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中考数学解题大招复习讲义(全国通用)专题58二次函数中的面积问题(原卷版+解析)
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这是一份中考数学解题大招复习讲义(全国通用)专题58二次函数中的面积问题(原卷版+解析),共59页。学案主要包含了问题描述,方法总结,解题步骤,变1-1,变1-2,变2-1,变2-2等内容,欢迎下载使用。
求三角形的面积是几何题中常见问题之一,可用的方法也比较多,比如面积公式、割补、等积变形、三角函数甚至海伦公式,本文介绍的方法是在二次函数问题中常用的一种求面积的方法——铅垂法.
【问题描述】在平面直角坐标系中,已知、、,求△ABC的面积.
【分析】显然对于这样一个位置的三角形,面积公式并不太好用,割补倒是可以一试,比如这样:
构造矩形ADEF,用矩形面积减去三个三角形面积即可得△ABC面积.
这是在“补”,同样可以采用“割”:
此处AE+AF即为A、B两点之间的水平距离.
由题意得:AE+BF=6.
下面求CD:
根据A、B两点坐标求得直线AB解析式为:
由点C坐标(4,7)可得D点横坐标为4,
将4代入直线AB解析式得D点纵坐标为2,
故D点坐标为(4,2),CD=5,
.
【方法总结】
作以下定义:
A、B两点之间的水平距离称为“水平宽”;
过点C作x轴的垂线与AB交点为D,线段CD即为AB边的“铅垂高”.
如图可得:
【解题步骤】
(1)求A、B两点水平距离,即水平宽;
(2)过点C作x轴垂线与AB交于点D,可得点D横坐标同点C;
(3)求直线AB解析式并代入点D横坐标,得点D纵坐标;
(4)根据C、D坐标求得铅垂高;
(5)利用公式求得三角形面积.
例题精讲
【例1】.如图,抛物线y=﹣x2﹣2x+3与x轴交于A(1,0),B(﹣3,0)两点,与y轴交于点C.点P为抛物线第二象限上一动点,连接PB、PC、BC,求△PBC面积的最大值,并求出此时点P的坐标.
变式训练
【变1-1】.如图,已知抛物线y=ax2+bx+3与x轴交于A、B两点,过点A的直线l与抛物线交于点C,其中A点的坐标是(1,0),C点坐标是(4,3).
(1)求抛物线的解析式和直线AC的解析式;
(2)若点E是(1)中抛物线上的一个动点,且位于直线AC的下方,试求△ACE的最大面积及E点的坐标.
【变1-2】.如图,直线y=﹣x+2交y轴于点A,交x轴于点C,抛物线y=﹣+bx+c经过点A,点C,且交x轴于另一点B.
(1)求抛物线的解析式;
(2)在直线AC上方的抛物线上有一点M,求四边形ABCM面积的最大值及此时点M的坐标.
【例2】.如图,抛物线y=x2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),B(3,0)两点,过点A的直线l交抛物线于点C(2,m),点P是线段AC上一个动点,过点P作x轴的垂线交抛物线于点E.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当P在何处时,△ACE面积最大.
变式训练
【变2-1】.如图,抛物线y=ax2+bx+2交x轴于点A(﹣3,0)和点B(1,0),交y轴于点C.
(1)求这个抛物线的函数表达式;
(2)若点D的坐标为(﹣1,0),点P为第二象限内抛物线上的一个动点,求四边形ADCP面积的最大值.
【变2-2】.如图,在平面直角坐标系中,直线y=x﹣2与x轴交于点B,与y轴交于点C,二次函数y=+bx+c的图象经过B,C两点,且与x轴的负半轴交于点A,动点D在直线BC下方的二次函数图象上.
(1)求二次函数的表达式;
(2)连接DC,DB,设△BCD的面积为S,求S的最大值.
1.如图,抛物线y=﹣x2+x+2与x轴交于A,B两点,与y轴交于点C,若点P是线段BC上方的抛物线上一动点,当△BCP的面积取得最大值时,点P的坐标是( )
A.(2,3)B.(,)C.(1,3)D.(3,2)
2.如图1,抛物线与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C,直线过B、C两点,连接AC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P为抛物线上直线BC上方的一动点,求△PBC面积的最大值,并求出点P坐标;
(3)若点Q为抛物线对称轴上一动点,求△QAC周长的最小值.
3.如图,抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(1,0),B(﹣3,0)两点.
(1)求该抛物线的解析式;
(2)设(1)中的抛物线交y轴于C点,在该抛物线的对称轴上是否存在点Q,使得△QAC的周长最小?若存在,求出Q点的坐标;若不存在,请说明理由.
(3)在(1)中的抛物线上的第二象限上是否存在一点P,使△PBC的面积最大?若存在,求出△PBC面积的最大值.若没有,请说明理由.
4.如图1,在平面直角坐标系中,已知抛物线y=ax2+bx﹣5与x轴交于A(﹣1,0),B(5,0)两点,与y轴交于点C.
(1)求抛物线的二次函数解析式:
(2)若点P在抛物线上,点Q在x轴上,当以点B、C、P、Q为顶点的四边形是平行四边形时,求点P的坐标;
(3)如图2,点H是直线BC下方抛物线上的动点,连接BH,CH.当△BCH的面积最大时,求点H的坐标.
5.如图,在平面直角坐标系中,二次函数y=x2+bx+c的图象与x轴交于A、B两点,B点的坐标为(3,0),与y轴交于点C(0,﹣3),点P是直线BC下方抛物线上的一个动点.
(1)求二次函数解析式;
(2)连接PO,PC,并将△POC沿y轴对折,得到四边形POP'C.是否存在点P,使四边形POP'C为菱形?若存在,求出此时点P的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)当点P运动到什么位置时,四边形ABPC的面积最大?求出此时P点的坐标和四边形ABPC的最大面积.
6.如图,抛物线y=ax2+bx+c与坐标轴交点分别为A(﹣1,0),B(3,0),C(0,2),作直线BC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P为抛物线上第一象限内一动点,过点P作PD⊥x轴于点D,设点P的横坐标为t(0<t<3),求△ABP的面积S与t的函数关系式;
(3)条件同(2),若△ODP与△COB相似,求点P的坐标.
7.如图,抛物线y=ax2﹣3ax﹣4a(a<0)与x轴交于A,B两点,直线y=x+经过点A,与抛物线的另一个交点为点C,点C的横坐标为3,线段PQ在线段AB上移动,PQ=1,分别过点P、Q作x轴的垂线,交抛物线于E、F,交直线于D,G.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当四边形DEFG为平行四边形时,求出此时点P、Q的坐标;
(3)在线段PQ的移动过程中,以D、E、F、G为顶点的四边形面积是否有最大值,若有求出最大值,若没有请说明理由.
