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专题20二次函数与对称变换综合问题 -挑战2023年中考数学压轴题之学霸秘笈大揭秘(教师版含解析)
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挑战2023年中考数学压轴题之学霸秘笈大揭秘(全国通用)
专题20二次函数与对称变换综合问题
【例1】(2021秋•开化县月考)定义:关于x轴对称且对称轴相同的两条抛物线叫作“镜像抛物线”.
例如:y=(x﹣h)2﹣k的“镜像抛物线”为y=﹣(x﹣h)2+k.
(1)请写出抛物线y=(x﹣2)2﹣4的顶点坐标 (2,﹣4) ,及其“镜像抛物线”y=﹣(x﹣2)2+4的顶点坐标 (2,4) .写出抛物线的“镜像抛物线”为 .
(2)如图,在平面直角坐标系中,点B是抛物线L:y=ax2﹣4ax+1上一点,点B的横坐标为1,过点B作x轴的垂线,交抛物线L的“镜像抛物线”于点C,分别作点B,C关于抛物线对称轴对称的点B',C',连接BC,CC',B'C',BB'.
①当四边形BB'C'C为正方形时,求a的值.
②求正方形BB'C'C所含(包括边界)整点个数.(说明:整点是横、纵坐标均为整数的点)
【分析】(1)根据定义直接求解即可;
(2)①分别求出B(1,1﹣3a),C(1,3a﹣1),B'(3,1﹣3a),C'(3,3a﹣1),由正方形的性质可得BB'=BC,即2=6a﹣2,求出a即可;
②由①求出B(1,﹣1),C(1,1),B'(3,﹣1),C'(3,1),在此区域内找出所含的整数点即可.
【解答】解:(1)y=(x﹣2)2﹣4的顶点坐标为(2,﹣4),y=﹣(x﹣2)2+4的顶点坐标为(2,4),
的“镜像抛物线”为,
故答案为:(2,﹣4),(2,4),;
(2)①∵y=ax2﹣4ax+1=a(x﹣2)2+1﹣4a,
∴抛物线L的“镜像抛物线”为y=﹣a(x﹣2)2﹣1+4a,
∵点B的横坐标为1,
∴B(1,1﹣3a),C(1,3a﹣1),
∵抛物线的对称轴为直线x=2,
∴B'(3,1﹣3a),C'(3,3a﹣1),
∴BB'=2,BC=6a﹣2,
∵四边形BB'C'C为正方形,
∴2=6a﹣2,
∴a=;
②∵a=,
∴B(1,﹣1),C(1,1),B'(3,﹣1),C'(3,1),
∴正方形BB'C'C所含(包括边界)整点有(1,﹣1),(1,1),(3,﹣1),(3,1),(1,0),(3,0),(2,﹣1),(2,0),(2,1)共9个.
【例2】(2022•巩义市模拟)已知,二次函数y=ax2+bx﹣3 的图象与x轴交于A,B两点(点A在点B的左边),与y轴交于C点,点A的坐标为(﹣1,0),且 OB=OC.
(1)求二次函数的解析式;
(2)当0≤x≤4 时,求二次函数的最大值和最小值分别为多少?
(3)设点C'与点C关于该抛物线的对称轴对称.在y轴上是否存在点P,使△PCC'与△POB相似,且PC与PO是对应边?若存在,求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)根据OB=OC可得B点的坐标为(3,0),把A、B的坐标代入二次函数y=ax2+bx﹣3,求出a、b的值即可;
(2)求出二次函数的顶点坐标为(1,﹣4),根据二次函数的性质即可得出答案;
(3)先设出P的坐标,根据相似三角形的性质列出方程,解出方程即可得到点P的坐标.
【解答】解:(1)∵二次函数y=ax2+bx﹣3 的图象与y轴交于C点,
∴C(0,﹣3).
∵OB=OC,点A在点B的左边,
∴B(3,0).
∵点A的坐标为(﹣1,0),
由题意可得,
解得:,
∴二次函数的解析式为y=x2﹣2x﹣3;
(2)∵二次函数的解析式为y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴二次函数顶点坐标为(1,﹣4),
∴当x=1时,y最小值=﹣4,
∵当0≤x≤1时,y随着x的增大而减小,
∴当x=0时,y=﹣3,
∵当1<x≤4时,y随着x的增大而增大,
∴当x=4时,y=5.
∴当0≤x≤4时,函数的最大值为5,最小值为﹣4;
(3)在y轴上存在点P,使△PCC'与△POB相似,理由如下:
设P(0,m),如图,
∵点C'与点C关于该抛物线的对称轴直线x=1对称,C(0,﹣3).
∴C′(2,﹣3).
∴CC'∥OB,
∵△PCC'与△POB相似,且PC与PO是对应边,
∴,
即:,
解得:m=﹣9或m=﹣,
∴存在,P(0,﹣9)或P(0,﹣).
【例3】(2022•济宁二模)如图,抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A,B两点,与y轴交于C点,已知B点的坐标为(3,0),C点的坐标为(0,3).
(1)求抛物线的解析式;
(2)图1中,点P为抛物线上的动点,且位于第二象限,过P,B两点作直线l交y轴于点D,交直线AC于点E.是否存在这样的直线l:以C,D,E为顶点的三角形与△ABE相似?若存在,请求出这样的直线l的解析式;若不存在,请说明理由.
(3)图2中,点C和点C'关于抛物线的对称轴对称,点M在抛物线上,且∠MBA=∠CBC',求M点的横坐标.
【分析】(1)利用待定系数法求解析式即可;(2)存在直线l,证明△ACO≌△DBO(ASA)得到OA=OD,求出A点坐标即可求出D点坐标,再利用待定系数法求直线解析式即可;
(3)连接BM,CC′,作C′H⊥BC交BC于H,求出tan∠MBA=,进一步可求出N(0,)或N(0,﹣)分情况讨论,即可求出M的横坐标为﹣或﹣.
【解答】(1)解:抛物线y=﹣x2+bx+c过B(3,0),C(0.3),
∴,
解得:,
∴函数解析式为:y=﹣x2+2x+3;
(2)解:存在直线l使得以C,D,E为顶点的三角形与△ABE相似,
当l⊥AC时,以C,D,E为顶点的三角形与△ABE相似,
∴∠ACD=∠EBO,
在Rt△ACO和Rt△DBO中,
,
∴ΔΑCO≌△DBO(ASA),
∴OA=OD,
解﹣x2+2x+3=0,
得:x1=3(不符合题意,舍去),x2=﹣1,
∴A(﹣1,0),
∴D(0,1),
设直线的解析式为:y=kx+b,
将B(3,0),D(0,1)代入解析式可得,
解得:,
∴直线的解析式为:y=x+1;
(3)解:连接BM,CC′,作C′H⊥BC交BC于H,
∵抛物线对称轴为直线:x==1,
∴CC′=2,
∵OB=OC,
∴∠BCO=45°,
∴∠C′CB=45°,
∵C′H⊥BC,CC′=2,
∴C′H=CH=,
∵OB=OC=3,
∴BC=3,
∴BH=,
∴tan∠CBC′=,
∵∠MBA=∠CBC′,
∴tan∠MBA=,
∴ON=,
∴N(0,)或N(0,﹣),
当N(0,),如图:
∵B(3,0),
∴,
∴,
∴直线BN解析式为:y=x+,
解方程﹣x2+2x+3=﹣x+,得:(不符合题意,舍去),
∴M的横坐标为﹣;
当N(0,﹣),如图:
∵B(3,0),
∴,
∴,
∴直线BN解析式为:y=x﹣,
解方程﹣x2+2x+3=x﹣,
得:(不符合题意,舍去),
∴M的横坐标为﹣,
综上所述:M的横坐标为﹣或﹣.
【例4】(2022•合肥四模)已知抛物线L1:y=ax2+bx﹣3与x轴交于点A(﹣3,0),B(1,0).
(1)求抛物线的表达式;
(2)若两个抛物线的交点在x轴上,且顶点关于x轴对称,则称这两个抛物线为“对称抛物线”,求抛物线L1对称抛物线L2的解析式;
(3)在(2)的条件下,点M是x轴上方的抛物线L2上一动点,过点M作MN⊥x轴于点N,设M的横坐标为m,记W=MN﹣2ON,求W的最大值.
【分析】(1)将点A(﹣3,0),B(1,0)代入y=ax2+bx﹣3,即可求解;
(2)求出顶点的对称点为(﹣1,4),设抛物线L2的解析式为y=n(x+1)2+4,再将抛物线与x轴的交点为(﹣3,0)或(1,0)代入,即可求解析式;
(3)由题意可知M(m,﹣m2﹣2m+3),N(m,0),则MN=﹣m2﹣2m+3,ON=|m|,分两种情况讨论;当﹣3<x≤0时,W=﹣m2+3,当m=0时,W有最大值3;当0≤x<1时,W=﹣(m+2)2+7,当m=0时,W有最大值3.
【解答】解:(1)将点A(﹣3,0),B(1,0)代入y=ax2+bx﹣3,
∴,
解得,
∴y=x2+2x﹣3;
(2)令y=0,则x2+2x﹣3=0,
解得x=﹣3或x=1,
∴抛物线与x轴的交点为(﹣3,0)或(1,0),
∵y=x2+2x﹣3=(x+1)2﹣4,
∴顶点为(﹣1,﹣4),
∴顶点关于x轴的对称点为(﹣1,4),
设抛物线L2的解析式为y=n(x+1)2+4,
∵抛物线经过点(﹣3,0)或(1,0),
∴n=﹣1,
∴y=﹣x2﹣2x+3;
(3)∵点M是x轴上方的抛物线L2上一动点,
∴﹣3<x<1,
∵M的横坐标为m,
∴M(m,﹣m2﹣2m+3),N(m,0),
∴MN=﹣m2﹣2m+3,ON=|m|,
当﹣3<x≤0时,W=MN﹣2ON=﹣m2﹣2m+3+2m=﹣m2+3,
∴当m=0时,W有最大值3;
当0≤x<1时,W=MN﹣2ON=﹣m2﹣2m+3﹣2m=﹣m2﹣4m+3=﹣(m+2)2+7,
∴当m=0时,W有最大值3;
综上所述:W的最大值为3.
一.解答题(共20题)
1.(2022•广陵区二模)已知二次函数y=﹣mx2﹣4mx﹣4m+4(m为常数,且m>0).
(1)求二次函数的顶点坐标;
(2)设该二次函数图象上两点A(a,ya)、B(a+2,yb),点A和点B间(含点A,B)的图象上有一点C,将点C纵坐标的最大值和最小值的差记为h.
①当m=1时,若点A和点B关于二次函数对称轴对称,求h的值;
②若存在点A和点B使得h的值是4,则m的取值范围是 0<m≤4 .
【分析】(1)利用配方法求出顶点坐标即可.
(2)①根据A,B关于抛物线的对称轴对称,求出a的值,在求出﹣3≤x≤﹣1时,二次函数的最大值,最小值,可得结论.
②分四种情形:当a+2≤﹣2,即a≤﹣4时,当﹣4<a≤﹣3时,当﹣3<a≤﹣2时,当a>﹣2时,分别求出满足条件的m的取值范围,可得结论.
【解答】解:(1)y=﹣mx2﹣4mx﹣4m+4
=﹣m(x2+4x+4)+4
=﹣m(x+2)2+4,
∴二次函数的顶点坐标为(﹣2,4).
(2)①∵点A、B关于对称轴对称=﹣2,
∴a=﹣3,
当m=1时,y=﹣x2﹣4x﹣4+4=﹣x2﹣4x,
则当x=﹣3(或x=﹣1)时,y最小值=3,
当x=﹣2时,y最大值=4,
∴h=1.
②结论:0<m≤4,理由如下:
当a+2≤﹣2,即a≤﹣4时,
h=yb﹣ya
=﹣m(a+2+2)2+4﹣[﹣m(a+2)2+4]
=﹣4m(a+3),
∵h=4,
∴4=﹣4m(a+3),
∴a=﹣﹣3≤﹣4,
∵m>0,
解得m≤1,
当﹣4<a≤﹣3时,
h=4﹣ya
=4﹣[﹣m(a+2)2+4]
=m(a+2)2,
∴可得a=﹣﹣2,
∴﹣4<﹣﹣2≤﹣3,
解得1<m≤4,
当﹣3<a≤﹣2时,
h=4﹣yb
=4﹣[﹣m(a+2+2)2+4]
=m(a+4)2,
可得a=﹣4,
∴﹣3<﹣4≤﹣2,
不等式无解.
当a>﹣2时,
h=ya﹣yb
=﹣m(a+2)2+4﹣[﹣m(a+2+2)2+4]
=4m(a+3),
可得a=﹣3,
∴﹣3>﹣2,
∴m<1,
综上所述,满足条件的m的值为0<m≤4.
故答案为:0<m≤4.
2.(2022•绿园区二模)在平面直角坐标系中,已知某二次函数的图象同时经过点A(0,3)、B(2m,3)、C(m,m+3).其中,m≠0.
(1)当m=1时.
①该二次函数的图象的对称轴是直线 x=1 .
②求该二次函数的表达式.
(2)当|m|≤x≤|m|时,若该二次函数的最大值为4,求m的值.
(3)若同时经过点A、B、C的圆恰好与x轴相切时,直接写出该二次函数的图象的顶点坐标.
【分析】(1)①根据所给的点可知A、B两点关于抛物线对称轴对称,利用对称性可求对称轴;
②利用待定系数法求函数的解析式即可;
(2)用的待定系数法求函数的解析式y=﹣(x﹣m)2+m+3,再分两种情况讨论:当m>0时,m≤x≤m,当x=m时,函数有最大值m+3;当m<0时,﹣m≤x≤﹣m,当x=﹣m时,函数有最大值;分别求m的值即可求解;
(3)先判断△ABC是等腰直角三角形,且∠ACB=90°,则过点A、B、C的圆是以AB的中点M为圆心,AB为半径,再分两种情况讨论:当m>0时,MN=AM=|m|=3,可求C点坐标;当m<0时,CM=AM=3=|m|,可求C点坐标.
【解答】解:(1)①∵A(0,3)、B(2m,3),
∴A、B两点关于抛物线对称轴对称,
∵m=1,
∴抛物线的对称轴为直线x=1,
故答案为:x=1;
②设y=ax2+bx+c(a≠0),
∵m=1,
∴B(2,3)、C(1,4),
将点A、B、C代入y=ax2+bx+c,
∴,
解得,
∴y=﹣x2+2x+3;
(2)∵A(0,3)、B(2m,3)两点关于抛物线的对称轴对称,
∴抛物线的对称轴为直线x=m,
设抛物线的解析式为y=a(x﹣m)2+m+3,
将点A(0,3)代入,
∴am2+m+3=3,
∴a=﹣,
∴y=﹣(x﹣m)2+m+3,
当m>0时,m≤x≤m,
∴当x=m时,函数有最大值m+3,
∴m+3=4,
∴m=1;
当m<0时,﹣m≤x≤﹣m,
∴当x=﹣m时,函数有最大值,
∴4=﹣(﹣m﹣m)2+m+3,
解得m=﹣;
综上所述:m的值为1或﹣;
(3)∵A(0,3)、B(2m,3)、C(m,m+3),
∴AB=|2m|,AC=|m|,BC=|m|,
∴△ABC是等腰直角三角形,且∠ACB=90°,
∴过点A、B、C的圆是以AB的中点M为圆心,AB为半径,
如图1,当m>0时,
∵⊙M与x轴相切,
∴MN=AM=|m|=3,
∴m=3,
∴C(3,6);
如图2,当m<0时,
∵⊙M与x轴相切,
∴CM=AM=3=|m|,
∴m=﹣3,
∴C(﹣3,0);
综上所述:该二次函数的图象的顶点坐标为(3,6)或(﹣3,0).
3.(2022•荷塘区校级模拟)已知二次函数y=ax2+bx+c(a<0)与x轴交于A(x1,0),B(x2,0)两点,且(x1<0<x2),交y轴于点C,顶点为D.
(1)a=﹣1,b=2,c=4,
①求该二次函数的对称轴方程及顶点坐标;
②定义:若点P在某函数图象上,且点P的横纵坐标互为相反数,则称点P为这个函数的“零和点”,求证:此二次函数有两个不同的“零和点”;
(2)如图,过D、C两点的直线交x轴于点E,满足∠ACE=∠CBE,求ac的值.
