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中考数学全面突破:题型6 二次函数综合题 含解析答案
展开这是一份中考数学全面突破:题型6 二次函数综合题 含解析答案,共41页。试卷主要包含了考查类型等内容,欢迎下载使用。
题型6 二次函数综合题
1.考查类型:①二次函数与线段和差问题;②二次函数与图形面积问题;③二次函数与特殊三角形判定问题;④二次函数与特殊四边形判定问题;⑤二次函数与三角形相似、全等问题;2.考查内容:①中考查多与找点关于直线的对称点,再根据两点之间线段最短确定所求点有关;②中考查多与割补法求面积有关;③中考查多与特殊三角形的性质有关,直角三角形通常用到勾股定理计算,直角三角形与等腰三角形在判定时均应考虑分类讨论,以免漏解;④中考查多与特殊四边形的判定及性质有关,同样做题时要考虑各种情况,命题时常与分类讨论思想结合;⑤中考查多与三角形相似或全等的判定及性质有关;3.备考指导:在做此类题型时,要观察题中已知条件,并结合题设,作出适当的辅助线,联系相应的判定或性质求解.
类型一 二次函数与线段和差问题
1.如图,矩形的边OA在x轴上,边OC在y轴上,点B的坐标为(10,8),沿直线OD折叠矩形,使点A正好落在BC 上的E处,E点坐标为(6,8),抛物线y=ax2+bx+c经过O,A,E三点.
(1)求此抛物线的解析式;
(2)求AD的长;
(3)点P是抛物线对称轴上的一动点,当△PAD的周长最小时,求点P的坐标.
2.如图,直线y=5x+5交x轴于点A,交y轴于点C,过A,C两点的二次函数y=ax2+4x+c的图象交x轴于另一点B.
(1)求二次函数的表达式;
(2)连接BC,点N是线段BC上的动点,作ND⊥x轴交二次函数的图象于点D,求线段ND长度的最大值;
(3)若点H为二次函数y=ax2+4x+c图象的顶点,点M(4,m)是该二次函数图象上一点,在x轴,y轴上分别找点F,E,使四边形HEFM的周长最小,求出点F,E的坐标.
温馨提示:在直角坐标系中,若点P,Q的坐标分别为P(x1,y1),Q(x2,y2),当PQ平行x轴时,线段PQ的长度可由公式PQ=|x1-x2|求出;当PQ平行y轴时,线段PQ的长度可由公式PQ=|y1-y2|求出.
3.如图,在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=x2+与y轴相交于点A,点B与点O关于点A对称.
(1)填空,点B的坐标是________;
(2)过点B的直线y=kx+b(其中k<0)与x轴相交于点C,过点C作直线l平行于y轴,P是直线l上一点,且PB=PC.求线段PB的长(用含k的式子表示),并判断点P是否在抛物线上,说明理由;
(3)在(2)的条件下,若点C关于直线BP的对称点C′恰好落在该抛物线的对称轴上,求此时点P的坐标.
4.已知二次函数y=x2-(2k+1)x+k2+k(k>0).
(1)当k=时,求这个二次函数的顶点坐标;
(2)求证:关于x的一元二次方程x2-(2k+1)x+k2+k=0(k>0)有两个不相等的实根;
(3)如图,该二次函数图象与x轴交于A、B两点(A点在B点的左侧),与y轴交于C点,P是y轴负半轴上一点,且OP=1,直线AP交BC于点Q.
求证:+=.
类型二 二次函数与图形面积问题
5.如图,二次函数y=ax2+bx的图象经过点A(2,4)与B(6,0).
(1)求a,b的值;
(2)点C是该二次函数图象上A,B两点之间的一动点,横坐标为x(2
6.已知抛物线y=ax2+bx-3经过(-1,0),(3,0)两点,与y轴交于点C,直线y=kx与抛物线交于A,B两点.
(1)写出点C的坐标并求出此抛物线的解析式;
(2)当原点O为线段AB的中点时,求k的值及A,B两点的坐标;
(3)是否存在实数k使得△ABC的面积为?若存在,求出k的值;若不存在,请说明理由.
7.如图①,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx-2与x轴交于点A(-3,0),B(1,0),与y轴交于点C.
(1)直接写出抛物线的函数解析式;
(2)以OC为半径的⊙O与y轴的正半轴交于点E.若弦CD过AB的中点M,试求出DC的长;
(3)将抛物线向上平移个单位长度(如图②),若动点P(x,y)在平移后的抛物线上,且点P在第三象限,请求出△PDE的面积关于x的函数关系式,并写出△PDE面积的最大值.
8.如图,在平面直角坐标系xOy中,一次函数y=x与二次函数y=x2+bx的图象相交于O、A两点,点A(3,3),点M为抛物线的顶点.
(1)求二次函数的表达式;
(2)长度为2的线段PQ在线段OA(不包括端点)上滑动,分别过点P、Q作x轴的垂线交抛物线于点P1、Q1,求四边形PQQ1P1面积的最大值;
(3)直线OA上是否存在点E,使得点E关于直线MA的对称点F满足S△AOF=S△AOM?若存在,求出点E的坐标;若不存在,请说明理由.
9.如图,已知抛物线y=ax2+bx+c经过点A(-3,0),B(9,0)和C(0,4),CD垂直于y轴,交抛物线于点D,DE垂直于x轴,垂足为E,l是抛物线的对称轴,点F是抛物线的顶点.
(1)求出该二次函数的表达式以及点D的坐标;
(2)若Rt△AOC沿x轴向右平移到其直角边OC与对称轴l重合,再沿对称轴l向上平移到点C与点F重合,得到Rt△A1O1F,求此时Rt△A1O1F与矩形OCDE重叠部分的图形的面积;
(3)若Rt△AOC沿x轴向右平移t个单位长度(0<t≤6)得到Rt△A2O2C2,Rt△A2O2C2与Rt△OED重叠部分的图形面积记为S.求S与t之间的函数表达式,并写出自变量t的取值范围.