8.如图,已知二次函数y=ax2+bx+3的图象交x轴于点A(1,0),B(3,0),交y轴于点C.E是BC上一点,PE∥y轴.
(1)求这个二次函数的解析式;
(2)点P是直线BC下方抛物线上的一动点,求BCP面积的最大值;
(3)直线x=m分别交直线BC和抛物线于点M,N,当m为何值时MN=BM,
9.已知直线y=x﹣3与x轴交于点A,与y轴交于点C,抛物线y=﹣x2+mx+n经过点A和点C.
(1)求此抛物线的解析式;
(2)在直线CA上方的抛物线上是否存在点D,使得△ACD的面积最大?若存在,求出点D的坐标;若不存在,说明理由.
10.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx﹣3交x轴于点A(﹣1,0),B(3,0),过点B的直线y==x﹣2交抛物线于点C.
(1)求该抛物线的函数表达式;
(2)若点P是直线BC下方抛物线上的一个动点(P不与点B,C重合),求△PBC面积的最大值.
11.如图,在平面直角坐标系xOy中,已知直线y=x﹣2与x轴交于点A,与y轴交于点B,过A、B两点的抛物线y=ax2+bx+c与x轴交于另一点C(﹣1,0).
(1)求抛物线的解析式;
(2)在抛物线上是否存在一点P,使S△PAB=S△OAB?若存在,请求出点P的坐标,若不存在,请说明理由;
(3)点M为直线AB下方抛物线上一点,点N为y轴上一点,当△MAB的面积最大时,求MN+ON的最小值.
12.直线y=﹣x+2与x轴交于点A,与y轴交于点B,抛物线y=﹣x2+bx+c经过A、B两点.
(1)求这个二次函数的表达式;
(2)若P是直线AB上方抛物线上一点;
①当△PBA的面积最大时,求点P的坐标;
②在①的条件下,点P关于抛物线对称轴的对称点为Q,在直线AB上是否存在点M,使得直线QM与直线BA的夹角是∠QAB的两倍?若存在,直接写出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
13.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx﹣3(a≠0)交y轴于点A,交x轴于点B(﹣3,0)和点C(1,0).
(1)求此抛物线的表达式.
(2)若点P是直线AB下方的抛物线上一动点,当△ABP的面积最大时,求出此时点P的坐标和△ABP的最大面积.
(3)设抛物线顶点为D,在(2)的条件下直线AB上确定一点H,使△DHP为等腰三角形,请直接写出此时点H的坐标 .
14.如图,已知抛物线y=﹣x2+bx+c与一直线相交于A(1,0)、C(﹣2,3)两点,与y轴交于点N,其顶点为D.
(1)求抛物线及直线AC的函数关系式;
(2)在对称轴上是否存在一点M,使△ANM的周长最小.若存在,请求出M点的坐标和△ANM周长的最小值;若不存在,请说明理由.
(3)若P是抛物线上位于直线AC上方的一个动点,求△APC的面积的最大值及此时点P的坐标.
15.如图,在平面直角坐标系中,二次函数的图象交坐标轴于A(﹣1,0),B(4,0),C(0,﹣4)三点,点P是直线BC下方抛物线上一动点.
(1)求这个二次函数的解析式;
(2)动点P运动到什么位置时,△PBC面积最大,求出此时P点坐标和△PBC的最大面积.
(3)是否存在点P,使△POC是以OC为底边的等腰三角形?若存在,求出P点坐标;若不存在,请说明理由.
16.已知抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),B(3,0)两点,与y轴交于点C.
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图1,抛物线的对称轴交x轴于点M,连接BC、CM.求△BCM的周长及tan∠BCM的值;
(3)如图2,过点A的直线m∥BC,点P是直线BC上方抛物线上一动点,过点P作PD⊥m,垂足为点D,连接BD,CD,CP,PB.当四边形BDCP的面积最大时,求点P的坐标及四边形BDCP面积的最大值.
17.如图1,在平面直角坐标系xOy中,抛物线F1:y=x2+bx+c经过点A(﹣3,0)和点B(1,0).
(1)求抛物线F1的解析式;
(2)如图2,作抛物线F2,使它与抛物线F1关于原点O成中心对称,请直接写出抛物线F2的解析式;
(3)如图3,将(2)中抛物线F2向上平移2个单位,得到抛物线F3,抛物线F1与抛物线F3相交于C,D两点(点C在点D的左侧).
①求点C和点D的坐标;
②若点M,N分别为抛物线F1和抛物线F3上C,D之间的动点(点M,N与点C,D不重合),试求四边形CMDN面积的最大值.
18.将抛物线y=ax2(a≠0)向左平移1个单位,再向上平移4个单位后,得到抛物线H:y=a(x﹣h)2+k.抛物线H与x轴交于点A、B,与y轴交于点C.已知A(﹣3,0),点P是抛物线H上的一个动点.
(1)求抛物线H的表达式.
(2)如图1,点P在线段AC上方的抛物线H上运动(不与A、C重合),过点P作PD⊥AB,垂足为D,PD交AC于点E.作PF⊥AC,垂足为F,求△PEF的面积的最大值.
(3)如图2,点Q是抛物线H的对称轴l上的一个动点,在抛物线H上,是否存在点P,使得以点A、P、C、Q为顶点的四边形是平行四边形?若存在,求出所有符合条件的点P的坐标;若不存在,说明理由.
参考:若点P1(x1,y1)、P2(x2,y2),则线段P1P2的中点P0的坐标为.
例题精讲
求三角形的面积是几何题中常见问题之一,可用的方法也比较多,比如面积公式、割补、等积变形、三角函数甚至海伦公式,本文介绍的方法是在二次函数问题中常用的一种求面积的方法——铅垂法.
【问题描述】在平面直角坐标系中,已知、、,求△ABC的面积.
【分析】显然对于这样一个位置的三角形,面积公式并不太好用,割补倒是可以一试,比如这样:
构造矩形ADEF,用矩形面积减去三个三角形面积即可得△ABC面积.
这是在“补”,同样可以采用“割”:
此处AE+AF即为A、B两点之间的水平距离.
由题意得:AE+BF=6.
下面求CD:
根据A、B两点坐标求得直线AB解析式为:
由点C坐标(4,7)可得D点横坐标为4,
将4代入直线AB解析式得D点纵坐标为2,
故D点坐标为(4,2),CD=5,
.
【方法总结】
作以下定义:
A、B两点之间的水平距离称为“水平宽”;
过点C作x轴的垂线与AB交点为D,线段CD即为AB边的“铅垂高”.