【分析】(1)①运用配方法将二次函数解析式化为顶点式,即可得出答案;
②由y=﹣x与y=ax2+bx+c联立可得x2﹣3x﹣4=0,运用根的判别式可得Δ>0,即可得出结论;
(2)如图,连接AC,先求出直线CD的解析式为y=x+c,可得E(﹣,0),再利用求根公式可得:A(,0),B(,0),再证明△EAC∽△ECB,可得CE2=AE•BE,即c2+=(+)(+),化简即可得出答案.
【解答】解:(1)①当a=﹣1,b=2,c=4时,
抛物线解析式为y=﹣x2+2x+4,
∵y=﹣x2+2x+4=﹣(x﹣1)2+5,
∴抛物线的对称轴为直线x=1,顶点为D(1,5);
②当y=﹣x时,﹣x2+2x+4=﹣x,
整理得:x2﹣3x﹣4=0,
∵Δ=(﹣3)2﹣4×1×(﹣4)=25>0,
∴二次函数y=﹣x2+2x+4有两个不同的“零和点”;
(2)如图,连接AC,
∵y=ax2+bx+c,
∴C(0,c),顶点D(﹣,),
设直线CD的解析式为y=kx+n,
则,
解得:,
∴直线CD的解析式为y=x+c,
∴E(﹣,0),
∵A(,0),B(,0),
∴AE=﹣(﹣)=+,BE=﹣(﹣)=+,
∵∠ACE=∠CBE,∠AEC=∠CEB,
∴△EAC∽△ECB,
∴=,
∴CE2=AE•BE,
在Rt△CEO中,CE2=OC2+OE2=c2+()2=c2+,
∴c2+=(+)(+),
化简得:ac=﹣1,
故ac的值为﹣1.
4.(2022•绥江县二模)已知二次函数y=ax2+bx﹣3a(a<0)的图象经过(3,0).
(1)求二次函数的对称轴;
(2)点A的坐标为(1,0),将点A向右平移1个单位长度,再向上平移3个单位长度后得到点B,若二次函数的图象与线段AB有公共点,求a的取值范围.
【分析】(1)首先利用待定系数法确定函数解析式,然后利用对称轴方程求解;
(2)根据平移的性质求得B(2,3),然后由“二次函数的图象与线段AB有公共点”得到4a﹣4a﹣3a≤3,通过解该不等式求得答案.
【解答】解:(1)∵二次函数y=ax2+bx﹣3a(a<0)的图象经过(3,0),
∴把(3,0)代入y=ax2+bx﹣3a,得
9a+3b﹣3a=0,
化简,得b=﹣2a,
∴二次函数的对称轴为:.
(2)∵点A的坐标为(1,0),将点A向右平移1个单位长度,再向上平移3个单位长度后得到点B,
∴B(2,3),
∵a<0,开口向下,
∴二次函数图象与线段AB有交点时,4a﹣4a﹣3a≤3,
解得a≥﹣1,
故a的取值范围是:﹣1≤a<0.
5.(2022•兴化市二模)已知一次函数y=kx+m的图象过点(2,3),A(k,y1)、B(k+1,y2)是二次函数y=x2﹣(m﹣2)x+2m图象上的两点.
(1)若该二次函数图象的对称轴是直线x=1,分别求出一次函数和二次函数的表达式;
(2)当点A、B在二次函数的图象上运动时,满足|y1﹣y2|=1,求m的值;
(3)点A、B的位置随着k的变化而变化,设点A、B的运动路线分别与直线x=n交于点P、Q,当PQ=2时,求n的值.
【分析】(1)利用对称轴为1求出m的值,可得二次函数的解析式,将点(2,3)和m=4代入一次函数y=kx+m,可得一次函数的解析式;
(2)将A(k,y1)、B(k+1,y2)两点分别代入y=x2﹣(m﹣2)x+2m,求出|y1﹣y2|=1,再利用y=kx+m过点(2,3),得出m=3﹣2k,代入①式,最后得出结果;
(3)将A,B坐标代入分别表示出yP和yQ,再由m=3﹣2k,得出yP=k2﹣(m﹣2)k+2m,yQ=(k+1)2﹣(m﹣2)(k+1)+2m,再将k=n,k+1=n代入,得出用n表示的yP和yQ,,进而得出|yP﹣yQ|=|2n﹣4|=2,求解即可.
【解答】解:(1)∵对称轴为x=1,
∴,
∴,
解得m=4,
∴二次函数的表达式为:y=x2﹣(4﹣2)x+2x4=x2﹣2x+8,
将点(2,3)和m=4代入一次函数y=kx+m,
得到3=2k+4,
解得:k=﹣,
∴一次函数的表达式为y=﹣x+4;
∴一次函数表达式:,
二次函数的表达式:y=x2﹣2x+8;
(2)将A(k,y1)、B(k+1,y2)两点分别代入y=x2﹣(m﹣2)x+2m,
得到y1=k2﹣(m﹣2)k+2m,y2=(k+1)2﹣(m﹣2)(k+1)+2m,
∵|y1﹣y2|=1,
∴y1﹣y2=±1,
∴k2﹣(m﹣2)k+2m﹣[(k+1)2﹣(m﹣2)(k+1)+2m]=±1,
整理得:m﹣2k﹣3=±1①,
∵y=kx+m过点(2,3),代入得:m=3﹣2k,
将m=3﹣2k代入①式得:
k=±,即k=或k=﹣,
当k=时,m=3﹣2×=;
当k=﹣时,m=3﹣2×(﹣)=,
综上所述,m=或m=.
(3)解:将A(k,) B(k+1,y2)代入二次函数y=x2﹣(m﹣2)x+2m,得
yP=k2﹣(m﹣2)k+2m,yQ=(k+1)2﹣(m﹣2)(k+1)+2m,
又∵一次函数y=kx+m过点(2,3),代入得:m=3﹣2k,
∴yP=3k2﹣5k+6,yQ=3k2﹣k+6,
∵k=n,k+1=n,
把k=n代入得yP=3n2﹣5n+6,
把k=n﹣1代入yQ=3(n﹣1)2﹣(n﹣1)+6,
∴|yP﹣yQ|=|2n﹣4|=2,
解得n=1或3.
6.(2022•三门峡一模)已知二次函数y=ax2﹣2ax+2a(a≠0).
(1)该二次函数图象的对称轴是直线x= 1 ;
(2)若该二次函数的图象开口向上,当﹣1≤x≤4时,y的最大值是5,求抛物线的解析式;
(3)若对于该抛物线上的两点P(x1,y1),Q(x2,y2),当x2取大于3的任何实数时,均满足y1<y2,请结合图象,直接写出x1的取值范围.
【分析】(1)利用对称轴公式计算即可;
(2)构建方程求出a的值即可解决问题;
(3)结合图象,分两种情况讨论,当x2取大于3的任何实数时,均满足y1<y2,推出当抛物线开口向上,当﹣1≤x1≤3时,满足条件,由此即可解决问题.
【解答】解:(1)对称轴x=﹣=1.
故答案为1;
(2)∵该二次函数的图象开口向上,对称轴为直线x=1,且当﹣1≤x≤4时,y的最大值是5,
∴当x=4时,y的最大值为5,
∴16a﹣8a+2a=5,
∴a=,
∴抛物线的解析式为y=x2﹣x+1;
(3)如图,
∵对称轴为直线x=1,
∴x=﹣1与x=3时的y值相等,
∵x2>3时,均满足y1<y2,
②当a<0时,抛物线开口向下,如图1,不成立;
②当a>0时,抛物线开口向上,如图2,当x2取大于3的任何实数时,均满足y1<y2,此时,x1的取值范围是:﹣1≤x1≤3;
∴由①②知:当a>0时,抛物线开口向上.当x2取大于3的任何实数时,均满足y1<y2,
此时,x1的取值范围是:﹣1≤x1≤3.
7.(2022•无锡二模)二次函数y=ax2+bx+4的图象与x轴交于两点A、B,与y轴交于点C,且A(﹣1,0)、B(4,0).
(1)求此二次函数的表达式;
(2)①如图1,抛物线的对称轴m与x轴交于点E,CD⊥m,垂足为D,点F(﹣,0),动点N在线段DE上运动,连接CF、CN、FN,若以点C、D、N为顶点的三角形与△FEN相似,求点N的坐标;
②如图2,点M在抛物线上,且点M的横坐标是1,将射线MA绕点M逆时针旋转45°,交抛物线于点P,求点P的坐标;
(3)已知Q在y轴上,T为二次函数对称轴上一点,且△QOT为等腰三角形,若符合条件的Q恰好有2个,直接写出T的坐标.
【分析】(1)先求得点C的坐标,设抛物线的解析式为y=a(x+1)(x﹣4),将点C的坐标代入求得a的值,从而得到抛物线的解析式;
(2)①当点C、D、N为顶点的三角形与△FEN相似时分两种情况:△CDN∽△FEN和△CDN∽△NEF,列比例式可解答;
②如图2所示:过点A作GH∥y轴,过点M作MG⊥GH于G,过点A作AE⊥AM,交MP于点E,证明△AEM是等腰直角三角形,得AM=AE,计算点M的坐标,证明△MGA≌△AHE(AAS),则EH=AG=6,AH=GM=2,利用待定系数法可得直线EA的解析式为y=−2x+8,与二次函数解析式联立方程,解出可得结论;
(3)分T在x轴上,x轴上方和下方三种情况:根据符合条件的Q恰好有2个正确画图可得结论.
【解答】解:(1)y=ax2+bx+4,
当x=0时,y=4,
∴C(0,4),
设抛物线的解析式为y=a(x+1)(x−4),
将点C的坐标代入得:−4a=4,解得a=−1,
∴抛物线的解析式为y=−x2+3x+4;
(2)①如图1,抛物线的对称轴是:x=−=,
∴CD=,EF=+==,
设点N的坐标为(,a)则ND=4−a,NE=a,
当△CDN∽△FEN时,=,
即=,
解得a=,
∴点N的坐标为(,);
当△CDN∽△NEF时,=,
即=,
解得:a1=a2=2,
∴点N的坐标为(,2),
综上所述,点N的坐标为(,)或(,2);
②如图2所示:过点A作GH∥y轴,过点M作MG⊥GH于G,过点A作AE⊥AM,交MP于点E,
∵∠AMP=45°,∠MAE=90°,
∴△AEM是等腰直角三角形,
∴AM=AE,
将x=1代入抛物线的解析式得:y=6,
∴点M的坐标为(1,6),
∴MG=2,AG=6,
∵∠GAM+∠EAH=90°,∠EAH+∠AEH=90°,
∴∠GAM=∠AEH,
∵∠G=∠H=90°,
∴△MGA≌△AHE(AAS),
∴EH=AG=6,AH=GM=2,
∴E(5,﹣2),
设ME的解析式为y=kx+b,
将点A和点E的坐标代入得:,
解得:,
∴直线EA的解析式为y=−2x+8,
﹣2x+8=﹣x2+3x+4,
解得:x=1(舍)或x=4,
将x=4代入y=−2x+8得:y=0,
∴点P的坐标为(4,0);
(3)分种情况:
①如图3,当T在x轴上时,满足条件,此时T(,0);
②如图4,当T在x轴的上方时,
∵△QOT为等腰三角形,且符合条件的Q恰好有2个,
∴OT=OQ2=OQ1=Q1T,
∴△OQ1T是等边三角形,
∴∠TOQ1=60°,
∴∠BOT=30°,
∵OE=,
∵tan30°==,
∴ET=,
∴T(,);
③当T在x轴的下方时,同理得T(,﹣);
综上,T的坐标为(,0)或(,)或(,﹣).
8.(2022秋•乐陵市校级月考)如图,已知二次函数的图象经过A(2,0)、B(0,﹣6)两点.
(1)求这个二次函数的解析式;
(2)求这个二次函数的对称轴、顶点坐标;
(3)设该二次函数的对称轴与x轴交于点C,连结BA、BC,求△ABC的面积.
(4)若点D为抛物线与x轴的另一个交点,在抛物线上是否存在一点M,使△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,若存在,请求出M的坐标,若不存在,请说明理由.
【分析】(1)将A(2,0)、B(0,﹣6)两点代入y=x2+bx+c,算出b和c,即可得解析式;
(2)把求得的解析式化成顶点式即可解决问题;
(3)先求出对称轴方程,写出C点的坐标,计算出AC,然后由面积公式计算即可解决问题;
(4)方法一:点D为抛物线与x轴的另一个交点,该抛物线图象的对称轴为直线x=4,A(2,0),可得点D和点A的关于对称轴对称,所以AD=2AC,根据△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,可得△ADM和△ABC的AD边上的高相等,所以点B和点M是关于对称轴对称的点,进而可得M的坐标;
方法二:根据△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,列出方程即可解决问题.
【解答】解:(1)把A(2,0)、B(0,﹣6)代入y=−x2+bx+c,
得,
解得,
∴这个二次函数的解析式为y=﹣x2+4x﹣6;
(2)∵y=﹣x2+4x﹣6=﹣(x﹣4)2+2,
∴二次函数的对称轴为直线x=4,顶点坐标为(4,2);
(3)∵该抛物线图象的对称轴为直线x=4,
∴点C的坐标为(4,0),
∴AC=OC﹣OA=4﹣2=2,
∴S△ABC=×AC×OB=×2×6=6;
(4)如图,在抛物线上存在一点M,使△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,理由如下:
方法一:∵点D为抛物线与x轴的另一个交点,该抛物线图象的对称轴为直线x=4,A(2,0),
∴D(6,0),
∴点D和点A的关于对称轴对称,
∴AD=4,
∴AD=2AC,
∵△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,
∴△ADM和△ABC的AD边上的高相等,
∴点B和点M是关于对称轴对称的点,
∴M(8,﹣6)或(0,﹣6).
方法二:∵点D为抛物线与x轴的另一个交点,该抛物线图象的对称轴为直线x=4,A(2,0),
∴D(6,0),
∴AD=4,
设M(m,﹣m2+4m﹣6),
∵△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,
∴4×|﹣m2+4m﹣6|=12,
当﹣m2+4m﹣6=6时,
∵Δ<0,此方程无解;
当﹣m2+4m﹣6=﹣6时,
解得m1=8,m2=0,
∴M(8,﹣6)或(0,﹣6).
9.(2022秋•永城市月考)如图,关于x的二次函数y=﹣x2+bx+3的图象与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C,且过点D(﹣1,4).
(1)求b的值及该二次函数图象的对称轴;
(2)连接AC,AD,CD,求△ADC的面积;
(3)在AC上方抛物线上有一动点M,请直接写出△ACM的面积取到最大值时,点M的坐标.
【分析】(1)直接把点D(﹣1,4)代入二次函数y=﹣x2+bx+3中得b的值,从而可得结论;
(2)根据三角形的面积差可得结论;
(3)如图2,过点M作MN∥y轴,交AC于点N,利用待定系数法可得直线AC的解析式,设点M的坐标为(t,﹣t2﹣2t+3),则N(t,t+3),表示MN的长,根据三角形的面积公式并配方成顶点式可得结论.
【解答】解:(1)把点D(﹣1,4)代入二次函数y=﹣x2+bx+3中得:﹣1﹣b+3=4,
∴b=﹣2,
∴y=﹣x2﹣2x+3=﹣(x+1)2+4,
∴对称轴是:直线x=﹣1;
(2)如图1,连接OD,
当y=0时,﹣(x+1)2+4=0,
∴x1=﹣3,x2=1,
∴A(﹣3,0),
∵D(﹣1,4),C(0,3),
∴△ADC的面积=S△AOD+S△CDO﹣S△AOC=×3×4+×3×1﹣×3×3=3;
(3)如图2,过点M作MN∥y轴,交AC于点N,
∵A(﹣3,0),C(0,3),
∴设直线AC的解析式为y=kx+m,
则,解得:,
∴直线AC的解析式为:y=x+3,
设点M的坐标为(t,﹣t2﹣2t+3),则N(t,t+3),
∵点M是在AC上方抛物线上有一动点,
∴﹣3<t<0,MN=(﹣t2﹣2t+3)﹣(t+3)=﹣t2﹣3t,
∴S△AMC=•MN•OA=(﹣t2﹣3t)=﹣(t+)2+,
∵﹣<0,
∴当t=时,△ACM的面积有最大值,此时点M的坐标为(﹣,).