类型三 二次函数与特殊三角形判定问题
10.如图,已知抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)的对称轴为直线x=-1,且经过A(1,0),C(0,3)两点,与x轴的另一个交点为B.
(1)若直线y=mx+n经过B,C两点,求抛物线和直线BC的解析式;
(2)在抛物线的对称轴x=-1上找一点M,使点M到点A的距离与到点C的距离之和最小,求点M的坐标;
(3)设点P为抛物线的对称轴x=-1上的一个动点,求使△BPC为直角三角形的点P的坐标.
11.如图,抛物线y=ax2+bx-3(a≠0)的顶点为E,该抛物线与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C,且BO=OC=3AO,直线y=-x+1与y轴交于点D.
(1)求抛物线的解析式;
(2)证明:△DBO∽△EBC;
(3)在抛物线的对称轴上是否存在点P,使△PBC是等腰三角形?若存在,请直接写出符合条件的P点坐标;若不存在,请说明理由.
12.如图,抛物线L:y=ax2+bx+c与x轴交于A,B(3,0)两点(A在B的左侧),与y轴交于点C(0,3),已知对称轴x=1.
(1)求抛物线L的解析式;
(2)将抛物线L向下平移h个单位长度,使平移后所得抛物线的顶点落在△OBC内(包括△OBC的边界),求h的取值范围;
(3)设点P是抛物线L上任一点,点Q在直线l:x=-3上,△PBQ能否成为以点P为直角顶点的等腰直角三角形?若能,求出符合条件的点P的坐标;若不能,请说明理由.
图①
图②
13.如图,抛物线y=x2+bx+c与x轴交于点A和点B(3,0),与y轴交于点C(0,3).
(1)求抛物线的解析式;
(2)若点M是抛物线在x轴下方上的动点,过点M作MN∥y轴交直线BC于点N,求线段MN的最大值;
(3)在(2)的条件下,当MN取得最大值时,在抛物线的对称轴l上是否存在点P,使△PBN是等腰三角形?若存在,请直接写出所有点P的坐标;若不存在,请说明理由.
14.如图,抛物线y=-x2+x+2与x轴交于点A,点B,与y轴交于点C,点D与点C关于x轴对称,点P是x轴上的一个动点,设点P的坐标为(m,0),过点P作x轴的垂线l交抛物线于点Q.
(1)求点A,点B,点C的坐标;
(2)求直线BD的解析式;
(3)当点P在线段OB上运动时,直线l交BD于点M,试探究m为何值时,四边形CQMD是平行四边形;
(4)在点P的运动过程中,是否存在点Q,使△BDQ是以BD为直角边的直角三角形?若存在,求出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.
类型四 二次函数与特殊四边形判定问题
15.如图,抛物线y=-x2+bx+c经过A(-1,0),B(3,0)两点,且与y轴交于点C,点D是抛物线的顶点,抛物线的对称轴DE交x轴于点E,连接BD.
(1)求经过A,B,C三点的抛物线的函数表达式;
(2)点P是线段BD上一点,当PE=PC时,求点P的坐标;
(3)在(2)的条件下,过点P作PF⊥x轴于点F,G为抛物线上一动点,M为x轴上一动点,N为直线PF上一动点,当以F、M、N、G为顶点的四边形是正方形时,请求出点M的坐标.
备用图
16.如图,抛物线与x轴交于点A(-5,0)和点B(3,0),与y轴交于点C(0,5).有一宽度为1,长度足够的矩形(阴影部分)沿x轴方向平移,与y轴平行的一组对边交抛物线于点P和Q,交直线AC于点M和N,交x轴于点E和F.
(1)求抛物线解析式.
(2)当点M和N都在线段AC上时,连接MF,如果sin∠AMF=,求点Q的坐标.
(3)在矩形的平移过程中,当以点P,Q,M,N为顶点的四边形是平行四边形时,求点M的坐标.
17.在平面直角坐标系中,平行四边形ABOC如图放置,点A、C的坐标分别是(0,4)、(-1,0),将此平行四边形绕点O顺时针旋转90°,得到平行四边形A′B′OC′.
(1)若抛物线过点C、A、A′,求此抛物线的解析式;
(2)点M是第一象限内抛物线上的一动点,问:当点M在何处时,△AMA′的面积最大?最大面积是多少?并求出此时M的坐标;
(3)若P为抛物线上的一动点,N为x轴上的一动点,点Q坐标为(1,0),当P、N、B、Q构成平行四边形时,求点P的坐标,当这个平行四边形为矩形时,求点N的坐标.
18.如图,抛物线经过A(-1,0),B(5,0),C(0,-)三点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)在抛物线的对称轴上有一点P,使PA+PC的值最小,求点P的坐标;
(3)点M为x轴上一动点,在抛物线上是否存在一点N,使以A、C、M、N四点构成的四边形为平行四边形?若存在,求点N的坐标;若不存在,请说明理由.
19.如图,在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=a(x+1)2-3与x轴交于A、B两点(点A在点B的左侧),与y轴交于点C(0,-),顶点为D,对称轴与x轴交于点H,过点H的直线l交抛物线于P、Q两点,点Q在y轴的右侧.
(1)求a的值及点A、B的坐标;
(2)当直线l将四边形ABCD分为面积比为3∶7的两部分时,求直线l的函数表达式;
(3)当点P位于第二象限时,设PQ的中点为M,点N在抛物线上,则以DP为对角线的四边形DMPN能否成为菱形?若能,求出点N的坐标;若不能,请说明理由.
类型五 二次函数与三角形相似、全等问题
20.如图,已知抛物线经过原点O,顶点为A(1,1),且与直线y=x-2交于B,C两点.
(1) 求抛物线的解析式及点C的坐标;
(2) 求证:△ABC是直角三角形;
(3) 若点N为x轴上的一个动点,过点N作MN⊥x轴与抛物线交于点M,则是否存在以O,M,N为顶点的三角形与△ABC相似,若存在,请求出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
21.如图,在平面直角坐标系中,已知抛物线y=ax2+bx-8与x轴交于A,B两点,与y轴交于点C,直线l经过坐标原点O,与抛物线的一个交点为D,与抛物线的对称轴交于点E,连接CE,已知点A,D的坐标分别为(-2,0),(6,-8).