如图可得:
【解题步骤】
(1)求A、B两点水平距离,即水平宽;
(2)过点C作x轴垂线与AB交于点D,可得点D横坐标同点C;
(3)求直线AB解析式并代入点D横坐标,得点D纵坐标;
(4)根据C、D坐标求得铅垂高;
(5)利用公式求得三角形面积.
例题精讲
【例1】.如图,抛物线y=﹣x2﹣2x+3与x轴交于A(1,0),B(﹣3,0)两点,与y轴交于点C.点P为抛物线第二象限上一动点,连接PB、PC、BC,求△PBC面积的最大值,并求出此时点P的坐标.
解:令x=0,则y=3,
∴C(0,3),
设直线BC的解析式为y=kx+3(k≠0),
把点B坐标代入y=kx+3得﹣3k+3=0,
解得k=1,
∴直线BC的解析式为y=x+3,
设P的横坐标是x(﹣3<x<0),则P的坐标是(x,﹣x2﹣2x+3),
过点P作y轴的平行线交BC于M,则M(x,x+3),
∴PM=﹣x2﹣2x+3﹣(x+3)=﹣x2﹣3x,
∴S△PBC=PM•|xB﹣xC|=(﹣x2﹣3x)×3=﹣(x2+3x)=﹣(x+)2+,
∵﹣<0,
∴当x=﹣时,S△PBC有最大值,最大值是,
∴△PBC面积的最大值为;
当x=﹣时,﹣x2﹣2x+3=,
∴点P坐标为(﹣,).
变式训练
【变1-1】.如图,已知抛物线y=ax2+bx+3与x轴交于A、B两点,过点A的直线l与抛物线交于点C,其中A点的坐标是(1,0),C点坐标是(4,3).
(1)求抛物线的解析式和直线AC的解析式;
(2)若点E是(1)中抛物线上的一个动点,且位于直线AC的下方,试求△ACE的最大面积及E点的坐标.
解:(1)∵y=ax2+bx+3经过A(1,0),C(4,3),
∴,
解得:,
∴抛物线的解析式为:y=x2﹣4x+3;
设直线AC的解析式为y=kx+h,
将A、C两点坐标代入y=kx+h得:,
解得:,
∴直线AC的解析式为y=x﹣1;
(2)如图,设过点E与直线AC平行线的直线为y=x+m,
联立,
消掉y得,x2﹣5x+3﹣m=0,
△=(﹣5)2﹣4×1×(3﹣m)=0,
解得:m=﹣,
即m=﹣时,点E到AC的距离最大,△ACE的面积最大,
此时x=,y=﹣=﹣,
∴点E的坐标为(,﹣),
设过点E的直线与x轴交点为F,则F(,0),
∴AF=﹣1=,
∵直线AC的解析式为y=x﹣1,
∴∠CAB=45°,
∴点F到AC的距离为AF•sin45°=×=,
又∵AC==3,
∴△ACE的最大面积=×3×=,此时E点坐标为(,).
【变1-2】.如图,直线y=﹣x+2交y轴于点A,交x轴于点C,抛物线y=﹣+bx+c经过点A,点C,且交x轴于另一点B.
(1)求抛物线的解析式;
(2)在直线AC上方的抛物线上有一点M,求四边形ABCM面积的最大值及此时点M的坐标.
解:(1)令x=0,得y=﹣x+2=2,
∴A(0,2),
令y=0,得y=﹣x+2=0,解得x=4,
∴C(4,0).
把A、C两点代入y=﹣x2+bx+c得,,
解得,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2+x+2;
(2)过M点作MN⊥x轴,与AC交于点N,如图,
设M(a,﹣a2+a+2),则N(a,﹣a+2),
∴S△ACM=•MN•OC=(﹣a+2﹣a2﹣a﹣2)×4=﹣a2+2a,
S△ABC=•BC•OA=×(4+2)×2=6,
∴S四边形ABCM=S△ACM+S△ABC=﹣a2+2a+6==﹣(a﹣2)2+8,
∴当a=2时,四边形ABCM面积最大,其最大值为8,此时M的坐标为(2,2).
【例2】.如图,抛物线y=x2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),B(3,0)两点,过点A的直线l交抛物线于点C(2,m),点P是线段AC上一个动点,过点P作x轴的垂线交抛物线于点E.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当P在何处时,△ACE面积最大.
解:(1)抛物线解析式为y=(x+1)(x﹣3),
即y=x2﹣2x﹣3;
(2)把C(2,m)代入y=x2﹣2x﹣3得m=4﹣4﹣3=﹣3,则C(2,﹣3),
设直线AC的解析式为y=mx+n,
把A(﹣1,0),C(2,﹣3)代入得,解得,
∴直线AC的解析式为y=﹣x﹣1;
设E(t,t2﹣2t﹣3)(﹣1≤t≤2),则P(t,﹣t﹣1),
∴PE=﹣t﹣1﹣(t2﹣2t﹣3)=﹣t2+t+2,
∴△ACE的面积=×(2+1)×PE
=(﹣t2+t+2)
=﹣(t﹣)2+,
当t=时,△ACE的面积有最大值,最大值为,此时P点坐标为(,﹣).
变式训练
【变2-1】.如图,抛物线y=ax2+bx+2交x轴于点A(﹣3,0)和点B(1,0),交y轴于点C.
(1)求这个抛物线的函数表达式;
(2)若点D的坐标为(﹣1,0),点P为第二象限内抛物线上的一个动点,求四边形ADCP面积的最大值.
解:(1)抛物线的表达式为:y=a(x+3)(x﹣1)=a(x2+2x﹣3)=ax2+2ax﹣3a,
即﹣3a=2,解得:,
故抛物线的表达式为:,
则点C(0,2),函数的对称轴为:x=﹣1;
(2)连接OP,设点,
则S=S四边形ADCP=S△APO+S△CPO﹣S△ODC==,
∵﹣1<0,故S有最大值,当时,S的最大值为.
【变2-2】.如图,在平面直角坐标系中,直线y=x﹣2与x轴交于点B,与y轴交于点C,二次函数y=+bx+c的图象经过B,C两点,且与x轴的负半轴交于点A,动点D在直线BC下方的二次函数图象上.
(1)求二次函数的表达式;
(2)连接DC,DB,设△BCD的面积为S,求S的最大值.
解:(1)把x=0代y=x﹣2得y=﹣2,
∴C(0,﹣2).
把y=0代y=x﹣2得x=4,
∴B(4,0),
设抛物线的解析式为y=(x﹣4)(x﹣m),将C(0,﹣2)代入得:2m=﹣2,解得:m=﹣1,
∴A(﹣1,0).