10.(2022秋•越秀区校级月考)如图,在平面直角坐标系xOy中,A(1,0),B(0,2),以AB为边向右作等腰直角△ABC,∠BAC=90°,AB=AC,二次函数的图象经过点C.
(1)求二次函数的解析式;
(2)平移该二次函数图象的对称轴所在的直线l,若直线l恰好将△ABC的面积分为1:2两部分,请求出直线l平移的最远距离;
(3)将△ABC以AC所在直线为对称轴翻折,得到△AB'C,那么在二次函数图象上是否存在点P,使△PB'C是以B'C为直角边的直角三角形?若存在,请求出P点坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)过点C作CK⊥x轴交于点K,证明△ABO≌△CAK(AAS),得OB=AK=2,AO=CK=1,即得点C的坐标为(3,1),用待定系数法有二次函数表达式为y=x2﹣x﹣2;
(2)由y=x2﹣x﹣2可知抛物线的对称轴为直线x=,且当直线l将△ABC的面积分为左部分比右部分=2:1时,直线l平移的距离最远,设此时直线l分别交边BC、AC分别为点M、N,由B(0,2),C(3,1)可得直线BC解析式为y=﹣x+2,由A(1,0),C(3,1)可得直线AC解析式为y=x﹣,设点M的坐标为,点N坐标为,1≤t<3,根据S△CMN=S△ABC,得×(3﹣t)(﹣t+2﹣t+)=×××,可解得直线l平移的距离最远是3﹣﹣=;
(3)分两种情况:①当∠PCB'=90°时,由B,B'关于直线AC对称,可得∠BCB'=90°,即点P为直线BC与抛物线的另外一个交点,根据得点P的坐标为;②当∠CB'P=90°时,过B'作BT⊥x轴于T,由△BOA≌△B'TA(AAS),可得B'(2,﹣2),故B'P解析式为y=﹣x﹣,由得点P的坐标为(﹣1,﹣1)或.
【解答】解:(1)过点C作CK⊥x轴交于点K,如图:
∵∠BAO+∠CAK=90°,∠BAO+∠OBA=90°,
∴∠CAK=∠OBA,
又∠AOB=∠AKC=90°,AB=AC,
∴△ABO≌△CAK(AAS),
∴OB=AK=2,AO=CK=1,
∴OK=AO+AK=1+2=3,
∴点C的坐标为(3,1),
将点C的坐标代入y=x2+bx﹣2得:1=×9+3b﹣2,
解得:b=﹣,
∴二次函数表达式为y=x2﹣x﹣2;
(2)由y=x2﹣x﹣2可知抛物线的对称轴为直线x=,且当直线l将△ABC的面积分为左部分比右部分=2:1时,直线l平移的距离最远,
如图:
设此时直线l分别交边BC、AC分别为点M、N,
由B(0,2),C(3,1)可得直线BC解析式为y=﹣x+2,
由A(1,0),C(3,1)可得直线AC解析式为y=x﹣,
设点M的坐标为,点N坐标为,1≤t<3,
∵直线l将△ABC的面积分为左部分比右部分=2:1,
∴S△CMN=S△ABC,
又AB==,
∴×(3﹣t)(﹣t+2﹣t+)=×××,
解得或(舍去),
∴直线l平移的距离最远是3﹣﹣=;
(3)在二次函数图象上存在点P,使△PB'C是以B'C为直角边的直角三角形,理由如下:
①当∠PCB'=90°时,如图:
∵B,B'关于直线AC对称,
∴∠BCA=∠B'CA=45°,
∴∠BCB'=90°,即点P为直线BC与抛物线的另外一个交点,
由得:或,
∴点P的坐标为;
②当∠CB'P=90°时,过B'作BT⊥x轴于T,如图:
∵B,B'关于直线AC对称,∠BAC=90°,
∴BA=B'A,
∵∠BAO=∠B'AT,∠BOA=90°=∠B'TA,
∴△BOA≌△B'TA(AAS),
∴AT=AO=1,OB=B'T=2,
∴OT=AO+AT=2,
∴B'(2,﹣2),
由①知,∠BCB'=90°,
∴过B'作BC的平行线,与抛物线的交点即为P,
∵直线BC解析式为y=﹣x+2,B'(2,﹣2),
∴B'P解析式为y=﹣x﹣,
由得或,
∴点P的坐标为(﹣1,﹣1)或,
综上所述,点P的坐标为:或(﹣1,﹣1)或.
11.(2022秋•西城区校级期中)定义:若两个函数的图象关于某一点Q中心对称,则称这两个函数关于点Q互为“对称函数”.例如,函数y=x2与y=﹣x2关于原点O互为“对称函数”.
(1)函数y=﹣x+1关于原点O的“对称函数”的函数解析式为 y=x﹣1 ,函数y=(x﹣2)2﹣1关于原点O的“对称函数”的函数解析式为 y=﹣(x﹣2)2﹣1 ;
(2)已知函数y=x2﹣2x与函数G关于点Q(0,1)互为“对称函数”,若函数y=x2﹣2x与函数G的函数值y都随自变量x的增大而减小,求x的取值范围;
(3)已知点A(0,1),点B(4,1),点C(2,0),二次函数y=ax2﹣2ax﹣3a(a>0),与函数N关于点C互为“对称函数”,将二次函数y=ax2﹣2ax﹣3a(a>0)与函数N的图象组成的图形记为W,若图形W与线段AB恰有2个公共点,直接写出a的取值范围.
【分析】(1)结合新定义利用待定系数法解答即可;
(2)利用数形结合的方法结合图象,利用新定义的规定解得即可;
(3)利用分类讨论的方法分三种情况解答:①当“对称函数”的顶点在AB上时,求得函数N的顶点坐标,利用对称性求得对称点的坐标,利用待定系数法即可求解;②当两个函数的交点在AB上时,利用两函数与x轴的交点坐标,求函数N的解析式,令y=1,即可求得a值;③当“对称函数”经过点B时,将坐标代入函数N的解析式即可确定a的取值范围.
【解答】解:(1)∵两个函数是关于原点O的“对称函数”,
∴两个函数的点分别关于原点中心对称,
设函数y=﹣x+1上的任一点为(x,y),则它的对称点为(﹣x,﹣y),
将(﹣x,﹣y)代入函数y=﹣x+1得:
﹣y=x+1,
∴y=﹣x﹣1.
函数y=x+1关于原点O的“对称函数”的函数解析式为y=﹣x﹣1;
同理可得,函数y=(x﹣2)2+1关于原点O的“对称函数”的函数解析式为y=﹣(x+2)2﹣1,
故答案为:y=﹣x﹣1;y=﹣(x+2)2﹣1;
(2)函数G的解析式为y=﹣(x+1)2+3,
如图,函数y=x2﹣2x与函数G的函数值y都随自变量x的增大而减小,
∵“对称函数”的开口方向向下,
∴在对称轴的右侧y随自变量x的增大而减小,
函数y=x2﹣2x在对称轴的左边y随自变量x的增大而减小,
∴函数y=x2﹣2x与函数G的函数值y都随自变量x的增大而减小,自变量x的取值范围为﹣1<x<1;
(3)①当“对称函数”的顶点在AB上时,如图,
∵y=ax2﹣2ax﹣3a=a(x﹣1)2﹣4a,
∴二次函数y=ax2﹣2ax﹣3a的对称轴为直线x=1,
∵点C(2,0)为对称中心,
∴函数N的对称轴为直线x=3,
∴函数N的顶点坐标为(3,1),
∵(3,1)关于点C(2,0)对称的点为(1,﹣1),
∴将(1,﹣1)代入y=ax2﹣2ax﹣3a得:
a﹣2a﹣3a=﹣1,
∴a=;
②当两个函数的交点在AB上时,如图,
二次函数y=ax2﹣2ax﹣3a与x轴的交点为(﹣1,0)和(3,0),
∵点C(2,0)为对称中心,
∴函数N与x轴的交点为(5,0)和(1,0),
∴函数N的解析式为y=﹣ax2+6ax﹣5a,
当y=1时,
,
解得:a=;
③当“伴随函数”经过点B时,如图,
∵点B(4,1),
∴1=﹣a×16+6a×4﹣5a,
解得:a=.
综上,图形W与线段AB恰有2个公共点,a的取值范围为a=或a=或a>.
12.(2022春•鼓楼区校级期末)在平面直角坐标系xOy中,已知抛物线y=ax2﹣2(a+1)x+a+2(a≠0).
(1)当a=﹣时,求抛物线的对称轴及顶点坐标;
(2)请直接写出二次函数图象的对称轴是直线(用含a的代数式表示)及二次函数图象经过的定点坐标是 (1,0) .
(3)若当1≤x≤5时,函数值有最大值为8,求二次函数的解析式;
(4)已知点A(0,﹣3)、B(5,﹣3),若抛物线与线段AB只有一个公共点,请直接写出a的取值范围.
【分析】(1)利用对称轴公式求得对称轴为直线x=﹣7,再代入解析式求得y的值,即可求得顶点坐标;
(2)利用对称轴公式求得对称轴,把解析式变形得到y=(x﹣1)[a(x﹣1)﹣2],即可得到二次函数经过的定点坐标为(1,0);
(3)根据(2)可知:二次函数图象的对称轴为直线x=1+,分a>0或a<0两种情况,分对称轴在已知范围的左边,中间,右边分类讨论最值即可解答;
(4)分类讨论顶点在线段AB上,a>0,a<0,由点A,B和抛物线的位置结合图象求解.
【解答】解:(1)a=﹣时,y=﹣x2﹣x+
∴对称轴为直线x=﹣=﹣7,
把x=﹣7代入y=﹣x2﹣x+得,y=8,
∴顶点坐标为(﹣7,8);
(2)∵y=ax2﹣2(a+1)x+a+2(a≠0).
∴对称轴为直线x=﹣=1+,
∵y=ax2﹣2(a+1)x+a+2=a(x﹣1)2﹣2(x﹣1)=(x﹣1)[a(x﹣1)﹣2],
∴二次函数经过的定点坐标为(1,0);
故答案为:(1,0);
(3)由(2)知:二次函数图象的对称轴为直线x=1+,
分两种情况:
①当a<0时,1+<1,
在自变量x的值满足1≤x≤5的情况下,y随x的增大而减小,
∴当x=1时,y=0,
而当1≤x≤5时,函数值有最大值为8,
所以此种情况不成立;
②当a>0时,1+>1,
i)当1<1+≤3时,即a≥,
当x=5时,二次函数的最大值为y=25a﹣10(a+1)+a+2=8,
∴a=1,
此时二次函数的解析式为y=x2﹣4x+3;
ii)当1+>3时,
在自变量x的值满足1≤x≤5的情况下,y随x的增大而减小,即x=1有最大值,
所以此种情况不成立;
综上所述:此时二次函数的解析式为:y=x2﹣4x+3;
(4)分三种情况:
①当抛物线的顶点在线段AB上时,抛物线与线段AB只有一个公共点,
即当y=﹣3时,ax2﹣2(a+1)x+a+2=﹣3,
ax2﹣2(a+1)x+a+5=0,
Δ=4(a+1)2﹣4a(a+5)=0,
∴a=,
当a=时,x2﹣x+=0,
解得:x1=x2=4(符合题意,如图1),
②当a>0时,如图2,
当x=0时,y>﹣3;当x=5时,y<﹣3,
∴,
解得:﹣5<a<,
∴0<a<;
③当a<0时,如图3,
当x=0时,y>﹣3;当x=5时,y<﹣3,
∴,
解得:﹣5<a<,
∴﹣5<a<0;
综上所述,a的取值范围是:a=或0<a<或﹣5<a<0.
13.(2022春•西湖区校级期末)如图所示,在矩形AOCD中,把点D沿AE对折,使点D落在OC上的F点.已知AO=8,AD=10.
(1)求F点的坐标;
(2)如果一条不与抛物线对称轴平行的直线与抛物线仅一个交点,我们把这条直线称为抛物线的切线,已知抛物线经过O,F,且直线y=6x﹣36是该抛物线的切线.求抛物线的解析式.并验证点M(5,﹣5)是否在该抛物线上.
(3)在(2)的条件下,若点P是位于该二次函数对称轴右侧图象上不与顶点重合的任意一点,试比较∠POF与∠MOF的大小(不必证明),并写出此时点P的横坐标xP的取值范围.
【分析】(1)由折叠可知AD=AF,再由直角三角形的勾股定理求解即可;
(2)设y=ax2+bx,将F(6,0)代入可得b=﹣6a,可得y=ax2﹣6ax,联立方程组,Δ=0,可得a=1,即可求抛物线的解析式;
(3)设P(xP,xP2﹣6xP),过点M作MG⊥x轴交于G,过P点作PH⊥x轴交于H,可得∠MOF=45°,当∠POH=45°时,xP=7,再分三种情况讨论:当xP=7时∠POF=∠MOF;当xP>7时∠POF>∠MOF;当3<xP<7时∠POF<∠MOF.
【解答】解:(1)由折叠可知AD=AF,
∵AD=10,
∴AF=10,
∵AO=8,
∴OF=6,
∴F(6,0);
(2)设y=ax2+bx,
将F(6,0)代入可得b=﹣6a,
∴y=ax2﹣6ax,
联立方程组,
整理得ax2﹣6ax﹣6x+36=0,
∴Δ=0,可得a=1,
∴y=x2﹣6x,
将点M(5,﹣5)代入y=x2﹣6x,等式成立,
∴M点在抛物线上;
(3)设P(xP,xP2﹣6xP),
∵M(5,﹣5),
过点M作MG⊥x轴交于G,过P点作PH⊥x轴交于H,
∴MG=OG=5,
∴∠MOF=45°,
当∠POH=45°时,xP=xP2﹣6xP,
∴xP=0(舍)或xP=7,
∴当xP=7时∠POF=∠MOF;
当xP>7时∠POF>∠MOF;
当3<xP<7时∠POF<∠MOF.
14.(2022•南京模拟)已知,如图,抛物线与坐标轴相交于点A(﹣1,0),C(0,﹣3)两点,对称轴为直线x=1,对称轴与x轴交于点D.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P是抛物线上的点,当∠ACP=45°时,求点P的坐标;
(3)点F为二次函数图象上与点C对称的点,点M在抛物线上,点N在抛物线的对称轴上,是否存在以点F,A,M,N为顶点的平行四边形?若存在,直接写出点M的坐标,若不存在,说明理由.
【分析】(1)由对称轴为直线x=1则设抛物线y=a(x﹣1)2+k代入点A、C的坐标求出解析式;
(2)过AC作AQ⊥AC,且AQ=AC,过A作MN∥y轴,过C作CN⊥MN于N,过Q作QM⊥MN于M,构建△MQA≌△NAC,即可得出Q(2,1),求得直线CQ的解析式为:yCQ=2x﹣3与抛物线解析式联立即可得出P点坐标;
(3)设N(1,n),M(m,m2﹣2m﹣3),分以AF为对角线时以AN为对角线时,以AM为对角线时,进行讨论,列出方程组,即可解答问题.
【解答】解:(1)∵抛物线对称轴为直线x=1,
∴设抛物线y=a(x﹣1)2+k,
把A(﹣1,0),C(0,﹣3)代入y=a(x﹣1)2+k得:,
∴,
∴y=(x﹣1)2﹣4;
(2)如图过AC作AQ⊥AC,且AQ=AC,过A作MN∥y轴,过C作CN⊥MN于N,过Q作QM⊥MN于M,
∴∠ACQ=45°,点P即所求的点,
∴∠QMA=∠CNA=90°,∠QAC=90°,
∴∠1+∠2=90°,∠1+∠MQA=90°,
∴∠2=∠MQA,
∴△MQA≌△NAC(AAS),
∴MA=NC=1,MQ=AN=3,
∴Q(2,1),
设直线CQ的解析式为y=kx+b,
∴,
∴,
∴yCQ=2x﹣3,
∴,
∴,,
∴P(4,5);
(3)∵y=(x﹣1)2﹣4,
∴y=x2﹣2x﹣3,
依题意设N(1,n),M(m,m2﹣2m﹣3),
∵C(0,﹣3),对称轴为直线x=1,
∴F(2,﹣3),
∵A(﹣1,0),F(2,﹣3),N(1,n),M(m,m2﹣2m﹣3),
当以AF为对角线时,
,
∴m=0,
∴M(0,﹣3),
当以AN为对角线时,
,
∴m=﹣2,
∴M(﹣2,5),
当以AM为对角线时,
,
∴m=4,
∴M(4,5),
综上所述:M(0,﹣3)或M(﹣2,5)或M(4,5).