(1)求抛物线的函数表达式,并分别求出点B和点E的坐标;
(2)试探究抛物线上是否存在点F,使△FOE≌△FCE,若存在,请直接写出点F的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)若点P是y轴负半轴上的一个动点,设其坐标为(0,m),直线PB与直线l交于点Q.试探究:当m为何值时,△OPQ是等腰三角形.
类型一 二次函数与线段和差问题
1. 解:(1)∵四边形ABCD是矩形,B(10,8),
∴A(10,0),
∵E(6,8),O(0,0),
抛物线y=ax2+bx+c经过点A(10,0)、E(6,8)和O(0,0),
∴,解得,
∴抛物线的解析式y=-x2+x.
(2)由题意可知:AD=ED,BE=|10-6|=4,AB=8,
设AD为x,则ED=x,BD=AB-AD=8-x,
在Rt△BDE中,
ED2=EB2+BD2,
即x2=42+(8-x)2,
解得x=5,
即AD=5.
(3)由(2)可知,D点的坐标是(10,5),
∴△PAD的周长l=PA+PD+AD=PA+PD+5,
∵抛物线的对称轴是线段OA的垂直平分线,点P是抛物线对称轴上的一动点,
∴PO=PA,
因此,l=PA+PD+5=PO+PD+5,
∴当PO+PD最小时l最小,
∴当点P移动到直线OD与抛物线对称轴的交点处时PO+PD最小,
设直线OD的解析式为y=kx,将D点的坐标(10,5)代入得:
5=10 k,求得k=,
∴直线OD的解析式为y=x,
当x=5时,y=,
∴P点的坐标是(5,).
2. 解:(1)∵直线y=5x+5与x轴交于点A,与y轴交于点C,
∴A(-1,0),C(0,5).
∵抛物线y=ax2+4x+c过点A(-1,0),C(0,5),则
,
解得c=5,a=-1,
∴二次函数的表达式为y=-x2+4x+5.
第2题解图①
(2)如解图①,∵抛物线y=-x2+4x+5与x轴交于A,B两点,
∴解-x2+4x+5=0的两根为x1=-1,x2=5.
∵点B在x轴正半轴,
∴B(5,0).
设过B(5,0), C(0,5)的直线BC解析式为y=kx+b,则
,
解得k=-1,b=5,
∴直线BC表达式为y=-x+5.
∵DN⊥x轴,
∴DN∥y轴.
∵点N在BC上,点D在抛物线上,设N(x,y1),D(x,y2),
∴N(x,-x+5),D(x,-x2+4x+5).
∴DN=-x2+4x+5-(-x+5)=-x2+5x
=-(x-)2+.
当x=时,DN有最大值;
(3)如解图②,作点H关于y轴的对称点H′,点M关于x轴的对称点M′,连接H′M′,分别交x轴,y轴于点F、E,则四边形HEFM的最小周长为HM+HE+EF+FM=HM+H′M′.
∵y=-x2+4x+5=-(x-2)2+9,
∴H(2,9),
第2题解图②
∴H′(-2,9),
当x=4时,y=5,
∴M(4,5),
∴M′(4,-5).
设直线H′M′的解析式为y=k′x+b′,则
,
解得,
∴直线H′M′的解析式为
y=-x+.
当y=0时,x=,
∴F(,0);
当x=0时,y=,
∴E(0,).
3. 解:(1)由y=x2+得:A(0,)
∵B、O关于A对称,
∴B(0,)
(2)如解图①,∵直线BC过点B(0,),
第3题解图①
∴直线BC解析式为
y=kx+.
∴C(-,0),
又∵P是直线l上一点,
∴可设P(-,a).
过点P作PN⊥y轴,垂足为N,
连接PB,则在Rt△PNB中,由勾股定理得:
PB2=PN2+NB2,
∵PB=PC=a,
∴a2=(-)2+(a-)2,
解得a=+,
∴P点坐标为(-,+),
当x=-时,y=+,
第3题解图②
∴点P在抛物线上.
(3)如解图②,由C′在y轴上,可知∠CBP=∠C′BP,
∵PB=PC,
∴∠CBP=∠PCB,
∵PC∥C′B,
∴∠PCB=∠ABC,
∴∠C′BP=∠CBP=∠ABC=60°,
∴△PBC为等边三角形,
∵OB=,
∴BC=1,OC=,
∴PC=1,
∴P(,1).
4. (1)解:当k=时,y=x2-2x+,
∵,
∴顶点坐标为(1,-),
(2)证明:∵b2-4ac=[-(2k+1)]2-4(k2+k)
=4k2+4k+1-4k2-4k
=1,
∵1>0,
∴原方程一定有两个不相等的实根.
(3)证明:由题意得,A(k,0),B(k+1,0),C(0,k2+k),
设PA的解析式为:y=mx+n,代入P(0,-1),A(k,0),
解得m=,n=-1,于是y=x-1,
设BC的解析式为:y=sx+t,代入B(k+1,0),C(0,k2+k),
解得s=-k,t=k2+k,于是y=-kx+k2+k,
联立,解得Q点坐标为(k+,),
运用勾股定理得
AQ2=(k+-k)2+()2=,
∵OA2=k2,AB2=(k+1-k)2=1
∴+==,
∴+=.
类型二 二次函数与图形面积问题
5. 解:(1)∵二次函数y=ax2+bx的图象经过点A(2,4)与B(6,0).
∴,解得.
(2)如解图①,过点A作x轴的垂线,垂足为点D(2,0),连接CD,过点C作CE⊥AD,CF⊥x轴,垂足分别为点E,点F,设点C(x,-x2+3x),则
S△OAD=OD·AD=×2×4=4,
S△ACD=AD·CE=×4×(x-2)=2x-4,
S△BCD=BD·CF=×4×(-x2+3x)=-x2+6x,
则S=S△OAD+S△ACD+S△BCD=4+(2x-4)+(-x2+6x)=-x2+8x.