∴抛物线的解析式y=(x﹣4)(x+1)=x2﹣x﹣2;
(2)如图所示:过点D作DF⊥x轴,交BC与点F.
设D(x,x2﹣x﹣2),则F(x,x﹣2),DF=(x﹣2)﹣(x2﹣x﹣2)=﹣x2+2x.
∴S△BCD=OB•DF=×4×(﹣x2+2x)=﹣x2+4x=﹣(x2﹣4x+4﹣4)=﹣(x﹣2)2+4.
∴当x=2时,S有最大值,最大值为4.
1.如图,抛物线y=﹣x2+x+2与x轴交于A,B两点,与y轴交于点C,若点P是线段BC上方的抛物线上一动点,当△BCP的面积取得最大值时,点P的坐标是( )
A.(2,3)B.(,)C.(1,3)D.(3,2)
解:对于y=﹣x2+x+2,令y=﹣x2+x+2=0,解得x=﹣1或4,令x=0,则y=2,
故点A、B、C的坐标分别为(﹣1,0)、(4,0)、(0,2),
过点P作y轴的平行线交BC于点H,
由点B、C的坐标得,直线BC的表达式为y=﹣x+2,
设点P的坐标为(x,﹣x2+x+2),则点H的坐标为(x,﹣x+2),
则△BCP的面积=S△PHB+S△PHC=PH×OB=×4×(﹣x2+x+2+x﹣2)=﹣x2+4x,
∵﹣1<0,故△BCP的面积有最大值,
当x=2时,△BCP的面积有最大值,
此时,点P的坐标为(2,3),
故选:A.
2.如图1,抛物线与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C,直线过B、C两点,连接AC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P为抛物线上直线BC上方的一动点,求△PBC面积的最大值,并求出点P坐标;
(3)若点Q为抛物线对称轴上一动点,求△QAC周长的最小值.
解:(1)令x=0,则y=2,
∴C(0,2),
令y=0,则x=4,
∴B(4,0),
将点B(4,0)和点C(0,2)代入,
得,
解得:,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2+x+2;
(2)作PD∥y轴交直线BC于点D,
设P(m,﹣m2+m+2),则D(m,﹣m+2),
∴PD=﹣m2+m+2﹣(﹣m+2)=﹣m2+2m,
∴S△PBC=×4×(﹣m2+2m)=﹣m2+4m=﹣(m﹣2)2+4,
∴当m=2时,△PBC的面积有最大值4,
此时P(2,3);
(3)令y=0,则,
解得x=﹣1或x=4,
∴A(﹣1,0),
∵y=﹣x2+x+2=﹣(x﹣)2+,
∴抛物线的对称轴为直线x=,
∵A点与B点关于对称轴对称,
∴AQ=BQ,
∴AQ+CQ+AC=BQ+CQ+AC≥BC+AC,
∴当B、C、Q三点共线时,,△QAC周长最小,
∵C(0,2),B(4,0),A(﹣1,0),
∴BC=2,AC=,
∴AC+BC=3,
∴△QAC周长最小值为3.
3.如图,抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(1,0),B(﹣3,0)两点.
(1)求该抛物线的解析式;
(2)设(1)中的抛物线交y轴于C点,在该抛物线的对称轴上是否存在点Q,使得△QAC的周长最小?若存在,求出Q点的坐标;若不存在,请说明理由.
(3)在(1)中的抛物线上的第二象限上是否存在一点P,使△PBC的面积最大?若存在,求出△PBC面积的最大值.若没有,请说明理由.
解:(1)根据题意得:,
解得,
则抛物线的解析式是y=﹣x2﹣2x+3;
(2)理由如下:由题知A、B两点关于抛物线的对称轴x=﹣1对称,
∴直线BC与x=﹣1的交点即为Q点,此时△AQC周长最小,
对于y=﹣x2﹣2x+3,令x=0,则y=3,故点C(0,3),
设BC的解析式是y=mx+n,
则,解得,
则BC的解析式是y=x+3.
x=﹣1时,y=﹣1+3=2,
∴点Q的坐标是Q(﹣1,2);
(3)过点P作y轴的平行线交BC于点D,
设P的横坐标是x,则P的坐标是(x,﹣x2﹣2x+3),对称轴与BC的交点D是(x,x+3).
则PD=(﹣x2﹣2x+3)﹣(x+3)=﹣x2﹣3x.
则S△PBC=(﹣x2﹣3x)×3=﹣x2﹣x==﹣(x+)2+,
∵﹣<0,故△PBC的面积有最大值是.
4.如图1,在平面直角坐标系中,已知抛物线y=ax2+bx﹣5与x轴交于A(﹣1,0),B(5,0)两点,与y轴交于点C.
(1)求抛物线的二次函数解析式:
(2)若点P在抛物线上,点Q在x轴上,当以点B、C、P、Q为顶点的四边形是平行四边形时,求点P的坐标;
(3)如图2,点H是直线BC下方抛物线上的动点,连接BH,CH.当△BCH的面积最大时,求点H的坐标.
解:(1)∵y过A(﹣1,0),B(5,0)
把A(﹣1,0),B(5,0)代入抛物线y=ax2+bx﹣5
得,
解得
y=x2﹣4x﹣5;
(2)当x=0时,y=﹣5,
∴C(0,﹣5),
设P(m,m2﹣4m﹣5),Q(n,0),
①BC为对角线,
则xQ﹣xC=xB﹣xP,yQ﹣yC=yB﹣yP,
解得,(舍去),
∴P(4,﹣5),
②CP为对角线,
则xQ﹣xC=xP﹣xB,yQ﹣yC=yP﹣yB,
解得或,
∴P(2+,5)或(2﹣,5),
③CQ为对角线时,CP∥BQ,
则点P(4,﹣5);
综上P(4,﹣5)或(2﹣,5)或(2+,5);
第三种,CQ为对角线不合要求,舍去;
(3)过H作HD∥y轴交BC于D,
∴S△BCH=S△CDH+S△BDH=HD(xH﹣xC)+HD(xB﹣xH)=HD(xB﹣xC)=HD,
设BC:y=kx+b1,
∵BC过B、C点,
代入得,
,
,
∴y=x﹣5,
设H(h,h2﹣4h﹣5),D(h,h﹣5),
S△BCH=HD=×[h﹣5﹣(h2﹣4h﹣5)]=﹣(h﹣)2+,
∴当h=时,H(,﹣)时,S△BCHmax=.
5.如图,在平面直角坐标系中,二次函数y=x2+bx+c的图象与x轴交于A、B两点,B点的坐标为(3,0),与y轴交于点C(0,﹣3),点P是直线BC下方抛物线上的一个动点.