15.(2022•兴宁区校级模拟)如图,已知二次函数y=ax2+bx+c的图象经过点C(2,﹣3),且与x轴交于原点及点B(8,0),点A为抛物线的顶点.
(1)求二次函数的表达式;
(2)在抛物线的对称轴上是否存在点M,使△ABM是等腰三角形?如果存在,请求出点M的坐标.如果不存在,请说明理由;
(3)若点P为⊙O上的动点,且⊙O的半径为,求的最小值.
【分析】(1)运用待定系数法即可求出答案;
(2)分三种情况:①当AM=BM,时,点P与F重合;②当AB=AM=4时,M在x上方和下方两种情况;③当AB=BM=4时,由等腰三角形“三线合一”即可求出;
(3)如图2,以O为圆心,为半径作圆,则点P在圆周上,在OA上取点D,使OD=,连接PD,根据相似三角形的判定定理得到△APO∽△PDO,根据相似三角形的性质得到===2,从而得:PD=AP,当B、P、D三点共线时,PD+PB取得最小值,过点D作DG⊥OB于点G,由于OD=,且△ABO为等腰直角三角形,根据勾股定理即可得到结论.
【解答】解:(1)由题意,
解得:,
∴二次函数的表达式为y=x2﹣2x;
(2)过点A作直线AF⊥x轴于点F,
由(1)得y=(x﹣4)2﹣4,
∴抛物线的顶点A(4,﹣4),
①AM=BM,
∵B(8,0),
∴BF=4,
∵∠AFB=90°,AF=BF=4,
∴△ABF是等腰直角三角形,
∴M在点F处,△ABM是等腰直角三角形,此时M为(4,0),
②AB=AM,
由①得△ABF是等腰直角三角形,BF=4,
∴AB===4,
∴M为(4,﹣4﹣4)或(4,﹣4+4),
③AB=BM,
∵AB=BM,BF⊥AM,
∴MF=AF,
∴M为(4,4),
综上所述,M为(4,0),(4,﹣4﹣4)或(4,﹣4+4)或(4,4);
(3)如图2,以O为圆心,为半径作圆,则点P在圆周上,
在OA上取点D,使OD=,连接PD,
则在△APO和△PDO中,
满足:==2,∠AOP=∠POD,
∴△APO∽△PDO,
∴===2,
从而得:PD=AP,
∴AP+PB=PD+PB,
∴当B、P、D三点共线时,PD+PB取得最小值,
过点D作DG⊥OB于点G,由于OD=,且△ABO为等腰直角三角形,
则有DG=1,∠DOG=45°,
∴AP+PB的最小值为:AP+PB=DB===5.
16.(2022•南京模拟)已知二次函数解析式为y=x﹣1(a≠0),该抛物线与y轴交于点A,其顶点记为B,点A关于抛物线对称轴的对称点记为C.已知点D在抛物线上,且点D的横坐标为2,DE⊥y轴交抛物线于点E.
(1)求点D的纵坐标.
(2)当△ABC是等腰直角三角形时,求出a的值.
(3)当0≤x≤2时,函数的最大值与最小值的差为2时,求a的取值范围.
(4)设点R(a﹣3,﹣1),点A、R关于直线DE的对称点分别为N、M,当抛物线在以A、R、M、N为顶点的四边形内部的图象中,y随x的增大而增大或y随x的增大而减小时,直接写出a的取值范围.
【分析】(1)将x=2代入抛物线解析式即可求D点坐标;
(2)求出B(,﹣),C(a+2,﹣1),由题意可得||=|﹣1+|,求出a的值即可;
(3)分四种情况讨论:①当<0时,a<﹣2符合题意;②当>2时,a>2,符合题意;③当0≤≤1时,﹣2≤a<0,得a=﹣2;④当1<≤2时,0<a≤2,得a=2;
(4)由A(0,﹣1),R(a﹣3,﹣1),得N(0,﹣5),R(a﹣3,﹣5),当a>0且≥a﹣3时,a﹣3>0,可得3<a≤8;当a>0且<a﹣3时,a﹣3>0,(a﹣3)2﹣•(a﹣3)﹣1≤﹣5,解得a≤15;当a<0时,﹣≥﹣1,解得a<0.
【解答】解:(1)当x=2时,y=﹣3,
∴D(2,﹣3);
(2)令x=0,则y=﹣1,
∴A(0,﹣1),
∵y=x﹣1=(x﹣)2﹣,
∴顶点B(,﹣),
∵抛物线的对称轴为直线x=,
∴C(a+2,﹣1),
∵△ABC是等腰直角三角形,
∴AB⊥BC,
∴||=|﹣1+|,
解得a=±2或a=﹣,
当a=2时,B(0,1),C(0,﹣1),此时C点与A点重合,
∴a=2(舍);
∴a=﹣2或a=﹣;
(3)∵抛物线的对称轴为直线x=,
①当<0时,a<﹣2,
此时当x=0时,函数有最大值﹣1,
当x=2时,函数有最小值﹣3,
∴函数的最大值与最小值的差为2;
②当>2时,a>2,
此时当x=0时,函数有最大值﹣1,
当x=2时,函数有最小值﹣3,
∴函数的最大值与最小值的差为2;
③当0≤≤1时,﹣2≤a<0,
此时当x=,函数有最大值﹣,
当x=2时,函数有最小值﹣3,
∵函数的最大值与最小值的差为2,
∴﹣+3=2,
∴=1,
解得a=﹣2;
④当1<≤2时,0<a≤2,
此时当x=0时,函数有最大值﹣1,
当x=时,函数有最小值﹣,
∵函数的最大值与最小值的差为2,
∴﹣1+=2,
∴=3,
解得a=2;
综上所述:a≤﹣2或a≥2时,函数的最大值与最小值的差为2;
(4)∵D(2,﹣3),DE⊥y轴,
∴DE所在直线为y=﹣3,
∵A(0,﹣1),R(a﹣3,﹣1),
∴N(0,﹣5),R(a﹣3,﹣5),
当a>0且≥a﹣3时,
∴0<a≤8,
∵a﹣3>0,
∴3<a≤8;此时抛物线在以A、R、M、N为顶点的四边形内部的图象,y随x的增大而减小;
当a>0且<a﹣3时,
解得a>8,
∵a﹣3>0,
∴a>3,
∵(a﹣3)2﹣•(a﹣3)﹣1≤﹣5,
解得a≥15;此时抛物线在以A、R、M、N为顶点的四边形内部的图象,y随x的增大而减小;
当a<0时,﹣≥﹣1,
解得a<0,此时抛物线在以A、R、M、N为顶点的四边形内部的图象,y随x的增大而增大;
综上所述:a≥15或a<0或3<a≤8时,符合题意.
17.(2021•九龙坡区校级模拟)若直线y=﹣2x+4与y轴交于点A,与x轴交于点B,二次函数y=ax2+3x+c的图象经过点A,交x轴于C、D两点,且抛物线的对称轴为直线x=.
(1)求二次函数的解析式;
(2)过点C作直线CE∥AB交y轴于点E,点P是直线CE上一动点,点Q是第一象限抛物线上一动点,求四边形APBQ面积的最大值与此时点Q的坐标;
(3)在(2)的结论下,点E是抛物线的顶点,对称轴与x轴交于点G,直线EQ交x轴于点F,在抛物线的对称轴上是否存在一点M,使得∠MFQ+∠CAO=45°,求点M的坐标.
【分析】(1)先由直线y=﹣2x+4求出点A的坐标,再由点A在抛物线上和抛物线的对称轴为直线x=列方程组求出a、c的值;
(2)根据直线y=﹣2x+4求出点B的坐标,根据(1)中求得的抛物线的解析式求出点C的坐标,△ABP的面积等于△ABC的面积且为定值,设点Q的横坐标为x,过点Q分别作x轴、y轴的垂线,用含x的代数表示△ABQ的面积,再根据二次函数的性质求出当△ABQ的面积最大时的x值,进而求出四边形APBQ面积的最大值及此时点Q的坐标;
(3)通过计算,得出GE=GF,可见∠GFQ=45°.当点M在直线EF下方,则只要作出∠GFM=∠CAO,则∠MFQ=∠CAO.可通过求EQ的解析式的方法求得点F的坐标,再求MG的长,从而得到点M的坐标;当点M在直线EF的上方,作点M关于直线EF的对称点J,求直线FJ的解析式,再求出另一点M的坐标.
【解答】解:(1)由直线y=﹣2x+4与y轴交于点A,得A(0,4),
又抛物线经过点A且对称轴为直线x=,
则c=4,由﹣=,得a=﹣1,
∴二次函数的解析式为y=﹣x2+3x+4.
(2)如图1,作QH⊥AB于点H,QN∥y轴交直线AB于点N.
设点Q(x,﹣x2+3x+4),则F(x,﹣2x+4);
当y=0时,由﹣x2+3x+4=0得,x1=﹣1,x2=4,
∴C(﹣1,0),D(4,0);
由﹣2x+4=0,得x=2,
∴B(2,0),
∴AB=.
∵∠HNQ=∠OAB,
∴,
∴HQ=QN=(﹣x2+3x+4+2x﹣4)=(﹣x2+5x),
由CE∥AB,可得,
∴S四边形APBQ=S△ABQ+S△ABP
=(﹣x2+5x)+6
=﹣x2+5x+6
=﹣(x﹣)2+,
∴当x=时,四边形APBQ的面积最大,四边形APBQ的最大面积为,此时Q(,).
(3)存在.
如图2,由y=﹣x2+3x+4=﹣(x﹣)2+,得E(,),又Q(,),
设直线EF的解析式为y=kx+b,则,解得,
∴F(,0),GF===GE,
∴△EGF是等腰直角三角形.
若点M在直线EF下方,当时,则∠GFM=∠CAO,
∴∠MFQ+∠CAO=45°,此时MG=×=,
∴M(,).
若点M在直线EF上方,作点M关于直线EF的对称点J,连接EJ,则△MEJ是等腰直角三角形,
∴EJ∥x轴.
∵EJ=EM=,
∴J(,).
设直线FJ的解析式为y=mx+n,则,
解得,
∴y=﹣4x+31,当x=时,y=﹣4×+31=25,
此时,M(,25).
综上所述,点M的坐标为(,)或(,25)
18.(2022•成都模拟)如图1所示,直线y=x+3与x轴、y轴分别相交于点A,点B,点C(1,2)在经过点A,B的二次函数y=ax2+bx+c的图象上.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P为线段AB上(不与端点重合)的一动点,过点P作PQ∥y轴交抛物线于点Q,求PQ+PB取得最大值时点P的坐标;
(3)如图2,连接BC并延长,交x轴于点D,E为第三象限抛物线上一点,连接DE,点G为x轴上一点,且G(﹣1,0),直线CG与DE交于点F,点H在线段CF上,且∠CFD+∠ABH=45°,连接BH交OA于点M,已知∠GDF=∠HBO,求点H的坐标.
【分析】(1)求得A、B两点坐标,将A、B、C三点坐标代入抛物线的解析式,进而求得结果;
(2)作PD⊥OB于D,设出点P和Q点坐标,表示出PQ的长,由△BPD∽△BAO表示出PB,从而表示出PQ+PB,进而根据二次函数性质求得结果;
(3)作CN⊥AD于N,作MT⊥AB于T,根据条件推出BM平分∠ABO,根据S△ABM+S△BOM=S△AOB,求得OM长,进而得出直线CG,BM的解析式,进一步求得结果.
【解答】解:(1)由题意得:A(﹣4,0),B(0,3),
∴,
∴,
∴y=﹣﹣+3;
(2)如图1,
作PD⊥OB于D,
设Q(m,﹣﹣+3),P(m,m+3),
∴PQ=﹣﹣+3﹣(=﹣﹣,
∵PD∥OA,
∴△BPD∽△BAO,
∴=,
∴=,
∴PB=﹣,
∴PQ+PB=﹣﹣m﹣m=﹣﹣,
∴当m=﹣=﹣,
∵+3=,
∴P(﹣,);
(3)如图2,
作CN⊥AD于N,作MT⊥AB于T,
∵C(1,2),G(﹣1,0),
∴CN=GN=2,
∴∠CGN=∠NCG=45°,
∴∠CFD+∠GDF=45°,
∵∠CFD+∠ABH=45°,
∴∠GDF=∠ABH,
∵∠GDF=∠HBO,
∴∠ABH=∠HBO,
∴OM=MT,
∵S△ABM+S△BOM=S△AOB,
∴,
∴5OM+3OM=3×4,
∴OM=,
∴M(﹣,0),
∴直线BM的解析式为:y=2x+3,
∵C(1,2),G(﹣1,0),
∴直线CG的解析式为:y=x+1,
由2x+3=x+1得,x=﹣2,
∴x+1=﹣1,
∴H(﹣2,﹣1).
19.(2022秋•甘井子区校级月考)抛物线y=x2+bx+c过A(﹣1,0),B(3,0)两点,与y轴相交于点C,点C、D关于抛物线的对称轴对称.
(1)抛物线的解析式是 y=x2﹣2x﹣3 ,△ABD的面积为 6 ;
(2)在直线AD下方的抛物线上存在点P,使△APD的面积最大,求出最大面积.
(3)当t≤x≤t+1时,函数y=x2+bx+c的最小值为5,求t的值.
(4)若点M在y轴上运动,点N在x轴上运动,当以点D、M、N为顶点的三角形为等腰直角三角形时,请直接写出此时M点的坐标.
【分析】(1)把A(﹣1,0),B(3,0)代入y=x2+bx+c中,可求抛物线的解析式,再利用三角形的面积公式求△ABD的面积即可;
(2)过点P作PM⊥x轴于点M,交AD于点N.设点P的横坐标为m,则P(m,m2﹣2m﹣3),N(m,﹣m﹣1),可得PN=﹣m﹣1﹣(m2﹣2m﹣3)=﹣m2+m+2.可得S△APD=S△APN+S△DPN=﹣(m﹣)2+.根据二次函数的最值即可求解;
(3)将二次函数解析式化为顶点式,分类讨论x=t,x=t+1时y取最小值;
(4)分三种情形,①当∠DNM=90°,ND=NM时,②当∠DMN=90°,MN=MD时,③当∠NDM=90°,DN=DM时,分别求解即可.
【解答】解:(1)把A(﹣1,0),B(3,0)分别代入y=x2+bx+c(a≠0)中,
得,
解得:,
∴抛物线的解析式为y=x2﹣2x﹣3,
∴C(0,﹣3),
∵点C、D关于抛物线的对称轴对称,y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴抛物线的对称轴为x=1,点D(2,﹣3),
∴△ABD的面积为AB•OC=×4×3=6,
故答案为:y=x2﹣2x﹣3,6;
(2)过点P作PM⊥x轴于点M,交AD于点N.
设直线AD的解析式为y=kx+a,
把A(﹣1,0),D(2,﹣3)分别代入y=kx+a中,
得,
解得:,
∴直线AD的解析式为y=﹣x﹣1,
设点P的横坐标为m,则P(m,m2﹣2m﹣3),N(m,﹣m﹣1),
∴PN=﹣m﹣1﹣(m2﹣2m﹣3)=﹣m2+m+2.
∴S△APD=S△APN+S△DPN
=PN•(xD﹣xA)
=×(﹣m2+m+2)×(2+1)
=﹣×(m2﹣m﹣2)
=﹣(m﹣)2+.