∴S关于x的函数表达式为S=-x2+8x(2
∴当x=4时,四边形OACB的面积S取最大值,最大值为16.
第5题解图①
6. 解:(1)令x=0,得y=ax2+bx-3=-3,
∴C(0,-3),
把(-1,0)和(3,0)代入y=ax2+bx-3中,得
,解得,
∴抛物线的解析式为y=x2-2x-3.
(2)联立方程组,
解得,,
∵O是AB的中点,
∴x1+x2=0,即+=0,
解得k=-2,
∴ , ,
∴A(-,2),B(,-2).
(3)不存在实数k使得△ABC的面积为.理由如下:
假设存在实数k使得△ABC的面积为,
联立方程组,解得
,,
则A(,),
B(,),
∴S△ABC=OC(xB-xA)=,
∴3×=3,
∴k2+4k+16=10,即k2+4k+6=0,
∵b2-4ac=16-24<0,
∴此方程无解,
故不存在实数k使得△ABC的面积为.
7. 解:(1)y=x2+x-2.
【解法提示】∵抛物线y=ax2+bx-2与x轴交于点A(-3,0),B(1,0),
∴,解得,
∴抛物线的函数解析式为y=x2+x-2,
(2)由抛物线解析式知:C(0,-2),
∴E(0,2),
∵AB=4,M为AB中点,
∴OM=1,
∴MC==,
∵∠EDC=∠MOC, ∠DCE=∠OCM,
∴△CMO∽△CED,
∴=,
∴=,
∴CD=.
(3)y=x2+x-2=(x+1)2-,
∵抛物线向上平移个单位长度,
∴平移后抛物线解析式为y=(x+1)2-+,
即y=(x+1)2-,
第7题解图
如解图,过点D作DH⊥y轴,过点P作PG⊥y轴,连接PD,PE,设点P的横坐标为x.
∵△CMO∽△CDH,
∴==,
即==,
∴DH=,CH=,
∴OH=CH-CO=-2=,
∴EH=OE-OH=2-=,
∴S△PDE=S梯形DPGH+S△DHE-S△PEG
=(-x)[-(x+1)2+] +××-(-x)[2-(x+1)2+]
=-[(x+1)2-]+x+
=-x2-x+2
=-(x+)2+
∵点P位于平移后的抛物线上且位于第三象限,则有,
解得x的取值范围为-1-<x<0.
即:S=-(x+)2+(-1-<x<0),
∴当x=-时,△PDE的面积最大为.
8. 解:(1)由题意知,A(3,3)在二次函数y=x2+bx图象上,
将x=3,y=3代入得9+3b=3,
解得b=-2,
∴二次函数表达式为y=x2-2x.
第8题解图①
(2)如解图①所示,过点P作PB⊥QQ1于点B,
∵PQ=2,且在直线y=x上,
∴PB=QB=2 ,
设P(a,a),则Q(a+2,a+2),
则P1(a,a2-2a),Q1(a+2,(a+2)2-2(a+2)),即Q1(a+2,a2+2a),所以四边形PQQ1P1的面积为:
S=2×
=-2a2+2a+2
=-2(a-)2+,
当Q运动到点A时,OP=OQ-PQ=,a=1.
∴a的取值范围为0<a<1.
∴当a=时,四边形PQQ1P1的面积最大,最大值为.
(3)存在,点E的坐标为E1(,),E2(,),
如解图②所示,连接OM,
∵点M为抛物线顶点,
∴M(1,-1),
又∵OA所在直线为y=x,
∴OM⊥OA,即∠AOM=90°,在△AOF和△AOM中,以OA为底,当面积相等时,则两三角形OA边上的高相等,
又∵OM⊥OA,且OM=,
∴可作两条与OA互相平行且距离为的直线,
如解图②所示,在直线HD、MC上的点F均满足S△AOF=S△AOM,∴只需满足E点的对称点F在这两条直线上即可,
如解图②,过点A作AC⊥MC于点C,易求四边形OACM为矩形,AM为该矩形的一条对角线,取AM中点O′,过O′作AM垂线,交OA于点E1,交MC于点F1,OA=3,
∴AM==2,
∴AO′=,则△AO′E1∽△AOM,
∴==,
∴=,
第8题解图②
解得OE1=,
∵点E1在y=x上,
∴E1(,),
同理可得HF2=GE2=,
又∵OG=2OA=6,
∴OE2=6-=,
∴ E2(,).
综上所述,符合条件的E点的坐标为:E1(,)、E2(,).
9. 解:(1)把A(-3,0),B(9,0),C(0,4)代入y=ax2+bx+c得
,
解得,
∴二次函数的表达式为y=-x2+x+4,
由题意得-x2+x+4=4,
解得x1=0,x2=6,
∴点D的坐标为(6,4).
(2)∵-=-=3,==,
∴顶点F的坐标为(3,),
如解图①易知FO1=OC=4,A1O1=AO=3,FH=-4=.
第9题解图①
∵GH∥AE,
∴GH∥A1O1,
∴=,
即=,
∴GH=1,
∴S四边形A1O1HG=S△FA1O1-S△FGH=×3×4-×1×=.
(3)如解图②,当0<t≤3时,OO2=t,△OO2G∽△OED,
∴=,
∴=,
∴GO2=t,
∴S=×t×t=t2(0<t≤3);
第9题解图②
第9题解图③
如解图③,当3<t≤6时,设A2C2与OD交于点M,作MG⊥CD,延长GM交x轴于点H,则GH⊥x轴.
易知△C2MD∽△A2MO,△DMG∽△OMH,△ODE∽△ONO2,C2D=6-t,OA2=t-3,O2O=t,GH=4,O2E=6-t,
∴==,=,
∴=,=,
∴MH=,NO2=t,
∴S四边形A2O2NM=S△ODE-S△OA2M-S梯形NO2ED
=12-(t-3)×-
=12-t2+4t-6-2t+-12+2t
=-t2+4t-6(3<t≤6).