(1)求二次函数解析式;
(2)连接PO,PC,并将△POC沿y轴对折,得到四边形POP'C.是否存在点P,使四边形POP'C为菱形?若存在,求出此时点P的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)当点P运动到什么位置时,四边形ABPC的面积最大?求出此时P点的坐标和四边形ABPC的最大面积.
解:(1)∵二次函数y=x2+bx+c与y轴的交点C(0,﹣3),
∴c=﹣3,
∴二次函数的解析式为y=x2+bx﹣3,
∵点B(3,0)在二次函数图象上,
∴9+3b﹣3=0,
∴b=﹣2,
∴二次函数的解析式为y=x2﹣2x﹣3;
(2)存在,理由:如图1,
连接PP'交y轴于E,
∵四边形POP'C为菱形,
∴PP'⊥OC,OE=CE=OC,
∵点C(0,﹣3),
∴OC=3,
∴OE=,
∴E(0,﹣),
∴点P的纵坐标为﹣,
由(1)知,二次函数的解析式为y=x2﹣2x﹣3,
∴x2﹣2x﹣3=﹣,
∴x=或x=,
∵点P在直线BC下方的抛物线上,
∴0<x<3,
∴点P(,﹣);
(3)如图2,过点P作PF⊥x轴于F,则PF∥OC,
由(1)知,二次函数的解析式为y=x2﹣2x﹣3,
令y=0,则x2﹣2x﹣3=0,
∴x=﹣1或x=3,
∴A(﹣1,0),
∴设P(m,m2﹣2m﹣3)(0<m<3),
∴F(m,0),
∴S四边形ABPC=S△AOC+S梯形OCPF+S△PFB=OA•OC+(OC+PF)•OF+PF•BF
=×1×3+(3﹣m2+2m+3)•m+(﹣m2+2m+3)•(3﹣m)
=﹣(m﹣)2+,
∴当m=时,四边形ABPC的面积最大,最大值为,此时,P(,﹣),
即点P运动到点(,﹣)时,四边形ABPC的面积最大,其最大值为.
6.如图,抛物线y=ax2+bx+c与坐标轴交点分别为A(﹣1,0),B(3,0),C(0,2),作直线BC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P为抛物线上第一象限内一动点,过点P作PD⊥x轴于点D,设点P的横坐标为t(0<t<3),求△ABP的面积S与t的函数关系式;
(3)条件同(2),若△ODP与△COB相似,求点P的坐标.
解:(1)把A(﹣1,0),B(3,0),C(0,2)代入y=ax2+bx+c得:,
解得:a=﹣,b=,c=2,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2+x+2.
(2)设点P的坐标为(t,﹣t2+t+2).
∵A(﹣1,0),B(3,0),
∴AB=4.
∴S=AB•PD=×4×(﹣t2+t+2)=﹣t2+t+4(0<t<3);
(3)当△ODP∽△COB时,=即=,
整理得:4t2+t﹣12=0,
解得:t=或t=(舍去).
∴OD=t=,DP=OD=,
∴点P的坐标为(,).
当△ODP∽△BOC,则=,即=,
整理得t2﹣t﹣3=0,
解得:t=或t=(舍去).
∴OD=t=,DP=OD=,
∴点P的坐标为(,).
综上所述点P的坐标为(,)或(,).
7.如图,抛物线y=ax2﹣3ax﹣4a(a<0)与x轴交于A,B两点,直线y=x+经过点A,与抛物线的另一个交点为点C,点C的横坐标为3,线段PQ在线段AB上移动,PQ=1,分别过点P、Q作x轴的垂线,交抛物线于E、F,交直线于D,G.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当四边形DEFG为平行四边形时,求出此时点P、Q的坐标;
(3)在线段PQ的移动过程中,以D、E、F、G为顶点的四边形面积是否有最大值,若有求出最大值,若没有请说明理由.
解:(1)∵点C的横坐标为3,
∴y=×3+=2,
∴点C的坐标为(3,2),
把点C(3,2)代入抛物线,可得2=9a﹣9a﹣4a,
解得:a=,
∴抛物线的解析式为y=;
(2)设点P(m,0),Q(m+1,0),
由题意,点D(m,m+)m,E(m,),G(m+1,m+1),F(m+1,),
∵四边形DEFG为平行四边形,
∴ED=FG,
∴()﹣(m+)=()﹣(m+1),即=,
∴m=0.5,
∴P(0.5,0)、Q(1.5,0);
(3)设以D、E、F、G为顶点的四边形面积为S,
由(2)可得,S=()×1÷2=(﹣m2+m+)=,
∴当m=时,S最大值为,
∴以D、E、F、G为顶点的四边形面积有最大值,最大值为.
8.如图,已知二次函数y=ax2+bx+3的图象交x轴于点A(1,0),B(3,0),交y轴于点C.E是BC上一点,PE∥y轴.
(1)求这个二次函数的解析式;
(2)点P是直线BC下方抛物线上的一动点,求BCP面积的最大值;
(3)直线x=m分别交直线BC和抛物线于点M,N,当m为何值时MN=BM,
解:(1)将A(1,0),B(3,0)代入函数解析式,得
,
解得,
这个二次函数的表达式是y=x2﹣4x+3;
(2)当x=0时,y=3,即点C(0,3),
设BC的表达式为y=kx+b,将点B(3,0)点C(0,3)代入函数解析式,得
,
解这个方程组,得.
故直线BC的解析是为y=﹣x+3,
过点P作PE∥y轴,
交直线BC于点E(t,﹣t+3),
PE=﹣t+3﹣(t2﹣4t+3)=﹣t2+3t,
∴S△BCP=S△BPE+S△CPE=(﹣t2+3t)×3=﹣(t﹣)2+,
∵﹣<0,
∴当t=时,S△BCP最大=.
(3)M(m,﹣m+3),N(m,m2﹣4m+3),
∴MN=|m2﹣3m|,BM=|m﹣3|,
当MN=BM时,m2﹣3m=(m﹣3),解得m=.
9.已知直线y=x﹣3与x轴交于点A,与y轴交于点C,抛物线y=﹣x2+mx+n经过点A和点C.
(1)求此抛物线的解析式;
(2)在直线CA上方的抛物线上是否存在点D,使得△ACD的面积最大?若存在,求出点D的坐标;若不存在,说明理由.
解:(1)把x=0代入y=x﹣3得y=﹣3,则C点坐标为(0,﹣3),
把y=0代入y=x﹣3得x﹣3=0,解得x=4,则A点坐标为(4,0),
把A(4,0),C(0,﹣3)代入y=﹣x2+mx+n得,
解得,
所以二次函数解析式为y=﹣x2+x﹣3;
(2)存在.