∴当m=时,△APD的最大面积为;
(3)∵y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴抛物线开口向上,对称轴为直线x=1,顶点坐标为(1,﹣4),
①当t+1<1时,t<0,
当x=t+1时,y=(t+1﹣1)2﹣4=5为最小值,
解得t=3(舍去)或t=﹣3;
②当t≤1,t+1≥1时,0≤t≤1,
此时,函数的最小值为﹣4≠5;
③当t>1时,
x=t时,y=(t﹣1)2﹣4=5为最小值,
解得t=4或t=﹣2(舍去),
综上所述,t的值为﹣3或4;
(4)①当∠DNM=90°,ND=NM时,如图,过点D作DE⊥x轴于E,
∴DE=3,OE=2,
∵∠MON=∠DEN=90°,∠DNM=90°,
∴∠MNO=∠NDE,
∵ND=NM,
∴△MNO≌△NDE(AAS),
∴OM=EN,ON=DE=3,
∴OM=EN=ON﹣OE=3﹣2=1,
∴M(0,1),
如图,同理可得NE=OM=ON+OE=DE+OE=3+2=5,
∴M(0,5);
②当∠DMN=90°,MN=MD时,
∵点C、D关于抛物线的对称轴对称.
∴CD⊥y轴,
∴∠DCM=∠MON=90°=∠DMN,
∴∠DMC=∠MNO,
∵MN=MD,
∴△MNO≌△DMC(AAS),
∴OM=CD=2,
∴M(0,2)或(0,﹣2),
③当∠NDM=90°时,过点D作DE⊥x轴于E,
同理可得△DCM≌△DEN,则DC=DN,
∵D(2,﹣3),
∴DC=2,DN=3,与DC=DN矛盾,故此种情况不存在,
综上所述,满足条件的M点的坐标为(0,1)或(0,5)或(0,2)或(0,﹣2).
20.(2021秋•沙坪坝区月考)如图,抛物线与x轴交于A、B两点(点A在点B的左侧),与y轴交于点C,点E与点C关于抛物线对称轴对称,抛物线的对称轴与x轴交于点G.
(1)求直线AE的解析式及△ACE的面积.
(2)如图1,连接AE,交y轴于点D,点P为直线AE上方抛物线一点,连接PD、PE,直线l过点B且平行于AE,点F为直线l上一点,连接FD、FE,当四边形PDFE面积最大时,在y轴上有一点N,连接PN,过点N作NM垂直于抛物线对称轴于点M,求的最小值.
(3)连接AC,将△AOC向右平移得△A'O'C',当A'C'的中点恰好落在∠CAB的平分线上时,将△A'O'C'绕点O'旋转,记旋转后的三角形为△A″O′C″,在旋转过程中,直线A″C″与y轴交于点K,与直线AC交于点H,在平面中是否存在一点Q,使得以C、K、H、Q为顶点的四边形是以KH为边的菱形,若存在,请直接写出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)由抛物线解析式可求得点A,B,C,E的坐标,由待定系数法可求出AE的解析式;根据三角形的面积公式可得出△ACE的面积;
(2)根据AE∥BF可得S△DEF为定值,由铅锤法可求得S△PDE的最大值,此时S四边形PDFE 最大,确定点P坐标,PN+NM+MG的最小值转化为PN+NM+NO的最小值,其中NM是定值,问题本质是“胡不归”问题,再构造60°角转化NO,利用垂线段最短即可求得其最小值;
(3)根据A′C′中点落在∠CAB的角平分线上可确定点O′坐标,再求出当△CKH为等腰三角形时,K,H的坐标,最后利用翻折或菱形的性质求得点Q坐标.
【解答】解:(1)作O与y轴夹角是60°角的直线l2,作PS∥y轴交AE于点S,交l2于点J,作NT⊥l2于点T,设直线FB与y轴交于点I,连接IE,IE,如图:
∵=﹣(x+1)(x﹣3)=﹣(x﹣1)2+,
令y=0得x=﹣1或x=3,
∴A(﹣1,0),B(3,0),
令x=0得y=,
∴C(0,),
∵抛物线对称轴为直线x=1,C、E关于对称轴对称,
∴E(2,),
设直线AE解析式为y=kx+b,
则,解得,
∴直线AE的解析式为:y=x+,
∴D(0,),
∴CD=.
∴S△ACE=CD•(xE﹣xA)=ו[2﹣(﹣1)]=.
(2)∵AE∥BF,B(3,0)
∴直线BF的解析式为:y=x﹣,
∴I(0,﹣),
∴S△DEF=S△DEI=DI•xE=×(+)×2=,
设P(m,﹣m2+m+),(﹣1<m<2),则S(m,m+),
∴PS=(m﹣m2+m+)﹣(m+)=﹣m2+m+)=﹣(m﹣)2+,
∴S△PDE=PS•(xE﹣xD)=×[﹣(m﹣)2+]×2=﹣(m﹣)2+,
当m=时,S△PDE有最大值,S四边形PDFE取得最大值,此时P(,),
∵NM⊥MG,MG⊥OG,OG⊥ON,
∴∠NMG=∠MGO=∠GON=90°,
∴四边形NMGO为矩形,
∴NO=MG,
∴PN+NM+MG=PN+1+NO=PN+1+NO•sin∠NOT=PN+1+NT≥1+PT,
∴当P,N,T三点共线且PT⊥l2时,PN+NM+MG取得最小值,
∵直线l2过原点且∠NOT=60°,
∴直线l2的解析式为:y=﹣x,
∴J(,﹣),
∴PJ=+=,
∴PN+NM+MG的最小值为1+•sin∠PJT=1+=;
(3)存在,理由如下:
设A′C′的中点为L,AL平分∠OAC,作LX⊥OB于点X,如图2:
∵OC=,OA=1,
∴tan∠OAC==,
∴∠OAC=∠O′A′C′=60°,
∵AL平分∠OAC,
∴∠A′AL=∠A′LA=30°,
∴A′A=A′L,
∵L为A′C′的中点,
∴LX=C′O′=,
∴A′L==1,
∴A′A=A′L=1,即O,A′重合,O′(1,0)
①当HC=HK时,设直线A′′C′′与x轴交于点Y,如图3:
将△HCK沿y轴翻折可得菱形CHKQ,
∴∠HKC=∠HCK=∠ACO=30°,
∴∠O′YA′′=∠O′A′′Y=60°,
∴O′Y=O′A′′=1,
∴Y(2,0),
∵kA′′C′′=﹣,
∴由待定系数法直线A′′C′′的解析式为:y=﹣x+2,
∵A(﹣1,0),C(0,),
∴直线AC的解析式为:y=x+,
令﹣x+2=x+,
解得x=,
∴H(,),
∴Q(﹣,).
如图4:
同理可得:∠HKC=∠HCK=30°,
∴∠YHA=∠YAH=60°,
∴∠O′YA′′=∠O′A′′Y=60°,kA′′C′′=﹣,
∴O′Y=O′A′′=O′O=1,
∴O,K,Y重合,
∴直线A′′C′′的解析式为:y=﹣x,
令x+=﹣x,
解得x=﹣.
∴H(﹣,),
∴Q(,).
②当KH=KC时,作QZ⊥OC于点Z,如图5:
∵∠KHC=∠KCH=30°,∠CAY=60°,
∴∠CKY=60°,∠O′YC′′=∠O′C′′Y=30°,
∴kA′′C′′=,O′Y=O′C′′=,
∴Y(1+,0),
∴由待定系数法得直线A′′C′′的解析式为:y=x﹣﹣1,
∴K(0,﹣﹣1),
在菱形CKHQ中,CQ=CK=++1=,
∵∠QCZ=2∠KCH=60°,
∴CZ=CQ•cos∠QCZ=,QZ=CQ•sin∠QCZ=,
∴OZ=OC﹣CZ=﹣=,
∴Q(﹣,).
如图6:
∵∠KHC=∠KCH=30°,∠CAO=60°
∴∠C′′YO′=∠AYH=∠O′C′′A′′=30°
∴O′Y=O′C′′=,kAkA′′C′′=,
∴Y(1﹣,0),
∴由待定系数法得直线A′′C′′的解析式为:y=x﹣+1,
∴K(0,﹣+1),
在菱形CKHQ中,CQ=CK=+﹣1=,
∴CZ=CQ•cos∠QCZ=,QZ=CQ•sin∠QCZ=,
∴OZ=OC﹣CZ=﹣=,
∴Q(,).
综上所述,点Q的坐标为:(﹣,)或(,)或Q(﹣,)或(,).
专题20二次函数与对称变换综合问题
【例1】(2021秋•开化县月考)定义:关于x轴对称且对称轴相同的两条抛物线叫作“镜像抛物线”.
例如:y=(x﹣h)2﹣k的“镜像抛物线”为y=﹣(x﹣h)2+k.
(1)请写出抛物线y=(x﹣2)2﹣4的顶点坐标 (2,﹣4) ,及其“镜像抛物线”y=﹣(x﹣2)2+4的顶点坐标 (2,4) .写出抛物线的“镜像抛物线”为 .
(2)如图,在平面直角坐标系中,点B是抛物线L:y=ax2﹣4ax+1上一点,点B的横坐标为1,过点B作x轴的垂线,交抛物线L的“镜像抛物线”于点C,分别作点B,C关于抛物线对称轴对称的点B',C',连接BC,CC',B'C',BB'.
①当四边形BB'C'C为正方形时,求a的值.
②求正方形BB'C'C所含(包括边界)整点个数.(说明:整点是横、纵坐标均为整数的点)
【分析】(1)根据定义直接求解即可;
(2)①分别求出B(1,1﹣3a),C(1,3a﹣1),B'(3,1﹣3a),C'(3,3a﹣1),由正方形的性质可得BB'=BC,即2=6a﹣2,求出a即可;
②由①求出B(1,﹣1),C(1,1),B'(3,﹣1),C'(3,1),在此区域内找出所含的整数点即可.
【解答】解:(1)y=(x﹣2)2﹣4的顶点坐标为(2,﹣4),y=﹣(x﹣2)2+4的顶点坐标为(2,4),
的“镜像抛物线”为,
故答案为:(2,﹣4),(2,4),;
(2)①∵y=ax2﹣4ax+1=a(x﹣2)2+1﹣4a,
∴抛物线L的“镜像抛物线”为y=﹣a(x﹣2)2﹣1+4a,
∵点B的横坐标为1,
∴B(1,1﹣3a),C(1,3a﹣1),
∵抛物线的对称轴为直线x=2,
∴B'(3,1﹣3a),C'(3,3a﹣1),
∴BB'=2,BC=6a﹣2,
∵四边形BB'C'C为正方形,
∴2=6a﹣2,
∴a=;
②∵a=,
∴B(1,﹣1),C(1,1),B'(3,﹣1),C'(3,1),
∴正方形BB'C'C所含(包括边界)整点有(1,﹣1),(1,1),(3,﹣1),(3,1),(1,0),(3,0),(2,﹣1),(2,0),(2,1)共9个.
【例2】(2022•巩义市模拟)已知,二次函数y=ax2+bx﹣3 的图象与x轴交于A,B两点(点A在点B的左边),与y轴交于C点,点A的坐标为(﹣1,0),且 OB=OC.
(1)求二次函数的解析式;
(2)当0≤x≤4 时,求二次函数的最大值和最小值分别为多少?
(3)设点C'与点C关于该抛物线的对称轴对称.在y轴上是否存在点P,使△PCC'与△POB相似,且PC与PO是对应边?若存在,求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)根据OB=OC可得B点的坐标为(3,0),把A、B的坐标代入二次函数y=ax2+bx﹣3,求出a、b的值即可;
(2)求出二次函数的顶点坐标为(1,﹣4),根据二次函数的性质即可得出答案;
(3)先设出P的坐标,根据相似三角形的性质列出方程,解出方程即可得到点P的坐标.
【解答】解:(1)∵二次函数y=ax2+bx﹣3 的图象与y轴交于C点,
∴C(0,﹣3).
∵OB=OC,点A在点B的左边,
∴B(3,0).
∵点A的坐标为(﹣1,0),
由题意可得,
解得:,
∴二次函数的解析式为y=x2﹣2x﹣3;
(2)∵二次函数的解析式为y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴二次函数顶点坐标为(1,﹣4),
∴当x=1时,y最小值=﹣4,
∵当0≤x≤1时,y随着x的增大而减小,
∴当x=0时,y=﹣3,
∵当1<x≤4时,y随着x的增大而增大,
∴当x=4时,y=5.
∴当0≤x≤4时,函数的最大值为5,最小值为﹣4;
(3)在y轴上存在点P,使△PCC'与△POB相似,理由如下:
设P(0,m),如图,
∵点C'与点C关于该抛物线的对称轴直线x=1对称,C(0,﹣3).
∴C′(2,﹣3).
∴CC'∥OB,
∵△PCC'与△POB相似,且PC与PO是对应边,
∴,
即:,
解得:m=﹣9或m=﹣,
∴存在,P(0,﹣9)或P(0,﹣).
【例3】(2022•济宁二模)如图,抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A,B两点,与y轴交于C点,已知B点的坐标为(3,0),C点的坐标为(0,3).
(1)求抛物线的解析式;
(2)图1中,点P为抛物线上的动点,且位于第二象限,过P,B两点作直线l交y轴于点D,交直线AC于点E.是否存在这样的直线l:以C,D,E为顶点的三角形与△ABE相似?若存在,请求出这样的直线l的解析式;若不存在,请说明理由.
(3)图2中,点C和点C'关于抛物线的对称轴对称,点M在抛物线上,且∠MBA=∠CBC',求M点的横坐标.
【分析】(1)利用待定系数法求解析式即可;(2)存在直线l,证明△ACO≌△DBO(ASA)得到OA=OD,求出A点坐标即可求出D点坐标,再利用待定系数法求直线解析式即可;
(3)连接BM,CC′,作C′H⊥BC交BC于H,求出tan∠MBA=,进一步可求出N(0,)或N(0,﹣)分情况讨论,即可求出M的横坐标为﹣或﹣.
【解答】(1)解:抛物线y=﹣x2+bx+c过B(3,0),C(0.3),
∴,
解得:,
∴函数解析式为:y=﹣x2+2x+3;
(2)解:存在直线l使得以C,D,E为顶点的三角形与△ABE相似,
当l⊥AC时,以C,D,E为顶点的三角形与△ABE相似,
∴∠ACD=∠EBO,
在Rt△ACO和Rt△DBO中,
,
∴ΔΑCO≌△DBO(ASA),
∴OA=OD,
解﹣x2+2x+3=0,
得:x1=3(不符合题意,舍去),x2=﹣1,
∴A(﹣1,0),
∴D(0,1),
设直线的解析式为:y=kx+b,
将B(3,0),D(0,1)代入解析式可得,
解得:,
∴直线的解析式为:y=x+1;
(3)解:连接BM,CC′,作C′H⊥BC交BC于H,
∵抛物线对称轴为直线:x==1,
∴CC′=2,
∵OB=OC,
∴∠BCO=45°,
∴∠C′CB=45°,
∵C′H⊥BC,CC′=2,
∴C′H=CH=,
∵OB=OC=3,
∴BC=3,
∴BH=,
∴tan∠CBC′=,
∵∠MBA=∠CBC′,
∴tan∠MBA=,
∴ON=,
∴N(0,)或N(0,﹣),
当N(0,),如图:
∵B(3,0),
∴,
∴,
∴直线BN解析式为:y=x+,
解方程﹣x2+2x+3=﹣x+,得:(不符合题意,舍去),
∴M的横坐标为﹣;
当N(0,﹣),如图:
∵B(3,0),
∴,
∴,
∴直线BN解析式为:y=x﹣,
解方程﹣x2+2x+3=x﹣,
得:(不符合题意,舍去),
∴M的横坐标为﹣,
综上所述:M的横坐标为﹣或﹣.
【例4】(2022•合肥四模)已知抛物线L1:y=ax2+bx﹣3与x轴交于点A(﹣3,0),B(1,0).
(1)求抛物线的表达式;
(2)若两个抛物线的交点在x轴上,且顶点关于x轴对称,则称这两个抛物线为“对称抛物线”,求抛物线L1对称抛物线L2的解析式;
(3)在(2)的条件下,点M是x轴上方的抛物线L2上一动点,过点M作MN⊥x轴于点N,设M的横坐标为m,记W=MN﹣2ON,求W的最大值.