综上所述,S与t之间的函数表达式为
S=
类型三 二次函数与特殊三角形判定问题
10. 解:(1)依题意,得,
解得,
第10题解图
∴抛物线解析式为y=-x2-2x+3.
∵对称轴为x=-1,抛物线经过
A(1,0),
∴B(-3,0).
把B(-3,0),C(0,3)分别代入y=mx+n得,
,
解得,
∴直线BC的解析式为y=x+3.
(2)如解图,设直线BC与对称轴x=-1的交点为M,连接AM,
∵MA=MB,
∴MA+MC=MB+MC=BC.
∴使MA+MC最小的点M应为直线BC与对称轴x=-1的交点.
把x=-1代入直线y=x+3,得y=2.
∴点M(-1,2).
(3)设P(-1,t),结合B(-3,0),C(0,3),得BC2=18,
PB2=(-1+3)2+t2=4+t2,PC2=(-1)2+(t-3)2=t2-6t+10.
①若B为直角顶点,则BC2+PB2=PC2,
即18+4+t2=t2-6t+10,解得t=-2;
②若C为直角顶点,则BC2+PC2=PB2,
即18+t2-6t+10=4+t2,解得t=4;
③若P为直角顶点,则PB2+PC2=BC2,
即4+t2+t2-6t+10=18.解得t1=,t2=.
综上所述,满足条件的点P共有四个,分别为:P1(-1,-2),P2(-1,4),P3(-1,),P4(-1,).
11. (1)解:当x=0时,y=ax2+bx-3=-3,
∴C(0,-3),即OC=3,
∵OB=OC=3OA,
∴OB=3,OA=1,
∴A(-1,0),B(3,0),
将点A(-1,0),点B(3,0)代入y=ax2+bx-3得
,
解得,
∴抛物线的解析式为y=x2-2x-3.
(2)证明:由y=x2-2x-3=(x-1)2-4可得E(1,-4),
当x=0时,由直线y=-x+1得y=1,
∴D(0,1),即OD=1,
∴BD==,
∴CE=,BE=2,BC=3,
∴在△ODB和△CEB中,
有===,
∴△DBO∽△EBC.
(3)解:存在点P,使得△PBC是等腰三角形,点P的坐标分别为:P1(1,-1),P2(1,-3+),P3(1,-3-),
P4(1,),P5(1,-).
【解法提示】如解图,过点P作PG⊥y轴于G,设抛物线对称轴与x轴的交点为M,设P(1,a),
则PG=1,GC=a+3,PM=a,
∴PC2=1+(a+3)2,PB2=4+a2,CB2=3()2=18,
当P是等腰三角形顶点时,PC2=PB2,
即1+(a+3)2=4+a2,
解得a=-1,
∴P1(1,-1);
当C是等腰三角形顶点时,PC2=CB2,
即1+(a+3)2=18,
第11题解图
解得a1=-3+,a2=-3-
∴P2(1,-3+),
P3(1,-3-);
当B是等腰三角形顶点时,PB2=CB2,
即4+a2=18,
解得a1=,a2=-,
∴P4(1,),P5(1,-).
∴存在点P,使得△PBC是等腰三角形,点P的坐标分别为:P1(1,-1),P2(1,-3+),P3(1,-3-),P4(1,),P5(1,-).
12. 解:(1)解法一:把C(0,3)代入y=ax2+bx+c,得c=3,
把B(3,0)代入y=ax2+bx+3,
得9a+3b+3=0,
又∵-=1,
∴a=-1,b=2,
∴抛物线L的解析式是y=-x2+2x+3.
解法二:设所求抛物线L的解析式为:y=m(x-1)2+n,
把B(3,0),C(0,3)分别代入得,解得,
∴抛物线L的解析式是y=-(x-1)2+4,即y=-x2+2x+3.
(2)
第12题解图①
解法一:由y=-(x-1)2+4得抛物线的顶点D(1,4),
如解图①,过点D作y轴的平行线分别交CB,OB于点E、F,
则=,∴EF=2,
∴4-2≤h≤4,即2≤h≤4.
(3)能,设P(x,-x2+2x+3),如解图②,过点P分别作x轴、直线l的垂线,
第12题解图②
垂足分别是点M,N,
∵∠PMB=∠PNQ=90°,
∵∠QPB=90°,∠BPM=∠QPN,PB=PQ,
∴△PMB≌△PNQ(AAS),
∴PM=PN.
①当点P在x轴上方时,-x2+2x+3=x+3,
即x2-x=0,解得x1=0,x2=1,
∴P1(0,3),P2(1,4);
②当点P在x轴下方时,-x2+2x+3=-(x+3),
即x2-3x-6=0,解得x==,
∴P3(,-),P4(,-),
∴满足条件的点P有四个点,分别是P1(0,3),P2(1,4),P3(,-),P4(,-).
13. 解:(1)把B(3,0),C(0,3)分别代入y=x2+bx+c,得
,解得,
∴抛物线的解析式为y=x2-4x+3.
(2)设直线BC的解析式为y=mx+n(m≠0),
将点B(3,0),C(0,3)分别代入得,
,解得,
∴直线BC的解析式为y=-x+3,
设M(a,a2-4a+3),则N(a,-a+3),
MN=-a+3-(a2-4a+3)
=-a+3-a2+4a-3
=-a2+3a
=-(a-)2+.
对于y=x2-4x+3,令y=0,则x2-4x+3=0,解得x1=1,x2=3,
∴A(1,0),B(3,0),
∵M是抛物线在x轴下方的动点,
∴1<a<3,
又∵1<<3,
∴当a=时,MN的最大值为.
(3)存在,点P的坐标分别为:P1(2,+),
P2(2,-),P3(2,)、P4(2,-)、P5(2,).