过D点作直线AC的平行线y=kx+b,当直线y=kx+b与抛物线只有一个公共点时,点D到AC的距离最大,此时△ACD的面积最大,
∵直线AC的解析式为y=x﹣3,
∴k=,即y=x+b,
由直线y=x+b和抛物线y=﹣x2+x﹣3组成方程组得,消去y得到3x2﹣12x+4b+12=0,
∴△=122﹣4×3×(4b+12)=0,解得b=0,
∴3x2﹣12x+12=0,解得x1=x2=2,
把x=2,b=0代入y=x+b得y=,
∴D点坐标为(2,).
10.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx﹣3交x轴于点A(﹣1,0),B(3,0),过点B的直线y==x﹣2交抛物线于点C.
(1)求该抛物线的函数表达式;
(2)若点P是直线BC下方抛物线上的一个动点(P不与点B,C重合),求△PBC面积的最大值.
解:(1)将点A(﹣1,0),B(3,0)代入y=ax2+bx﹣3 中,得:
,
解得:,
∴该抛物线表达式为y=x2﹣2x﹣3.
(2)如图1,
过点P作PD∥y轴,交x轴于点D,交BC于点E,作CF⊥PD于点F,连接PB,PC,
设点P(m,m2﹣2m﹣3),则点E (m,m﹣2),
∴PE=PD﹣DE=﹣m2+2m+3﹣(﹣m+2)=﹣m2+m+1,
联立方程组:,
解得:,.
∵点B坐标为(3,0),
∴点C的坐标为(﹣,﹣),
∴BD+CF=3+||=.
∴S△PBC=S△PEB+S△PEC=PE•BD+PE•CF
=PE(BD+CF)
=(﹣m2+m+1)×=﹣(m﹣)2+,(其中﹣<m<3).
∵﹣<0,
∴这个二次函数有最大值.
∴当m=时,S△PBC的最大值为 .
11.如图,在平面直角坐标系xOy中,已知直线y=x﹣2与x轴交于点A,与y轴交于点B,过A、B两点的抛物线y=ax2+bx+c与x轴交于另一点C(﹣1,0).
(1)求抛物线的解析式;
(2)在抛物线上是否存在一点P,使S△PAB=S△OAB?若存在,请求出点P的坐标,若不存在,请说明理由;
(3)点M为直线AB下方抛物线上一点,点N为y轴上一点,当△MAB的面积最大时,求MN+ON的最小值.
解:(1)∵直线y=x﹣2与x轴交于点A,与y轴交于点B,
∴点A(4,0),点B(0,﹣2),
设抛物线解析式为:y=a(x+1)(x﹣4),
∴﹣2=﹣4a,
∴a=,
∴抛物线解析式为:y=(x+1)(x﹣4)=x2﹣x﹣2;
(2)如图1,当点P在直线AB上方时,过点O作OP∥AB,交抛物线于点P,
∵OP∥AB,
∴△ABP和△ABO是等底等高的两个三角形,
∴S△PAB=S△ABO,
∵OP∥AB,
∴直线PO的解析式为y=x,
联立方程组可得,
解得:或,
∴点P(2+2,1+)或(2﹣2,1﹣);
当点P''在直线AB下方时,在OB的延长线上截取BE=OB=2,过点E作EP''∥AB,交抛物线于点P'',连接AP'',BP'',
∴AB∥EP''∥OP,OB=BE,
∴S△AP''B=S△ABO,
∵EP''∥AB,且过点E(0,﹣4),
∴直线EP''解析式为y=x﹣4,
联立方程组可得,
解得,
∴点P''(2,﹣3),
综上所述:点P坐标为(2+2,1+)或(2﹣2,1﹣)或(2,﹣3);
(3)如图2,过点M作MF⊥AC,交AB于F,
设点M(m,m2﹣m﹣2),则点F(m,m﹣2),
∴MF=m﹣2﹣(m2﹣m﹣2)=﹣(m﹣2)2+2,
∴△MAB的面积=×4×[﹣(m﹣2)2+2]=﹣(m﹣2)2+4,
∴当m=2时,△MAB的面积有最大值,
∴点M(2,﹣3),
如图3,过点O作∠KOB=30°,过点N作KN⊥OK于K点,过点M作MP⊥OK于P,延长MF交直线KO于Q,
∵∠KOB=30°,KN⊥OK,
∴KN=ON,
∴MN+ON=MN+KN,
∴当点M,点N,点K三点共线,且垂直于OK时,MN+ON有最小值,即最小值为MP,
∵∠KOB=30°,
∴直线OK解析式为y=x,
当x=2时,点Q(2,2),
∴QM=2+3,
∵OB∥QM,
∴∠PQM=∠PON=30°,
∴PM=QM=+,
∴MN+ON的最小值为+.
12.直线y=﹣x+2与x轴交于点A,与y轴交于点B,抛物线y=﹣x2+bx+c经过A、B两点.
(1)求这个二次函数的表达式;
(2)若P是直线AB上方抛物线上一点;
①当△PBA的面积最大时,求点P的坐标;
②在①的条件下,点P关于抛物线对称轴的对称点为Q,在直线AB上是否存在点M,使得直线QM与直线BA的夹角是∠QAB的两倍?若存在,直接写出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)直线y=﹣x+2与x轴交于点A,与y轴交于点B,则点A、B的坐标分别为:(4,0)、(0,2),
将点A、B的坐标代入抛物线表达式得:,解得:,
故抛物线的表达式为:y=﹣x2+x+2;
(2)①过点P作y轴的平行线交BC于点N,设P(m,﹣m2+m+2),点N(m,﹣m+2),
则:△PBA的面积S=PN×OA=×4×(﹣m2+m+2+m﹣2)=﹣2m2+8m,
当m=2时,S最大,此时,点P(2,5);
②点P(2,5),则点Q(,5),设点M(a,﹣a+2);
(Ⅰ)若:∠QM1B=2∠QAM1,则QM1=AM1,
则(a﹣)2+(a+3)2=(a﹣4)2+(﹣a+2)2,
解得:a=,
故点M1(,);
(Ⅱ)若∠QM2B=2∠QAM1,
则∠QM2B=∠QM1B,QM1=QM2,
作QH⊥AB于H,BQ的延长线交x轴于点N,
则tan∠BAO==,则tan∠QNA=2,
故直线QH表达式中的k为2,
设直线QH的表达式为:y=2x+b,将点Q的坐标代入上式并解得:b=2,
故直线QH的表达式为:y=2x+2,故H(0,2)与B重合,
M2、M1关于B对称,
∴M2(﹣,);
综上,点M的坐标为:(,)或(﹣,).