【分析】(1)将点A(﹣3,0),B(1,0)代入y=ax2+bx﹣3,即可求解;
(2)求出顶点的对称点为(﹣1,4),设抛物线L2的解析式为y=n(x+1)2+4,再将抛物线与x轴的交点为(﹣3,0)或(1,0)代入,即可求解析式;
(3)由题意可知M(m,﹣m2﹣2m+3),N(m,0),则MN=﹣m2﹣2m+3,ON=|m|,分两种情况讨论;当﹣3<x≤0时,W=﹣m2+3,当m=0时,W有最大值3;当0≤x<1时,W=﹣(m+2)2+7,当m=0时,W有最大值3.
【解答】解:(1)将点A(﹣3,0),B(1,0)代入y=ax2+bx﹣3,
∴,
解得,
∴y=x2+2x﹣3;
(2)令y=0,则x2+2x﹣3=0,
解得x=﹣3或x=1,
∴抛物线与x轴的交点为(﹣3,0)或(1,0),
∵y=x2+2x﹣3=(x+1)2﹣4,
∴顶点为(﹣1,﹣4),
∴顶点关于x轴的对称点为(﹣1,4),
设抛物线L2的解析式为y=n(x+1)2+4,
∵抛物线经过点(﹣3,0)或(1,0),
∴n=﹣1,
∴y=﹣x2﹣2x+3;
(3)∵点M是x轴上方的抛物线L2上一动点,
∴﹣3<x<1,
∵M的横坐标为m,
∴M(m,﹣m2﹣2m+3),N(m,0),
∴MN=﹣m2﹣2m+3,ON=|m|,
当﹣3<x≤0时,W=MN﹣2ON=﹣m2﹣2m+3+2m=﹣m2+3,
∴当m=0时,W有最大值3;
当0≤x<1时,W=MN﹣2ON=﹣m2﹣2m+3﹣2m=﹣m2﹣4m+3=﹣(m+2)2+7,
∴当m=0时,W有最大值3;
综上所述:W的最大值为3.
一.解答题(共20题)
1.(2022•广陵区二模)已知二次函数y=﹣mx2﹣4mx﹣4m+4(m为常数,且m>0).
(1)求二次函数的顶点坐标;
(2)设该二次函数图象上两点A(a,ya)、B(a+2,yb),点A和点B间(含点A,B)的图象上有一点C,将点C纵坐标的最大值和最小值的差记为h.
①当m=1时,若点A和点B关于二次函数对称轴对称,求h的值;
②若存在点A和点B使得h的值是4,则m的取值范围是 0<m≤4 .
【分析】(1)利用配方法求出顶点坐标即可.
(2)①根据A,B关于抛物线的对称轴对称,求出a的值,在求出﹣3≤x≤﹣1时,二次函数的最大值,最小值,可得结论.
②分四种情形:当a+2≤﹣2,即a≤﹣4时,当﹣4<a≤﹣3时,当﹣3<a≤﹣2时,当a>﹣2时,分别求出满足条件的m的取值范围,可得结论.
【解答】解:(1)y=﹣mx2﹣4mx﹣4m+4
=﹣m(x2+4x+4)+4
=﹣m(x+2)2+4,
∴二次函数的顶点坐标为(﹣2,4).
(2)①∵点A、B关于对称轴对称=﹣2,
∴a=﹣3,
当m=1时,y=﹣x2﹣4x﹣4+4=﹣x2﹣4x,
则当x=﹣3(或x=﹣1)时,y最小值=3,
当x=﹣2时,y最大值=4,
∴h=1.
②结论:0<m≤4,理由如下:
当a+2≤﹣2,即a≤﹣4时,
h=yb﹣ya
=﹣m(a+2+2)2+4﹣[﹣m(a+2)2+4]
=﹣4m(a+3),
∵h=4,
∴4=﹣4m(a+3),
∴a=﹣﹣3≤﹣4,
∵m>0,
解得m≤1,
当﹣4<a≤﹣3时,
h=4﹣ya
=4﹣[﹣m(a+2)2+4]
=m(a+2)2,
∴可得a=﹣﹣2,
∴﹣4<﹣﹣2≤﹣3,
解得1<m≤4,
当﹣3<a≤﹣2时,
h=4﹣yb
=4﹣[﹣m(a+2+2)2+4]
=m(a+4)2,
可得a=﹣4,
∴﹣3<﹣4≤﹣2,
不等式无解.
当a>﹣2时,
h=ya﹣yb
=﹣m(a+2)2+4﹣[﹣m(a+2+2)2+4]
=4m(a+3),
可得a=﹣3,
∴﹣3>﹣2,
∴m<1,
综上所述,满足条件的m的值为0<m≤4.
故答案为:0<m≤4.
2.(2022•绿园区二模)在平面直角坐标系中,已知某二次函数的图象同时经过点A(0,3)、B(2m,3)、C(m,m+3).其中,m≠0.
(1)当m=1时.
①该二次函数的图象的对称轴是直线 x=1 .
②求该二次函数的表达式.
(2)当|m|≤x≤|m|时,若该二次函数的最大值为4,求m的值.
(3)若同时经过点A、B、C的圆恰好与x轴相切时,直接写出该二次函数的图象的顶点坐标.
【分析】(1)①根据所给的点可知A、B两点关于抛物线对称轴对称,利用对称性可求对称轴;
②利用待定系数法求函数的解析式即可;
(2)用的待定系数法求函数的解析式y=﹣(x﹣m)2+m+3,再分两种情况讨论:当m>0时,m≤x≤m,当x=m时,函数有最大值m+3;当m<0时,﹣m≤x≤﹣m,当x=﹣m时,函数有最大值;分别求m的值即可求解;
(3)先判断△ABC是等腰直角三角形,且∠ACB=90°,则过点A、B、C的圆是以AB的中点M为圆心,AB为半径,再分两种情况讨论:当m>0时,MN=AM=|m|=3,可求C点坐标;当m<0时,CM=AM=3=|m|,可求C点坐标.
【解答】解:(1)①∵A(0,3)、B(2m,3),
∴A、B两点关于抛物线对称轴对称,
∵m=1,
∴抛物线的对称轴为直线x=1,
故答案为:x=1;
②设y=ax2+bx+c(a≠0),
∵m=1,
∴B(2,3)、C(1,4),
将点A、B、C代入y=ax2+bx+c,
∴,
解得,
∴y=﹣x2+2x+3;
(2)∵A(0,3)、B(2m,3)两点关于抛物线的对称轴对称,
∴抛物线的对称轴为直线x=m,
设抛物线的解析式为y=a(x﹣m)2+m+3,
将点A(0,3)代入,
∴am2+m+3=3,
∴a=﹣,
∴y=﹣(x﹣m)2+m+3,
当m>0时,m≤x≤m,
∴当x=m时,函数有最大值m+3,
∴m+3=4,
∴m=1;
当m<0时,﹣m≤x≤﹣m,
∴当x=﹣m时,函数有最大值,
∴4=﹣(﹣m﹣m)2+m+3,
解得m=﹣;
综上所述:m的值为1或﹣;
(3)∵A(0,3)、B(2m,3)、C(m,m+3),
∴AB=|2m|,AC=|m|,BC=|m|,
∴△ABC是等腰直角三角形,且∠ACB=90°,
∴过点A、B、C的圆是以AB的中点M为圆心,AB为半径,
如图1,当m>0时,
∵⊙M与x轴相切,
∴MN=AM=|m|=3,
∴m=3,
∴C(3,6);
如图2,当m<0时,
∵⊙M与x轴相切,
∴CM=AM=3=|m|,
∴m=﹣3,
∴C(﹣3,0);
综上所述:该二次函数的图象的顶点坐标为(3,6)或(﹣3,0).
3.(2022•荷塘区校级模拟)已知二次函数y=ax2+bx+c(a<0)与x轴交于A(x1,0),B(x2,0)两点,且(x1<0<x2),交y轴于点C,顶点为D.
(1)a=﹣1,b=2,c=4,
①求该二次函数的对称轴方程及顶点坐标;
②定义:若点P在某函数图象上,且点P的横纵坐标互为相反数,则称点P为这个函数的“零和点”,求证:此二次函数有两个不同的“零和点”;
(2)如图,过D、C两点的直线交x轴于点E,满足∠ACE=∠CBE,求ac的值.
【分析】(1)①运用配方法将二次函数解析式化为顶点式,即可得出答案;
②由y=﹣x与y=ax2+bx+c联立可得x2﹣3x﹣4=0,运用根的判别式可得Δ>0,即可得出结论;
(2)如图,连接AC,先求出直线CD的解析式为y=x+c,可得E(﹣,0),再利用求根公式可得:A(,0),B(,0),再证明△EAC∽△ECB,可得CE2=AE•BE,即c2+=(+)(+),化简即可得出答案.
【解答】解:(1)①当a=﹣1,b=2,c=4时,
抛物线解析式为y=﹣x2+2x+4,
∵y=﹣x2+2x+4=﹣(x﹣1)2+5,
∴抛物线的对称轴为直线x=1,顶点为D(1,5);
②当y=﹣x时,﹣x2+2x+4=﹣x,
整理得:x2﹣3x﹣4=0,
∵Δ=(﹣3)2﹣4×1×(﹣4)=25>0,
∴二次函数y=﹣x2+2x+4有两个不同的“零和点”;
(2)如图,连接AC,
∵y=ax2+bx+c,
∴C(0,c),顶点D(﹣,),
设直线CD的解析式为y=kx+n,
则,
解得:,
∴直线CD的解析式为y=x+c,
∴E(﹣,0),
∵A(,0),B(,0),
∴AE=﹣(﹣)=+,BE=﹣(﹣)=+,
∵∠ACE=∠CBE,∠AEC=∠CEB,
∴△EAC∽△ECB,
∴=,
∴CE2=AE•BE,
在Rt△CEO中,CE2=OC2+OE2=c2+()2=c2+,
∴c2+=(+)(+),
化简得:ac=﹣1,
故ac的值为﹣1.
4.(2022•绥江县二模)已知二次函数y=ax2+bx﹣3a(a<0)的图象经过(3,0).
(1)求二次函数的对称轴;
(2)点A的坐标为(1,0),将点A向右平移1个单位长度,再向上平移3个单位长度后得到点B,若二次函数的图象与线段AB有公共点,求a的取值范围.
【分析】(1)首先利用待定系数法确定函数解析式,然后利用对称轴方程求解;
(2)根据平移的性质求得B(2,3),然后由“二次函数的图象与线段AB有公共点”得到4a﹣4a﹣3a≤3,通过解该不等式求得答案.
【解答】解:(1)∵二次函数y=ax2+bx﹣3a(a<0)的图象经过(3,0),
∴把(3,0)代入y=ax2+bx﹣3a,得
9a+3b﹣3a=0,
化简,得b=﹣2a,
∴二次函数的对称轴为:.
(2)∵点A的坐标为(1,0),将点A向右平移1个单位长度,再向上平移3个单位长度后得到点B,
∴B(2,3),
∵a<0,开口向下,
∴二次函数图象与线段AB有交点时,4a﹣4a﹣3a≤3,
解得a≥﹣1,
故a的取值范围是:﹣1≤a<0.
5.(2022•兴化市二模)已知一次函数y=kx+m的图象过点(2,3),A(k,y1)、B(k+1,y2)是二次函数y=x2﹣(m﹣2)x+2m图象上的两点.
(1)若该二次函数图象的对称轴是直线x=1,分别求出一次函数和二次函数的表达式;
(2)当点A、B在二次函数的图象上运动时,满足|y1﹣y2|=1,求m的值;
(3)点A、B的位置随着k的变化而变化,设点A、B的运动路线分别与直线x=n交于点P、Q,当PQ=2时,求n的值.
【分析】(1)利用对称轴为1求出m的值,可得二次函数的解析式,将点(2,3)和m=4代入一次函数y=kx+m,可得一次函数的解析式;
(2)将A(k,y1)、B(k+1,y2)两点分别代入y=x2﹣(m﹣2)x+2m,求出|y1﹣y2|=1,再利用y=kx+m过点(2,3),得出m=3﹣2k,代入①式,最后得出结果;
(3)将A,B坐标代入分别表示出yP和yQ,再由m=3﹣2k,得出yP=k2﹣(m﹣2)k+2m,yQ=(k+1)2﹣(m﹣2)(k+1)+2m,再将k=n,k+1=n代入,得出用n表示的yP和yQ,,进而得出|yP﹣yQ|=|2n﹣4|=2,求解即可.
【解答】解:(1)∵对称轴为x=1,
∴,
∴,
解得m=4,
∴二次函数的表达式为:y=x2﹣(4﹣2)x+2x4=x2﹣2x+8,
将点(2,3)和m=4代入一次函数y=kx+m,
得到3=2k+4,
解得:k=﹣,
∴一次函数的表达式为y=﹣x+4;
∴一次函数表达式:,
二次函数的表达式:y=x2﹣2x+8;
(2)将A(k,y1)、B(k+1,y2)两点分别代入y=x2﹣(m﹣2)x+2m,
得到y1=k2﹣(m﹣2)k+2m,y2=(k+1)2﹣(m﹣2)(k+1)+2m,
∵|y1﹣y2|=1,
∴y1﹣y2=±1,
∴k2﹣(m﹣2)k+2m﹣[(k+1)2﹣(m﹣2)(k+1)+2m]=±1,
整理得:m﹣2k﹣3=±1①,
∵y=kx+m过点(2,3),代入得:m=3﹣2k,
将m=3﹣2k代入①式得:
k=±,即k=或k=﹣,
当k=时,m=3﹣2×=;
当k=﹣时,m=3﹣2×(﹣)=,
综上所述,m=或m=.
(3)解:将A(k,) B(k+1,y2)代入二次函数y=x2﹣(m﹣2)x+2m,得
yP=k2﹣(m﹣2)k+2m,yQ=(k+1)2﹣(m﹣2)(k+1)+2m,
又∵一次函数y=kx+m过点(2,3),代入得:m=3﹣2k,
∴yP=3k2﹣5k+6,yQ=3k2﹣k+6,
∵k=n,k+1=n,
把k=n代入得yP=3n2﹣5n+6,
把k=n﹣1代入yQ=3(n﹣1)2﹣(n﹣1)+6,
∴|yP﹣yQ|=|2n﹣4|=2,
解得n=1或3.
6.(2022•三门峡一模)已知二次函数y=ax2﹣2ax+2a(a≠0).
(1)该二次函数图象的对称轴是直线x= 1 ;
(2)若该二次函数的图象开口向上,当﹣1≤x≤4时,y的最大值是5,求抛物线的解析式;
(3)若对于该抛物线上的两点P(x1,y1),Q(x2,y2),当x2取大于3的任何实数时,均满足y1<y2,请结合图象,直接写出x1的取值范围.
【分析】(1)利用对称轴公式计算即可;
(2)构建方程求出a的值即可解决问题;
(3)结合图象,分两种情况讨论,当x2取大于3的任何实数时,均满足y1<y2,推出当抛物线开口向上,当﹣1≤x1≤3时,满足条件,由此即可解决问题.
【解答】解:(1)对称轴x=﹣=1.
故答案为1;
(2)∵该二次函数的图象开口向上,对称轴为直线x=1,且当﹣1≤x≤4时,y的最大值是5,
∴当x=4时,y的最大值为5,
∴16a﹣8a+2a=5,
∴a=,
∴抛物线的解析式为y=x2﹣x+1;
(3)如图,
∵对称轴为直线x=1,
∴x=﹣1与x=3时的y值相等,
∵x2>3时,均满足y1<y2,
②当a<0时,抛物线开口向下,如图1,不成立;
②当a>0时,抛物线开口向上,如图2,当x2取大于3的任何实数时,均满足y1<y2,此时,x1的取值范围是:﹣1≤x1≤3;
∴由①②知:当a>0时,抛物线开口向上.当x2取大于3的任何实数时,均满足y1<y2,
此时,x1的取值范围是:﹣1≤x1≤3.
7.(2022•无锡二模)二次函数y=ax2+bx+4的图象与x轴交于两点A、B,与y轴交于点C,且A(﹣1,0)、B(4,0).
(1)求此二次函数的表达式;
(2)①如图1,抛物线的对称轴m与x轴交于点E,CD⊥m,垂足为D,点F(﹣,0),动点N在线段DE上运动,连接CF、CN、FN,若以点C、D、N为顶点的三角形与△FEN相似,求点N的坐标;
②如图2,点M在抛物线上,且点M的横坐标是1,将射线MA绕点M逆时针旋转45°,交抛物线于点P,求点P的坐标;
(3)已知Q在y轴上,T为二次函数对称轴上一点,且△QOT为等腰三角形,若符合条件的Q恰好有2个,直接写出T的坐标.