【解法提示】当线段MN最长时,N(,),
设此时直线MN与x轴交于点D,又点B(3,0),
则BN2=DN2+DB2=()2+(3-)2=.
(i)当BN为腰长时,又分两种情形:
①当点N为等腰三角形顶角的顶点时,
以点N为圆心,BN的长为半径画圆,与抛物线的对称轴有两个交点P1,P2,如解图.
由抛物线y=x2-4x+3知,其对称轴为直线x=2,
∴P1E2+NE2=P1N2=BN2,
即(2-)2+NE2=,解得NE=.
∴此时P1(2,+),P2(2,-);
第13题解图
②当点B为等腰三角形顶角的顶点时,
以点B为圆心,BN的长为半径画圆,与抛物线的对称轴也有两个交点P3、P4,
同理可得P3(2,),P4(2,-);
(ii)当BN为底边时,作线段BN的中垂线与对称轴交于一点P5,如解图.
由点N(,),B(3,0),
得线段BN的中点F(,),
设过点F,且与BC垂直的直线P5F的解析式为y=x+q,
则+q=,解得q=-,
∴直线P5F的解析式为y=x-,
当x=2时,y=2-=,
∴点P5(2,).
综上所述,存在满足题意的点P共有五个,即P1(2,+),P2(2,-),P3(2,),P4(2,-),P5(2,).
14. 解:(1)当y=0时,-x2+x+2=0,解得x1=4,x2=-1,
则A(-1,0),B(4,0),
当x=0时,y=2,则C(0,2).
(2)依题意知点D坐标为 (0,-2),设直线BD的解析式为y=kx+b,将D(0,-2)和B (4,0)分别代入,得 ,解得k=,b=-2,
∴直线BD的解析式为y=x-2.
(3)易知CD∥QM,若CD=QM,则四边形CQMD为平行四边形.
∵P(m,0),
∴yQ=-m2+m+2,yM=m-2,
则QM=(-m2+m+2)-(m-2),
∵CD=4,
∴(-m2+m+2)-(m-2)=4,
解得m=2或m=0(舍去),
故当m=2时,四边形CQMD为平行四边形.
(4)存在,设点Q的坐标为(m,-m2+m+2),
则BQ2=(4-m)2+(-m2+m+2)2,
DQ2=m2+[(-m2+m+2)+2]2, BD2=42+22=20.
①当以点B为直角三角形的直角顶点时,则有DQ2=BQ2+BD2,
∴m2+[(-m2+m+2)+2]2=(4-m)2+(-m2+m+2)2+20,
解得m1=3, m2=4.
∴点Q的坐标为(3,2),(4,0)(舍去);
②当以点D为直角三角形的直角顶点时,则有BQ2=DQ2+BD2.
∴(4-m)2+(-m2+m+2)2=m2+[(-m2+m+2)+2]2+20,
解得m3=-1, m4=8.
∴点Q的坐标为(-1,0),(8,-18),
综上所述,所求点Q的坐标为(3,2),(-1,0),(8,-18).
类型四 二次函数与特殊四边形判定问题
15. 解:(1)∵抛物线y=-x2+bx+c经过A(-1,0),B(3,0)两点,
第15题解图①
∴,解得,
∴经过A,B,C三点的抛物线的函数表达式为y=-x2+2x+3.
(2)如解图①,连接PC,PE.
对称轴x=-=-=1,
当x=1时,y=-1+2+3=4,
∴点D的坐标为(1,4),
设直线BD的解析式为:y=mx+n,
将B(3,0)、D(1,4)分别代入表达式,,解得,则直线BD的解析式为y=-2x+6,
设P的坐标为(x0,-2x0+6),
∴由勾股定理可得PC2=x+[3-(-2x0+6)]2,
PE2=(x0-1)2+(-2x0+6)2,
∵PC=PE,
∴x+(3+2x0-6)2=(x0-1)2+(-2x0+6)2,
解得x0=2,y0=-2×2+6=2,
∴P的坐标为(2,2).
(也可证△DCB,△DEB为直角三角形,则P为斜边BD的中点,或先求CE的垂直平分线的函数关系式,则点P是CE的垂直平分线与BD的交点)
(3)依题意设M的坐标为(a,0),则G坐标为(a,-a2+2a+3).
第15题解图②
如解图②,以F、M、N、G为顶点的四边形是正方形时,必有FM=MG,
∴|2-a|=|-a2+2a+3|,
① 2-a=-(-a2+2a+3),
解得a=,
② 2-a=-a2+2a+3,
解得a=,
∴M点的坐标为(,0),(,0),
(,0),(,0).
16. 解:(1)根据题意得,A(-5,0),B(3,0)在x轴上,
设抛物线的解析式为y=a(x+5)(x-3).
∵抛物线过点(0,5),
∴a=-.
∴抛物线的解析式为y=-(x+5)(x-3)=-x2-x+5.
(2)如解图,过点F作FD⊥AC于点D,
∵OA=5,OC=5,
∴∠CAO=45°.
设AF的长为m,则DF=m,ME=AE=m+1.
∴sin∠AMF=,
∴MF===m.
在Rt△MEF中,FM2=ME2+EF2,
∴(m)2=(m+1)2+12,
第16题解图
解得m1=1,m2=-(不符合题意,舍去).
∴AF=1,
∴点Q的横坐标为-4.
又∵点Q在抛物线
y=-x2-x+5上,
∴Q(-4,).
(3)设直线AC的解析式为y=kx+n(k≠0),
由题意得,解得,
∴直线AC的解析式为y=x+5.
由题知,点Q,N,F及点P,M,E的横坐标分别相同.
设F(t,0),E(t+1,0),点M,N均在直线y=x+5上,
∴N(t,t+5),M(t+1,t+6),
∵点P,Q在抛物线y=-x2-x+5上,
∴Q(t,-t2-t+5),P(t+1,-t2-t+4),
在矩形平移过程中,以P、Q、N、M为顶点的平行四边形有两种情况:
①点Q、P在直线AC的同侧时,QN=PM.