13.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx﹣3(a≠0)交y轴于点A,交x轴于点B(﹣3,0)和点C(1,0).
(1)求此抛物线的表达式.
(2)若点P是直线AB下方的抛物线上一动点,当△ABP的面积最大时,求出此时点P的坐标和△ABP的最大面积.
(3)设抛物线顶点为D,在(2)的条件下直线AB上确定一点H,使△DHP为等腰三角形,请直接写出此时点H的坐标 (﹣,﹣) .
解:(1)将点B(﹣3,0)和点C(1,0)代入y=ax2+bx﹣3,
得,
∴,
∴y=x2+2x﹣3;
(2)令x=0,则y=﹣3,
∴A(0,﹣3),
设直线AB的解析式为y=kx+b,
∴,
∴,
∴y=﹣x﹣3,
过点P作PG⊥x轴交AB于点G,
设P(t,t2+2t﹣3),则G(t,﹣t﹣3),
∴PG=﹣t﹣3﹣t2﹣2t+3=﹣t2﹣3t,
∴S△ABP=×3×(﹣t2﹣3t)=﹣(t+)2+,
当t=﹣时,S△ABP有最大值,
此时P(﹣,﹣);
(3)由y=x2+2x﹣3的顶点D(﹣1,﹣4),
设H(m,﹣m﹣3),
∵△DHP为等腰三角形,
∴DH=PH,
∴(m+1)2+(﹣m+1)2=(m+)2+(﹣m+)2,
解得m=﹣,
∴H(﹣,﹣),
故答案为:(﹣,﹣).
14.如图,已知抛物线y=﹣x2+bx+c与一直线相交于A(1,0)、C(﹣2,3)两点,与y轴交于点N,其顶点为D.
(1)求抛物线及直线AC的函数关系式;
(2)在对称轴上是否存在一点M,使△ANM的周长最小.若存在,请求出M点的坐标和△ANM周长的最小值;若不存在,请说明理由.
(3)若P是抛物线上位于直线AC上方的一个动点,求△APC的面积的最大值及此时点P的坐标.
解:(1)将A(1,0),C(﹣2,3)代入y=﹣x2+bx+c,得:
,解得:,
∴抛物线的函数关系式为y=﹣x2﹣2x+3;
设直线AC的函数关系式为y=mx+n(m≠0),
将A(1,0),C(﹣2,3)代入y=mx+n,得:
,解得:,
∴直线AC的函数关系式为y=﹣x+1;
(2)当x=0时,y=﹣x2﹣2x+3=3,
∴点N的坐标为(0,3).
∵y=﹣x2﹣2x+3=﹣(x+1)2+4,
∴抛物线的对称轴为直线x=﹣1.
∵点C的坐标为(﹣2,3),
∴点C,N关于抛物线的对称轴对称.
令直线AC与抛物线的对称轴的交点为点M,如图所示.
∵点C,N关于抛物线的对称轴对称,
∴MN=CM,
∴AM+MN=AM+MC=AC,
∴此时△ANM周长取最小值.
当x=﹣1时,y=﹣x+1=2,
∴此时点M的坐标为(﹣1,2).
∵点A的坐标为(1,0),点C的坐标为(﹣2,3),点N的坐标为(0,3),
∴AC==3,同理可得:AN=,
∴C△ANM=AM+MN+AN=AC+AN=3+.
∴在对称轴上存在一点M(﹣1,2),使△ANM的周长最小,△ANM周长的最小值为3+;
(3)过点P作PE∥y轴交x轴于点E,交直线AC于点F,过点C作CQ∥y轴交x轴于点Q,如图所示.
设点P的坐标为(x,﹣x2﹣2x+3)(﹣2<x<1),则点E的坐标为(x,0),点F的坐标为(x,﹣x+1),
∴PE=﹣x2﹣2x+3,EF=﹣x+1,
PF=PE﹣EF=﹣x2﹣2x+3﹣(﹣x+1)=﹣x2﹣x+2.
∵点C的坐标为(﹣2,3),
∴点Q的坐标为(﹣2,0),
∴AQ=1﹣(﹣2)=3,
∴S△APC=AQ•PF=﹣x2﹣x+3=﹣(x+)2+.
∵﹣<0,
∴当x=﹣时,△APC的面积取最大值,最大值为,此时点P的坐标为(﹣,).
15.如图,在平面直角坐标系中,二次函数的图象交坐标轴于A(﹣1,0),B(4,0),C(0,﹣4)三点,点P是直线BC下方抛物线上一动点.
(1)求这个二次函数的解析式;
(2)动点P运动到什么位置时,△PBC面积最大,求出此时P点坐标和△PBC的最大面积.
(3)是否存在点P,使△POC是以OC为底边的等腰三角形?若存在,求出P点坐标;若不存在,请说明理由.
解:
(1)设抛物线解析式为y=ax2+bx+c,
把A、B、C三点坐标代入可得,
解得,
∴抛物线解析式为y=x2﹣3x﹣4;
(2)∵点P在抛物线上,
∴可设P(t,t2﹣3t﹣4),
过P作PE⊥x轴于点E,交直线BC于点F,如图1,
∵B(4,0),C(0,﹣4),
∴直线BC解析式为y=x﹣4,
∴F(t,t﹣4),
∴PF=(t﹣4)﹣(t2﹣3t﹣4)=﹣t2+4t,
∴S△PBC=S△PFC+S△PFB=PF•OE+PF•BE=PF•(OE+BE)=PF•OB=(﹣t2+4t)×4=﹣2(t﹣2)2+8,
∴当t=2时,S△PBC最大值为8,此时t2﹣3t﹣4=﹣6,
∴当P点坐标为(2,﹣6)时,△PBC的最大面积为8.
(3)作OC的垂直平分线DP,交OC于点D,交BC下方抛物线于点P,如图2,
∴PO=PC,此时P点即为满足条件的点,
∵C(0,﹣4),
∴D(0,﹣2),
∴P点纵坐标为﹣2,
代入抛物线解析式可得x2﹣3x﹣4=﹣2,解得x=(小于0,舍去)或x=,
∴存在满足条件的P点,其坐标为(,﹣2).
16.已知抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),B(3,0)两点,与y轴交于点C.
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图1,抛物线的对称轴交x轴于点M,连接BC、CM.求△BCM的周长及tan∠BCM的值;
(3)如图2,过点A的直线m∥BC,点P是直线BC上方抛物线上一动点,过点P作PD⊥m,垂足为点D,连接BD,CD,CP,PB.当四边形BDCP的面积最大时,求点P的坐标及四边形BDCP面积的最大值.
解:(1)将A(﹣1,0),B(3,0)分别代入y=﹣x2+bx+c得:,
解得,
∴y=﹣x2+2x+3.