【分析】(1)先求得点C的坐标,设抛物线的解析式为y=a(x+1)(x﹣4),将点C的坐标代入求得a的值,从而得到抛物线的解析式;
(2)①当点C、D、N为顶点的三角形与△FEN相似时分两种情况:△CDN∽△FEN和△CDN∽△NEF,列比例式可解答;
②如图2所示:过点A作GH∥y轴,过点M作MG⊥GH于G,过点A作AE⊥AM,交MP于点E,证明△AEM是等腰直角三角形,得AM=AE,计算点M的坐标,证明△MGA≌△AHE(AAS),则EH=AG=6,AH=GM=2,利用待定系数法可得直线EA的解析式为y=−2x+8,与二次函数解析式联立方程,解出可得结论;
(3)分T在x轴上,x轴上方和下方三种情况:根据符合条件的Q恰好有2个正确画图可得结论.
【解答】解:(1)y=ax2+bx+4,
当x=0时,y=4,
∴C(0,4),
设抛物线的解析式为y=a(x+1)(x−4),
将点C的坐标代入得:−4a=4,解得a=−1,
∴抛物线的解析式为y=−x2+3x+4;
(2)①如图1,抛物线的对称轴是:x=−=,
∴CD=,EF=+==,
设点N的坐标为(,a)则ND=4−a,NE=a,
当△CDN∽△FEN时,=,
即=,
解得a=,
∴点N的坐标为(,);
当△CDN∽△NEF时,=,
即=,
解得:a1=a2=2,
∴点N的坐标为(,2),
综上所述,点N的坐标为(,)或(,2);
②如图2所示:过点A作GH∥y轴,过点M作MG⊥GH于G,过点A作AE⊥AM,交MP于点E,
∵∠AMP=45°,∠MAE=90°,
∴△AEM是等腰直角三角形,
∴AM=AE,
将x=1代入抛物线的解析式得:y=6,
∴点M的坐标为(1,6),
∴MG=2,AG=6,
∵∠GAM+∠EAH=90°,∠EAH+∠AEH=90°,
∴∠GAM=∠AEH,
∵∠G=∠H=90°,
∴△MGA≌△AHE(AAS),
∴EH=AG=6,AH=GM=2,
∴E(5,﹣2),
设ME的解析式为y=kx+b,
将点A和点E的坐标代入得:,
解得:,
∴直线EA的解析式为y=−2x+8,
﹣2x+8=﹣x2+3x+4,
解得:x=1(舍)或x=4,
将x=4代入y=−2x+8得:y=0,
∴点P的坐标为(4,0);
(3)分种情况:
①如图3,当T在x轴上时,满足条件,此时T(,0);
②如图4,当T在x轴的上方时,
∵△QOT为等腰三角形,且符合条件的Q恰好有2个,
∴OT=OQ2=OQ1=Q1T,
∴△OQ1T是等边三角形,
∴∠TOQ1=60°,
∴∠BOT=30°,
∵OE=,
∵tan30°==,
∴ET=,
∴T(,);
③当T在x轴的下方时,同理得T(,﹣);
综上,T的坐标为(,0)或(,)或(,﹣).
8.(2022秋•乐陵市校级月考)如图,已知二次函数的图象经过A(2,0)、B(0,﹣6)两点.
(1)求这个二次函数的解析式;
(2)求这个二次函数的对称轴、顶点坐标;
(3)设该二次函数的对称轴与x轴交于点C,连结BA、BC,求△ABC的面积.
(4)若点D为抛物线与x轴的另一个交点,在抛物线上是否存在一点M,使△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,若存在,请求出M的坐标,若不存在,请说明理由.
【分析】(1)将A(2,0)、B(0,﹣6)两点代入y=x2+bx+c,算出b和c,即可得解析式;
(2)把求得的解析式化成顶点式即可解决问题;
(3)先求出对称轴方程,写出C点的坐标,计算出AC,然后由面积公式计算即可解决问题;
(4)方法一:点D为抛物线与x轴的另一个交点,该抛物线图象的对称轴为直线x=4,A(2,0),可得点D和点A的关于对称轴对称,所以AD=2AC,根据△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,可得△ADM和△ABC的AD边上的高相等,所以点B和点M是关于对称轴对称的点,进而可得M的坐标;
方法二:根据△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,列出方程即可解决问题.
【解答】解:(1)把A(2,0)、B(0,﹣6)代入y=−x2+bx+c,
得,
解得,
∴这个二次函数的解析式为y=﹣x2+4x﹣6;
(2)∵y=﹣x2+4x﹣6=﹣(x﹣4)2+2,
∴二次函数的对称轴为直线x=4,顶点坐标为(4,2);
(3)∵该抛物线图象的对称轴为直线x=4,
∴点C的坐标为(4,0),
∴AC=OC﹣OA=4﹣2=2,
∴S△ABC=×AC×OB=×2×6=6;
(4)如图,在抛物线上存在一点M,使△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,理由如下:
方法一:∵点D为抛物线与x轴的另一个交点,该抛物线图象的对称轴为直线x=4,A(2,0),
∴D(6,0),
∴点D和点A的关于对称轴对称,
∴AD=4,
∴AD=2AC,
∵△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,
∴△ADM和△ABC的AD边上的高相等,
∴点B和点M是关于对称轴对称的点,
∴M(8,﹣6)或(0,﹣6).
方法二:∵点D为抛物线与x轴的另一个交点,该抛物线图象的对称轴为直线x=4,A(2,0),
∴D(6,0),
∴AD=4,
设M(m,﹣m2+4m﹣6),
∵△ADM的面积为△ABC的面积的2倍,
∴4×|﹣m2+4m﹣6|=12,
当﹣m2+4m﹣6=6时,
∵Δ<0,此方程无解;
当﹣m2+4m﹣6=﹣6时,
解得m1=8,m2=0,
∴M(8,﹣6)或(0,﹣6).
9.(2022秋•永城市月考)如图,关于x的二次函数y=﹣x2+bx+3的图象与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C,且过点D(﹣1,4).
(1)求b的值及该二次函数图象的对称轴;
(2)连接AC,AD,CD,求△ADC的面积;
(3)在AC上方抛物线上有一动点M,请直接写出△ACM的面积取到最大值时,点M的坐标.
【分析】(1)直接把点D(﹣1,4)代入二次函数y=﹣x2+bx+3中得b的值,从而可得结论;
(2)根据三角形的面积差可得结论;
(3)如图2,过点M作MN∥y轴,交AC于点N,利用待定系数法可得直线AC的解析式,设点M的坐标为(t,﹣t2﹣2t+3),则N(t,t+3),表示MN的长,根据三角形的面积公式并配方成顶点式可得结论.
【解答】解:(1)把点D(﹣1,4)代入二次函数y=﹣x2+bx+3中得:﹣1﹣b+3=4,
∴b=﹣2,
∴y=﹣x2﹣2x+3=﹣(x+1)2+4,
∴对称轴是:直线x=﹣1;
(2)如图1,连接OD,
当y=0时,﹣(x+1)2+4=0,
∴x1=﹣3,x2=1,
∴A(﹣3,0),
∵D(﹣1,4),C(0,3),
∴△ADC的面积=S△AOD+S△CDO﹣S△AOC=×3×4+×3×1﹣×3×3=3;
(3)如图2,过点M作MN∥y轴,交AC于点N,
∵A(﹣3,0),C(0,3),
∴设直线AC的解析式为y=kx+m,
则,解得:,
∴直线AC的解析式为:y=x+3,
设点M的坐标为(t,﹣t2﹣2t+3),则N(t,t+3),
∵点M是在AC上方抛物线上有一动点,
∴﹣3<t<0,MN=(﹣t2﹣2t+3)﹣(t+3)=﹣t2﹣3t,
∴S△AMC=•MN•OA=(﹣t2﹣3t)=﹣(t+)2+,
∵﹣<0,
∴当t=时,△ACM的面积有最大值,此时点M的坐标为(﹣,).
10.(2022秋•越秀区校级月考)如图,在平面直角坐标系xOy中,A(1,0),B(0,2),以AB为边向右作等腰直角△ABC,∠BAC=90°,AB=AC,二次函数的图象经过点C.
(1)求二次函数的解析式;
(2)平移该二次函数图象的对称轴所在的直线l,若直线l恰好将△ABC的面积分为1:2两部分,请求出直线l平移的最远距离;
(3)将△ABC以AC所在直线为对称轴翻折,得到△AB'C,那么在二次函数图象上是否存在点P,使△PB'C是以B'C为直角边的直角三角形?若存在,请求出P点坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)过点C作CK⊥x轴交于点K,证明△ABO≌△CAK(AAS),得OB=AK=2,AO=CK=1,即得点C的坐标为(3,1),用待定系数法有二次函数表达式为y=x2﹣x﹣2;
(2)由y=x2﹣x﹣2可知抛物线的对称轴为直线x=,且当直线l将△ABC的面积分为左部分比右部分=2:1时,直线l平移的距离最远,设此时直线l分别交边BC、AC分别为点M、N,由B(0,2),C(3,1)可得直线BC解析式为y=﹣x+2,由A(1,0),C(3,1)可得直线AC解析式为y=x﹣,设点M的坐标为,点N坐标为,1≤t<3,根据S△CMN=S△ABC,得×(3﹣t)(﹣t+2﹣t+)=×××,可解得直线l平移的距离最远是3﹣﹣=;
(3)分两种情况:①当∠PCB'=90°时,由B,B'关于直线AC对称,可得∠BCB'=90°,即点P为直线BC与抛物线的另外一个交点,根据得点P的坐标为;②当∠CB'P=90°时,过B'作BT⊥x轴于T,由△BOA≌△B'TA(AAS),可得B'(2,﹣2),故B'P解析式为y=﹣x﹣,由得点P的坐标为(﹣1,﹣1)或.
【解答】解:(1)过点C作CK⊥x轴交于点K,如图:
∵∠BAO+∠CAK=90°,∠BAO+∠OBA=90°,
∴∠CAK=∠OBA,
又∠AOB=∠AKC=90°,AB=AC,
∴△ABO≌△CAK(AAS),
∴OB=AK=2,AO=CK=1,
∴OK=AO+AK=1+2=3,
∴点C的坐标为(3,1),
将点C的坐标代入y=x2+bx﹣2得:1=×9+3b﹣2,
解得:b=﹣,
∴二次函数表达式为y=x2﹣x﹣2;
(2)由y=x2﹣x﹣2可知抛物线的对称轴为直线x=,且当直线l将△ABC的面积分为左部分比右部分=2:1时,直线l平移的距离最远,
如图:
设此时直线l分别交边BC、AC分别为点M、N,
由B(0,2),C(3,1)可得直线BC解析式为y=﹣x+2,
由A(1,0),C(3,1)可得直线AC解析式为y=x﹣,
设点M的坐标为,点N坐标为,1≤t<3,
∵直线l将△ABC的面积分为左部分比右部分=2:1,
∴S△CMN=S△ABC,
又AB==,
∴×(3﹣t)(﹣t+2﹣t+)=×××,
解得或(舍去),
∴直线l平移的距离最远是3﹣﹣=;
(3)在二次函数图象上存在点P,使△PB'C是以B'C为直角边的直角三角形,理由如下:
①当∠PCB'=90°时,如图:
∵B,B'关于直线AC对称,
∴∠BCA=∠B'CA=45°,
∴∠BCB'=90°,即点P为直线BC与抛物线的另外一个交点,
由得:或,
∴点P的坐标为;
②当∠CB'P=90°时,过B'作BT⊥x轴于T,如图:
∵B,B'关于直线AC对称,∠BAC=90°,
∴BA=B'A,
∵∠BAO=∠B'AT,∠BOA=90°=∠B'TA,
∴△BOA≌△B'TA(AAS),
∴AT=AO=1,OB=B'T=2,
∴OT=AO+AT=2,
∴B'(2,﹣2),
由①知,∠BCB'=90°,
∴过B'作BC的平行线,与抛物线的交点即为P,
∵直线BC解析式为y=﹣x+2,B'(2,﹣2),
∴B'P解析式为y=﹣x﹣,
由得或,
∴点P的坐标为(﹣1,﹣1)或,
综上所述,点P的坐标为:或(﹣1,﹣1)或.
11.(2022秋•西城区校级期中)定义:若两个函数的图象关于某一点Q中心对称,则称这两个函数关于点Q互为“对称函数”.例如,函数y=x2与y=﹣x2关于原点O互为“对称函数”.
(1)函数y=﹣x+1关于原点O的“对称函数”的函数解析式为 y=x﹣1 ,函数y=(x﹣2)2﹣1关于原点O的“对称函数”的函数解析式为 y=﹣(x﹣2)2﹣1 ;
(2)已知函数y=x2﹣2x与函数G关于点Q(0,1)互为“对称函数”,若函数y=x2﹣2x与函数G的函数值y都随自变量x的增大而减小,求x的取值范围;
(3)已知点A(0,1),点B(4,1),点C(2,0),二次函数y=ax2﹣2ax﹣3a(a>0),与函数N关于点C互为“对称函数”,将二次函数y=ax2﹣2ax﹣3a(a>0)与函数N的图象组成的图形记为W,若图形W与线段AB恰有2个公共点,直接写出a的取值范围.
【分析】(1)结合新定义利用待定系数法解答即可;
(2)利用数形结合的方法结合图象,利用新定义的规定解得即可;
(3)利用分类讨论的方法分三种情况解答:①当“对称函数”的顶点在AB上时,求得函数N的顶点坐标,利用对称性求得对称点的坐标,利用待定系数法即可求解;②当两个函数的交点在AB上时,利用两函数与x轴的交点坐标,求函数N的解析式,令y=1,即可求得a值;③当“对称函数”经过点B时,将坐标代入函数N的解析式即可确定a的取值范围.
【解答】解:(1)∵两个函数是关于原点O的“对称函数”,
∴两个函数的点分别关于原点中心对称,
设函数y=﹣x+1上的任一点为(x,y),则它的对称点为(﹣x,﹣y),
将(﹣x,﹣y)代入函数y=﹣x+1得:
﹣y=x+1,
∴y=﹣x﹣1.
函数y=x+1关于原点O的“对称函数”的函数解析式为y=﹣x﹣1;
同理可得,函数y=(x﹣2)2+1关于原点O的“对称函数”的函数解析式为y=﹣(x+2)2﹣1,
故答案为:y=﹣x﹣1;y=﹣(x+2)2﹣1;
(2)函数G的解析式为y=﹣(x+1)2+3,
如图,函数y=x2﹣2x与函数G的函数值y都随自变量x的增大而减小,
∵“对称函数”的开口方向向下,
∴在对称轴的右侧y随自变量x的增大而减小,
函数y=x2﹣2x在对称轴的左边y随自变量x的增大而减小,
∴函数y=x2﹣2x与函数G的函数值y都随自变量x的增大而减小,自变量x的取值范围为﹣1<x<1;
(3)①当“对称函数”的顶点在AB上时,如图,
∵y=ax2﹣2ax﹣3a=a(x﹣1)2﹣4a,
∴二次函数y=ax2﹣2ax﹣3a的对称轴为直线x=1,
∵点C(2,0)为对称中心,
∴函数N的对称轴为直线x=3,
∴函数N的顶点坐标为(3,1),
∵(3,1)关于点C(2,0)对称的点为(1,﹣1),
∴将(1,﹣1)代入y=ax2﹣2ax﹣3a得:
a﹣2a﹣3a=﹣1,
∴a=;
②当两个函数的交点在AB上时,如图,
二次函数y=ax2﹣2ax﹣3a与x轴的交点为(﹣1,0)和(3,0),
∵点C(2,0)为对称中心,
∴函数N与x轴的交点为(5,0)和(1,0),
∴函数N的解析式为y=﹣ax2+6ax﹣5a,
当y=1时,
,
解得:a=;
③当“伴随函数”经过点B时,如图,
∵点B(4,1),
∴1=﹣a×16+6a×4﹣5a,
解得:a=.