∴(-t2-t+5)-(t+5)=(-t2-t+4)-(t+6),
解得t=-3.
∴M(-2,3).
②点Q,P在直线AC的异侧时,QN=MP.
∴(-t2-t+5)-(t+5)=(t+6)-(-t2-t+4),
解得t1=-3+,t2=-3-,
∴M(-2+,3+)或(-2-,3-).
∴符合条件的点M是(-2,3),(-2+,3+)或(-2-,3-).
17. 解:(1)∵平行四边形ABOC绕点O顺时针旋转90°,得到平行四边形A′B′OC′,且点A的坐标是(0,4),
∴点A′的坐标为(4,0),
设抛物线的解析式为y=ax2+bx+c,将点A(0,4),
C(-1,0),A′(4,0)代入得,
,
解得,
∴此抛物线的解析式为y=-x2+3x+4.
第17题解图①
(2)如解图①,连接AA′,设直线AA′的解析式为y=kx+b,
将A(0,4),A′(4,0)代入得,
解得,
∴直线AA′的解析式为y=-x+4,
过M作ME⊥x轴,交直线AA′于点E,则E(x,-x+4),
设点M的坐标为:(x,-x2+3x+4),
则S△AMA′=S△AME+S△A′ME=ME·OA′=×4×[-x2+3x+4-(-x+4)]=-2x2+8x=-2(x-2)2+8,
∴当x=2时,△AMA′的面积最大,最大值S△AMA′=8,
∴M的坐标为(2,6).
(3)设点P的坐标为(x,-x2+3x+4),当P,N,B,Q构成平行四边形时,
∵平行四边形ABOC中,点A、C的坐标分别是(0,4)、(-1,0),
∴点B的坐标为(1,4),
∵点Q坐标为(1,0),P为抛物线上一动点,N为x轴上的一动点,如解图②,
第17题解图②
①当BQ为边时,PN∥BQ,PN=BQ,
∵BQ=4,
∴-x2+3x+4=±4,
当-x2+3x+4=4时,解得
x1=0,x2=3,
∴P1(0,4),P2(3,4)
当-x2+3x+4=-4时,解得
x3=,x4=,
∴P3(,-4),
P4(,-4);
②当PQ为对角线时,BP∥QN即BP∥x轴,BP=QN,此时P与P1,P2重合.
当这个平行四边形为矩形时,即P1(0,4),P2(3,4)时,N1(0,0),N2(3,0).
综上可得:点P的坐标为:P1(0,4),P2(3,4),
P3(,-4),P4(,-4).当这个平行四边形为矩形时,点N的坐标为(0,0)或(3,0).
18. 解:(1)设抛物线的解析式为y=ax2+bx+c(a≠0),将点A(-1,0),B(5,0),C(0,-)代入得,
,解得,
∴抛物线的解析式为y=x2-2x-.
(2)由题意知,点A关于抛物线对称轴的对称点为点B,连接BC交抛物线的对称轴于点P,如解图,则P点即为所求.
设直线BC的解析式为y=kx+b1(k≠0),
由题意得,解得,
第18题解图
∴直线BC的解析式为
y=x-.
∵抛物线y=x2-2x-的对称轴是x=2,
∴当x=2时,y=x-=×2-=-,
∴点P的坐标是(2,-).
(3)存在.
(i)当存在的点N在x轴的下方时,如解图所示,
∵四边形ACNM是平行四边形,
∴CN∥x轴,
∴点C与点N关于对称轴x=2对称,
∵C点的坐标为(0,-),
∴点N的坐标为(4,-);
(ii)当存在的点N′在x轴上方时,如解图所示,作N′H⊥x轴于点H,
∵四边形ACM′N′是平行四边形,
∴AC=M′N′,∠N′M′H=∠CAO,∠AOC=∠M′HN′,
∴Rt△CAO≌Rt△N′M′H(AAS),
∴N′H=OC.
∵点C的坐标为(0,-),
∴N′H=,即N′点的纵坐标为,
∴x2-2x-=,
解得x1=2+,x2=2-.
∴点N′的坐标为(2-,)或(2+,).
综上所述,满足题目条件的点N共有三个,分别为
(4,-),(2+,),(2-,).
19. 解:(1)把点C(0,-)代入y=a(x+1)2-3,
得-=a-3,解得a=,
∴y=(x+1)2-3,
当y=0时,有(x+1)2-3=0,
∴x1=2,x2=-4,
第19题解图①
∴A(-4,0),B(2,0).
(2)如解图①,连接CH,
∵A(-4,0),B(2,0),
C(0,-),
D(-1,-3),
H(-1,0),
∴S四边形ABCD=S△AHD+S△HCD+S△BHC=×3×3+×3×1+×3×=10,
根据条件分析,直线l只能与边AD或边BC相交,有以下两种情况:
(i)如解图①,当直线l与边AD相交于点M1时,则S△AHM1=×10=3,
∴×3×(-yM1)=3,
∴yM1=-2,
∵A(-4,0),D(-1,-3),
∴直线AD的解析式为y=-x-4,
∴M1(-2,-2),
过点H(-1,0)和M1(-2,-2)的直线l的解析式为y=2x+2;
第19题解图②
(ii)如解图②,当直线l与边BC相交与点M2时,同理可得点M2(,-2),过点H(-1,0)和M2(,-2)的直线l的解析式为y=-x-.
综上所述:直线l的函数表达式为y=2x+2或y=-x-.
(3)以DP为对角线的四边形DMPN能成为菱形.
设P(x1,y1)、Q(x2,y2)且过点H(-1,0)的直线PQ的解析式为y=kx+b,
∴-k+b=0,
∴b=k,
∴y=kx+k.
由,
得x2+(-k)x-k-=0,
∴x1+x2=-2+3k,
y1+y2=kx1+k+kx2+k=3k2,
∵点M是线段PQ的中点,
∴由中点坐标公式得点M(k-1,k2).