(2)由解析式可得M(1,0),C(0,3),
∴.
∴△BCM的周长为.
如图1,过点M作MN⊥BC于点N,
∵OB=OC,
∴∠OBC=∠BMN=45°.
∴.
∴.
∴.
(3)由题意可知:S四边形BDCP=S△BDC+S△BPC,
∵过点A的直线m∥BC,
∴.
∵A(﹣1,0),B(3,0),
∴AB=4.
∵抛物线y=﹣x2+2x+3交y轴于点C(0,3),
∴OC=3.
∴.
如图2,过点P作PF⊥x轴,垂足为点F,交BC于点E,
直线BC的解析式为:y=﹣x+3.
设P(x,﹣x2+2x+3),则E(x,﹣x+3),
∵点P是直线BC上方抛物线上一动点,
∴PE=PF﹣EF=(﹣x2+2x+3)﹣(﹣x+3)=﹣x2+3x.
则=.
∴.
当时,四边形BDCP的面积最大,最大面积为.
此时,点P的坐标为.
17.如图1,在平面直角坐标系xOy中,抛物线F1:y=x2+bx+c经过点A(﹣3,0)和点B(1,0).
(1)求抛物线F1的解析式;
(2)如图2,作抛物线F2,使它与抛物线F1关于原点O成中心对称,请直接写出抛物线F2的解析式;
(3)如图3,将(2)中抛物线F2向上平移2个单位,得到抛物线F3,抛物线F1与抛物线F3相交于C,D两点(点C在点D的左侧).
①求点C和点D的坐标;
②若点M,N分别为抛物线F1和抛物线F3上C,D之间的动点(点M,N与点C,D不重合),试求四边形CMDN面积的最大值.
解:(1)将点A(﹣3,0)和点B(1,0)代入y=x2+bx+c,
∴,
解得,
∴y=x2+2x﹣3;
(2)∵y=x2+2x﹣3=(x+1)2﹣4,
∴抛物线的顶点(﹣1,﹣4),
∵顶点(﹣1,﹣4)关于原点的对称点为(1,4),
∴抛物线F2的解析式为y=﹣(x﹣1)2+4,
∴y=﹣x2+2x+3;
(3)由题意可得,抛物线F3的解析式为y=﹣(x﹣1)2+6=﹣x2+2x+5,
①联立方程组,
解得x=2或x=﹣2,
∴C(﹣2,﹣3)或D(2,5);
②设直线CD的解析式为y=kx+b,
∴,
解得,
∴y=2x+1,
过点M作MF∥y轴交CD于点F,过点N作NE∥y轴交CD于点E,
设M(m,m2+2m﹣3),N(n,﹣n2+2n+5),
则F(m,2m+1),E(n,2n+1),
∴MF=2m+1﹣(m2+2m﹣3)=﹣m2+4,
NE=﹣n2+2n+5﹣2n﹣1=﹣n2+4,
∵﹣2<m<2,﹣2<n<2,
∴当m=0时,MF有最大值4,
当n=0时,NE有最大值4,
∵S四边形CMDN=S△CDN+S△CDM=×4×(MF+NE)=2(MF+NE),
∴当MF+NE最大时,四边形CMDN面积的最大值为16.
18.将抛物线y=ax2(a≠0)向左平移1个单位,再向上平移4个单位后,得到抛物线H:y=a(x﹣h)2+k.抛物线H与x轴交于点A、B,与y轴交于点C.已知A(﹣3,0),点P是抛物线H上的一个动点.
(1)求抛物线H的表达式.
(2)如图1,点P在线段AC上方的抛物线H上运动(不与A、C重合),过点P作PD⊥AB,垂足为D,PD交AC于点E.作PF⊥AC,垂足为F,求△PEF的面积的最大值.
(3)如图2,点Q是抛物线H的对称轴l上的一个动点,在抛物线H上,是否存在点P,使得以点A、P、C、Q为顶点的四边形是平行四边形?若存在,求出所有符合条件的点P的坐标;若不存在,说明理由.
参考:若点P1(x1,y1)、P2(x2,y2),则线段P1P2的中点P0的坐标为.
解:(1)由题意得抛物线的顶点坐标为(﹣1,4),
∴抛物线H:y=a(x+1)2+4,
将A(﹣3,0)代入,得:a(﹣3+1)2+4=0,
解得:a=﹣1,
∴抛物线H的表达式为y=﹣(x+1)2+4;
(2)如图1,由(1)知:y=﹣x2﹣2x+3,
令x=0,得y=3,
∴C(0,3),
设直线AC的解析式为y=mx+n,
∵A(﹣3,0),C(0,3),
∴,
解得:,
∴直线AC的解析式为y=x+3,
设P(m,﹣m2﹣2m+3),则E(m,m+3),
∴PE=﹣m2﹣2m+3﹣(m+3)=﹣m2﹣3m=﹣(m+)2+,
∵﹣1<0,
∴当m=﹣时,PE有最大值,
∵OA=OC=3,∠AOC=90°,
∴△AOC是等腰直角三角形,
∴∠ACO=45°,
∵PD⊥AB,
∴∠ADP=90°,
∴∠ADP=∠AOC,
∴PD∥OC,
∴∠PEF=∠ACO=45°,
∵PF⊥AC,
∴△PEF是等腰直角三角形,
∴PF=EF=PE,
∴S△PEF=PF•EF=PE2,
∴当m=﹣时,S△PEF最大值=×()2=;
(3)①当AC为平行四边形的边时,则有PQ∥AC,且PQ=AC,
如图2,过点P作对称轴的垂线,垂足为G,设AC交对称轴于点H,
则∠AHG=∠ACO=∠PQG,
在△PQG和△ACO中,
,
∴△PQG≌△ACO(AAS),
∴PG=AO=3,
∴点P到对称轴的距离为3,
又∵y=﹣(x+1)2+4,
∴抛物线对称轴为直线x=﹣1,
设点P(x,y),则|x+1|=3,
解得:x=2或x=﹣4,
当x=2时,y=﹣5,
当x=﹣4时,y=﹣5,
∴点P坐标为(2,﹣5)或(﹣4,﹣5);
②当AC为平行四边形的对角线时,
如图3,设AC的中点为M,
∵A(﹣3,0),C(0,3),
∴M(﹣,),
∵点Q在对称轴上,
∴点Q的横坐标为﹣1,设点P的横坐标为x,
根据中点公式得:x+(﹣1)=2×(﹣)=﹣3,
∴x=﹣2,此时y=3,
∴P(﹣2,3);
综上所述,点P的坐标为(2,﹣5)或(﹣4,﹣5)或(﹣2,3).
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