12FD•QN=12×56t(18﹣2t)=−56t2+152t;
③当t=9时,QN=18﹣2t=0,点Q与点N重合,此时△QFG不存在,故舍去,
④当9<t≤10时,点Q在线段CA上,且在直线l的左侧,设FG交AC于点N,如图3.
则QN=CQ﹣CN=CQ﹣PD=(10﹣t)=2t﹣18,
S=12FG•QN=12×56t(2t﹣18)=56t2−152t;
综上所述:S=−512t2+256t(0<t<8)−56t2+152t(8≤t<9)56t2−152t(9<t≤10).
20.(2020•东莞市校级二模)如图,已知二次函数y=ax2+32x+c的图象与y轴交于点A(0,4),与x轴交于点B、C,点C坐标为(8,0),连接AB、AC.
(1)请直接写出二次函数的表达式;
(2)若点N在x轴上运动,当以点A、N、C为顶点的三角形是等腰三角形时,请直接写出此时点N的坐标;
(3)若点N在线段BC上运动(不与点B、C重合),过点N作NM∥AC,交AB于点M,当△AMN面积最大时,求此时点N的坐标.
【分析】(1)将点A,点C坐标代入解析式可求解;
(2)分别以A、C两点为圆心,AC长为半径画弧,与x轴交于三个点,由AC的垂直平分线与x轴交于一个点,即可求得点N的坐标;
(3)设点N的坐标为(n,0),则BN=n+2,过M点作MD⊥x轴于点D,根据三角形相似对应边成比例求得MD=25(n+2),然后根据S△AMN=S△ABN﹣S△BMN得出关于n的二次函数,根据函数解析式求得即可.
【解析】(1)∵二次函数y=ax2+32x+c的图象与y轴交于点A(0,4),与x轴交于点B、C,点C坐标为(8,0),
∴0=64a+12+cc=4,
∴a=−14c=4,
∴二次函数的表达式为:y=−14x2+32x+4;
(2))∵A(0,4),C(8,0),
∴AC=(0−4)2+(8−0)2=45,
①以A为圆心,以AC长为半径作圆,交x轴于N,此时N的坐标为(﹣8,0),
②以C为圆心,以AC长为半径作圆,交x轴于N,此时N的坐标为(8﹣45,0)或(8+45,0)
③作AC的垂直平分线,交x轴于N,
∴AN=NC,
∵AN2=AO2+NO2,
∴AN2=16+(8﹣AN)2,
∴AN=5,
∴ON=3,
∴N的坐标为(3,0),
综上所述,若点N在x轴上运动,当以点A、N、C为顶点的三角形是等腰三角形时,点N的坐标分别为(﹣8,0)或(8﹣45,0)或(3,0)或(8+45,0);
(3)∵抛物线y=−14x2+32x+4与x轴交于B,C两点,
∴0=−14x2+32x+4,
∴x1=﹣2,x2=8,
∴点B(﹣2,0),
∴BO=2,
设点N的坐标为(n,0),则BN=n+2,过M点作MD⊥x轴于点D,
∴MD∥OA,
∴△BMD∽△BAO,
∴BMBA=MDOA,
∵MN∥AC,
∴BMBA=BNBC,
∴MDOA=BNBC,
∵OA=4,BC=10,BN=n+2,
∴MD=25(n+2),
∵S△AMN=S△ABN﹣S△BMN=12BN•OA−12BN•MD=12(n+2)×4−12×25(n+2)2=−15(n﹣3)2+5,
∴当n=3时,△AMN面积最大,
∴N点坐标为(3,0).
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