第19题解图③
假设存在这样的N点如解图③,直线DN∥PQ,
设直线DN的解析式为y=kx+k-3,
由,
解得x1=-1(舍去),x2=3k-1,
∴N(3k-1,3k2-3),
∵四边形DMPN是菱形,
∴DN=DM,
∴DN2=DM2,即
(3k)2+(3k2)2
=()2+(k2+3)2,
整理得:3k4-k2-4=0,即(k2+1)(3k2-4)=0,
∵k2+1>0,
∴3k2-4=0,
解得k=±,
∵k<0,
∴k=-,
∴N(-2-1,1),
∴以DP为对角线的四边形DMPN能成为菱形,此时点N的坐标为(-2-1,1).
类型五 二次函数与三角形相似、全等问题
20. (1)【思路分析】已知抛物线的顶点坐标,利用顶点式代入抛物线上的点O,求出抛物线解析式,再与直线解析式联立得方程组,即可求得点C的坐标.
解:由题可知,抛物线的顶点为A(1,1),设抛物线的解析式为y=a(x-1)2+1(a≠0),
∵抛物线经过原点O(0,0),
∴将O(0,0)代入,得0=a(0-1)2+1,
解得a=-1,
∴抛物线解析式为y=-(x-1)2+1=-x2+2x.
∵直线y=x-2与抛物线交于B、C两点,
联立得,
解得或,
∴B(2,0),C(-1,-3).
(2)【思路分析】要证明△ABC是直角三角形,分别计算三角形各边的长度,利用勾股定理的逆定理即可判断.
证明:由(1)知,A(1,1),B(2,0),C(-1,-3),
第20题解图①
如解图①,由两点距离公式,则AF=2,CF=4,CD=3,BD=3,BE=1,AE=1,
在Rt△ABE中,AB==,
在Rt△BCD中,BC==3,
在Rt△ACF中,AC==2,
在△ABC中,AB2+BC2=()2+(3)2=20,
AC2=(2)2=20,
第20题解图②
∴AB2+BC2=AC2,
∴△ABC为直角三角形.
(3)【思路分析】要求是否存在以O,M,N为顶点的三角形与△ABC相似,由题知,N点在x轴上,M点在抛物线上,可设出N点坐标,得到由未知数x表示的M点坐标,由(2)知△ABC的边长,利用三角形相似,列出比例关系式求得N点坐标.由于N点的位置不定,需进行分类讨论.
解:存在.
设N(x,0),则M(x,-x2+2x),
由(2)知,AB=,BC=3,
分两种情况讨论:
①若点N在点B右侧,即x>2,x与-x2+2x异号,如解图③,△ONM与△ABC相似,则= 或=,
即= 或=,
解两方程可得x的值为x1=,x2=5,x3=0(舍去).
∴N的坐标为(,0)或(5,0);
第20题解图③
第20题解图④
②若点N在点B左侧,即x<2,x与-x2+2x同号,如解图④,△ONM与△ABC相似,则= 或 =,
即= 或 =,
解两方程可得x的值为x1=,x2=-1,x3=0(舍去),
∴N的坐标为(,0)或(-1,0).
综上所述,存在满足条件的点N的坐标为(,0)或(5,0)或(,0)或(-1,0).
21. 解:(1)∵抛物线y=ax2+bx-8经过点A(-2,0),D(6,-8),
将A、D两点的坐标代入,得,
解得,
∴抛物线的函数表达式为y=x2-3x-8.
∵y=x2-3x-8=(x-3)2-,
∴抛物线的对称轴为直线x=3,
又∵抛物线与x轴交于A,B两点,点A的坐标为(-2,0),
∴点B的坐标为(8,0),
设直线l的函数表达式为y=kx,
∵点D(6,-8)在直线l上,代入得6k=-8,解得k=-,
∴直线l的函数表达式为y=-x.
∵点E为直线l和抛物线对称轴的交点,
∴点E的横坐标为3,纵坐标为-×3=-4,
即点E的坐标为(3,-4).
(2)抛物线上存在点F,使△FOE≌△FCE.点F的坐标为(3-,-4),(3+,-4).
【解法提示】假设存在,
由全等的性质得FO=FC,
∴点F的纵坐标yF=yc,
令抛物线的解析式y=x2-3x-8中x=0,则y=-8,
∴C(0,-8),即yC=-8,
∴yF=-4,
将yF=-4代入抛物线解析式
得x2-3x-8=-4,
解得x1=3+,x2=3-,
∴F坐标为(3+,-4),(3-,-4),
∴抛物线上存在点F使得△FOE≌△FCE.
(3)需分两种情况进行讨论:
①当OP=OQ时,△OPQ是等腰三角形,
第21题解图①
∵点E的坐标为(3,-4),
∴OE==5,
如解图①,过点E作直线ME∥PB,交y轴于点M,交x轴于点H,
则=,
∴OM=OE=5,
∴点M的坐标为(0,-5),
设直线ME的函数表达式为y=k1x-5,
将点E(3,-4)代入得3k1-5=-4,
解得k1=,
∴直线ME的函数表达式为y=x-5,
令y=0,得x-5=0,
解得x=15,
∴点H的坐标为(15,0).
又=,
∴=,
∴m=-;
第21题解图②
②当QO=QP时,△OPQ是等腰三角形,延长CE,交x轴于点N,如解图②,
当x=0时,y=x2-3x-8=-8,
∴点C的坐标为(0,-8),
∴CE==5,
又∵OE==5,∴OE=CE,
∴∠1=∠2,
∵QO=QP,
∴∠1=∠3,
∴∠2=∠3,
∴CE∥PB,
∴=,
设直线CE的解析式为y=k2x-8,代入点(3,-4),
得3k2-8=-4,
∴k2=,
∴直线CE的解析式为y=x-8.
令y=0,则x-8=0,
解得x=6,
∴点N的坐标为(6,0),
又=,
∴=,
解得m=-.
综上所述,当m的值为-或-时,△OPQ是等腰三角形.
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