综上,图形W与线段AB恰有2个公共点,a的取值范围为a=或a=或a>.
12.(2022春•鼓楼区校级期末)在平面直角坐标系xOy中,已知抛物线y=ax2﹣2(a+1)x+a+2(a≠0).
(1)当a=﹣时,求抛物线的对称轴及顶点坐标;
(2)请直接写出二次函数图象的对称轴是直线(用含a的代数式表示)及二次函数图象经过的定点坐标是 (1,0) .
(3)若当1≤x≤5时,函数值有最大值为8,求二次函数的解析式;
(4)已知点A(0,﹣3)、B(5,﹣3),若抛物线与线段AB只有一个公共点,请直接写出a的取值范围.
【分析】(1)利用对称轴公式求得对称轴为直线x=﹣7,再代入解析式求得y的值,即可求得顶点坐标;
(2)利用对称轴公式求得对称轴,把解析式变形得到y=(x﹣1)[a(x﹣1)﹣2],即可得到二次函数经过的定点坐标为(1,0);
(3)根据(2)可知:二次函数图象的对称轴为直线x=1+,分a>0或a<0两种情况,分对称轴在已知范围的左边,中间,右边分类讨论最值即可解答;
(4)分类讨论顶点在线段AB上,a>0,a<0,由点A,B和抛物线的位置结合图象求解.
【解答】解:(1)a=﹣时,y=﹣x2﹣x+
∴对称轴为直线x=﹣=﹣7,
把x=﹣7代入y=﹣x2﹣x+得,y=8,
∴顶点坐标为(﹣7,8);
(2)∵y=ax2﹣2(a+1)x+a+2(a≠0).
∴对称轴为直线x=﹣=1+,
∵y=ax2﹣2(a+1)x+a+2=a(x﹣1)2﹣2(x﹣1)=(x﹣1)[a(x﹣1)﹣2],
∴二次函数经过的定点坐标为(1,0);
故答案为:(1,0);
(3)由(2)知:二次函数图象的对称轴为直线x=1+,
分两种情况:
①当a<0时,1+<1,
在自变量x的值满足1≤x≤5的情况下,y随x的增大而减小,
∴当x=1时,y=0,
而当1≤x≤5时,函数值有最大值为8,
所以此种情况不成立;
②当a>0时,1+>1,
i)当1<1+≤3时,即a≥,
当x=5时,二次函数的最大值为y=25a﹣10(a+1)+a+2=8,
∴a=1,
此时二次函数的解析式为y=x2﹣4x+3;
ii)当1+>3时,
在自变量x的值满足1≤x≤5的情况下,y随x的增大而减小,即x=1有最大值,
所以此种情况不成立;
综上所述:此时二次函数的解析式为:y=x2﹣4x+3;
(4)分三种情况:
①当抛物线的顶点在线段AB上时,抛物线与线段AB只有一个公共点,
即当y=﹣3时,ax2﹣2(a+1)x+a+2=﹣3,
ax2﹣2(a+1)x+a+5=0,
Δ=4(a+1)2﹣4a(a+5)=0,
∴a=,
当a=时,x2﹣x+=0,
解得:x1=x2=4(符合题意,如图1),
②当a>0时,如图2,
当x=0时,y>﹣3;当x=5时,y<﹣3,
∴,
解得:﹣5<a<,
∴0<a<;
③当a<0时,如图3,
当x=0时,y>﹣3;当x=5时,y<﹣3,
∴,
解得:﹣5<a<,
∴﹣5<a<0;
综上所述,a的取值范围是:a=或0<a<或﹣5<a<0.
13.(2022春•西湖区校级期末)如图所示,在矩形AOCD中,把点D沿AE对折,使点D落在OC上的F点.已知AO=8,AD=10.
(1)求F点的坐标;
(2)如果一条不与抛物线对称轴平行的直线与抛物线仅一个交点,我们把这条直线称为抛物线的切线,已知抛物线经过O,F,且直线y=6x﹣36是该抛物线的切线.求抛物线的解析式.并验证点M(5,﹣5)是否在该抛物线上.
(3)在(2)的条件下,若点P是位于该二次函数对称轴右侧图象上不与顶点重合的任意一点,试比较∠POF与∠MOF的大小(不必证明),并写出此时点P的横坐标xP的取值范围.
【分析】(1)由折叠可知AD=AF,再由直角三角形的勾股定理求解即可;
(2)设y=ax2+bx,将F(6,0)代入可得b=﹣6a,可得y=ax2﹣6ax,联立方程组,Δ=0,可得a=1,即可求抛物线的解析式;
(3)设P(xP,xP2﹣6xP),过点M作MG⊥x轴交于G,过P点作PH⊥x轴交于H,可得∠MOF=45°,当∠POH=45°时,xP=7,再分三种情况讨论:当xP=7时∠POF=∠MOF;当xP>7时∠POF>∠MOF;当3<xP<7时∠POF<∠MOF.
【解答】解:(1)由折叠可知AD=AF,
∵AD=10,
∴AF=10,
∵AO=8,
∴OF=6,
∴F(6,0);
(2)设y=ax2+bx,
将F(6,0)代入可得b=﹣6a,
∴y=ax2﹣6ax,
联立方程组,
整理得ax2﹣6ax﹣6x+36=0,
∴Δ=0,可得a=1,
∴y=x2﹣6x,
将点M(5,﹣5)代入y=x2﹣6x,等式成立,
∴M点在抛物线上;
(3)设P(xP,xP2﹣6xP),
∵M(5,﹣5),
过点M作MG⊥x轴交于G,过P点作PH⊥x轴交于H,
∴MG=OG=5,
∴∠MOF=45°,
当∠POH=45°时,xP=xP2﹣6xP,
∴xP=0(舍)或xP=7,
∴当xP=7时∠POF=∠MOF;
当xP>7时∠POF>∠MOF;
当3<xP<7时∠POF<∠MOF.
14.(2022•南京模拟)已知,如图,抛物线与坐标轴相交于点A(﹣1,0),C(0,﹣3)两点,对称轴为直线x=1,对称轴与x轴交于点D.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P是抛物线上的点,当∠ACP=45°时,求点P的坐标;
(3)点F为二次函数图象上与点C对称的点,点M在抛物线上,点N在抛物线的对称轴上,是否存在以点F,A,M,N为顶点的平行四边形?若存在,直接写出点M的坐标,若不存在,说明理由.
【分析】(1)由对称轴为直线x=1则设抛物线y=a(x﹣1)2+k代入点A、C的坐标求出解析式;
(2)过AC作AQ⊥AC,且AQ=AC,过A作MN∥y轴,过C作CN⊥MN于N,过Q作QM⊥MN于M,构建△MQA≌△NAC,即可得出Q(2,1),求得直线CQ的解析式为:yCQ=2x﹣3与抛物线解析式联立即可得出P点坐标;
(3)设N(1,n),M(m,m2﹣2m﹣3),分以AF为对角线时以AN为对角线时,以AM为对角线时,进行讨论,列出方程组,即可解答问题.
【解答】解:(1)∵抛物线对称轴为直线x=1,
∴设抛物线y=a(x﹣1)2+k,
把A(﹣1,0),C(0,﹣3)代入y=a(x﹣1)2+k得:,
∴,
∴y=(x﹣1)2﹣4;
(2)如图过AC作AQ⊥AC,且AQ=AC,过A作MN∥y轴,过C作CN⊥MN于N,过Q作QM⊥MN于M,
∴∠ACQ=45°,点P即所求的点,
∴∠QMA=∠CNA=90°,∠QAC=90°,
∴∠1+∠2=90°,∠1+∠MQA=90°,
∴∠2=∠MQA,
∴△MQA≌△NAC(AAS),
∴MA=NC=1,MQ=AN=3,
∴Q(2,1),
设直线CQ的解析式为y=kx+b,
∴,
∴,
∴yCQ=2x﹣3,
∴,
∴,,
∴P(4,5);
(3)∵y=(x﹣1)2﹣4,
∴y=x2﹣2x﹣3,
依题意设N(1,n),M(m,m2﹣2m﹣3),
∵C(0,﹣3),对称轴为直线x=1,
∴F(2,﹣3),
∵A(﹣1,0),F(2,﹣3),N(1,n),M(m,m2﹣2m﹣3),
当以AF为对角线时,
,
∴m=0,
∴M(0,﹣3),
当以AN为对角线时,
,
∴m=﹣2,
∴M(﹣2,5),
当以AM为对角线时,
,
∴m=4,
∴M(4,5),
综上所述:M(0,﹣3)或M(﹣2,5)或M(4,5).
15.(2022•兴宁区校级模拟)如图,已知二次函数y=ax2+bx+c的图象经过点C(2,﹣3),且与x轴交于原点及点B(8,0),点A为抛物线的顶点.
(1)求二次函数的表达式;
(2)在抛物线的对称轴上是否存在点M,使△ABM是等腰三角形?如果存在,请求出点M的坐标.如果不存在,请说明理由;
(3)若点P为⊙O上的动点,且⊙O的半径为,求的最小值.
【分析】(1)运用待定系数法即可求出答案;
(2)分三种情况:①当AM=BM,时,点P与F重合;②当AB=AM=4时,M在x上方和下方两种情况;③当AB=BM=4时,由等腰三角形“三线合一”即可求出;
(3)如图2,以O为圆心,为半径作圆,则点P在圆周上,在OA上取点D,使OD=,连接PD,根据相似三角形的判定定理得到△APO∽△PDO,根据相似三角形的性质得到===2,从而得:PD=AP,当B、P、D三点共线时,PD+PB取得最小值,过点D作DG⊥OB于点G,由于OD=,且△ABO为等腰直角三角形,根据勾股定理即可得到结论.
【解答】解:(1)由题意,
解得:,
∴二次函数的表达式为y=x2﹣2x;
(2)过点A作直线AF⊥x轴于点F,
由(1)得y=(x﹣4)2﹣4,
∴抛物线的顶点A(4,﹣4),
①AM=BM,
∵B(8,0),
∴BF=4,
∵∠AFB=90°,AF=BF=4,
∴△ABF是等腰直角三角形,
∴M在点F处,△ABM是等腰直角三角形,此时M为(4,0),
②AB=AM,
由①得△ABF是等腰直角三角形,BF=4,
∴AB===4,
∴M为(4,﹣4﹣4)或(4,﹣4+4),
③AB=BM,
∵AB=BM,BF⊥AM,
∴MF=AF,
∴M为(4,4),
综上所述,M为(4,0),(4,﹣4﹣4)或(4,﹣4+4)或(4,4);
(3)如图2,以O为圆心,为半径作圆,则点P在圆周上,
在OA上取点D,使OD=,连接PD,
则在△APO和△PDO中,
满足:==2,∠AOP=∠POD,
∴△APO∽△PDO,
∴===2,
从而得:PD=AP,
∴AP+PB=PD+PB,
∴当B、P、D三点共线时,PD+PB取得最小值,
过点D作DG⊥OB于点G,由于OD=,且△ABO为等腰直角三角形,
则有DG=1,∠DOG=45°,
∴AP+PB的最小值为:AP+PB=DB===5.
16.(2022•南京模拟)已知二次函数解析式为y=x﹣1(a≠0),该抛物线与y轴交于点A,其顶点记为B,点A关于抛物线对称轴的对称点记为C.已知点D在抛物线上,且点D的横坐标为2,DE⊥y轴交抛物线于点E.
(1)求点D的纵坐标.
(2)当△ABC是等腰直角三角形时,求出a的值.
(3)当0≤x≤2时,函数的最大值与最小值的差为2时,求a的取值范围.
(4)设点R(a﹣3,﹣1),点A、R关于直线DE的对称点分别为N、M,当抛物线在以A、R、M、N为顶点的四边形内部的图象中,y随x的增大而增大或y随x的增大而减小时,直接写出a的取值范围.
【分析】(1)将x=2代入抛物线解析式即可求D点坐标;
(2)求出B(,﹣),C(a+2,﹣1),由题意可得||=|﹣1+|,求出a的值即可;
(3)分四种情况讨论:①当<0时,a<﹣2符合题意;②当>2时,a>2,符合题意;③当0≤≤1时,﹣2≤a<0,得a=﹣2;④当1<≤2时,0<a≤2,得a=2;
(4)由A(0,﹣1),R(a﹣3,﹣1),得N(0,﹣5),R(a﹣3,﹣5),当a>0且≥a﹣3时,a﹣3>0,可得3<a≤8;当a>0且<a﹣3时,a﹣3>0,(a﹣3)2﹣•(a﹣3)﹣1≤﹣5,解得a≤15;当a<0时,﹣≥﹣1,解得a<0.
【解答】解:(1)当x=2时,y=﹣3,
∴D(2,﹣3);
(2)令x=0,则y=﹣1,
∴A(0,﹣1),
∵y=x﹣1=(x﹣)2﹣,
∴顶点B(,﹣),
∵抛物线的对称轴为直线x=,
∴C(a+2,﹣1),
∵△ABC是等腰直角三角形,
∴AB⊥BC,
∴||=|﹣1+|,
解得a=±2或a=﹣,
当a=2时,B(0,1),C(0,﹣1),此时C点与A点重合,
∴a=2(舍);
∴a=﹣2或a=﹣;
(3)∵抛物线的对称轴为直线x=,
①当<0时,a<﹣2,
此时当x=0时,函数有最大值﹣1,
当x=2时,函数有最小值﹣3,
∴函数的最大值与最小值的差为2;
②当>2时,a>2,
此时当x=0时,函数有最大值﹣1,
当x=2时,函数有最小值﹣3,
∴函数的最大值与最小值的差为2;
③当0≤≤1时,﹣2≤a<0,
此时当x=,函数有最大值﹣,
当x=2时,函数有最小值﹣3,
∵函数的最大值与最小值的差为2,
∴﹣+3=2,
∴=1,
解得a=﹣2;
④当1<≤2时,0<a≤2,
此时当x=0时,函数有最大值﹣1,
当x=时,函数有最小值﹣,
∵函数的最大值与最小值的差为2,
∴﹣1+=2,
∴=3,
解得a=2;
综上所述:a≤﹣2或a≥2时,函数的最大值与最小值的差为2;
(4)∵D(2,﹣3),DE⊥y轴,
∴DE所在直线为y=﹣3,
∵A(0,﹣1),R(a﹣3,﹣1),
∴N(0,﹣5),R(a﹣3,﹣5),
当a>0且≥a﹣3时,
∴0<a≤8,
∵a﹣3>0,
∴3<a≤8;此时抛物线在以A、R、M、N为顶点的四边形内部的图象,y随x的增大而减小;
当a>0且<a﹣3时,
解得a>8,
∵a﹣3>0,
∴a>3,
∵(a﹣3)2﹣•(a﹣3)﹣1≤﹣5,
解得a≥15;此时抛物线在以A、R、M、N为顶点的四边形内部的图象,y随x的增大而减小;
当a<0时,﹣≥﹣1,
解得a<0,此时抛物线在以A、R、M、N为顶点的四边形内部的图象,y随x的增大而增大;
综上所述:a≥15或a<0或3<a≤8时,符合题意.
17.(2021•九龙坡区校级模拟)若直线y=﹣2x+4与y轴交于点A,与x轴交于点B,二次函数y=ax2+3x+c的图象经过点A,交x轴于C、D两点,且抛物线的对称轴为直线x=.
(1)求二次函数的解析式;
(2)过点C作直线CE∥AB交y轴于点E,点P是直线CE上一动点,点Q是第一象限抛物线上一动点,求四边形APBQ面积的最大值与此时点Q的坐标;
(3)在(2)的结论下,点E是抛物线的顶点,对称轴与x轴交于点G,直线EQ交x轴于点F,在抛物线的对称轴上是否存在一点M,使得∠MFQ+∠CAO=45°,求点M的坐标.
【分析】(1)先由直线y=﹣2x+4求出点A的坐标,再由点A在抛物线上和抛物线的对称轴为直线x=列方程组求出a、c的值;
(2)根据直线y=﹣2x+4求出点B的坐标,根据(1)中求得的抛物线的解析式求出点C的坐标,△ABP的面积等于△ABC的面积且为定值,设点Q的横坐标为x,过点Q分别作x轴、y轴的垂线,用含x的代数表示△ABQ的面积,再根据二次函数的性质求出当△ABQ的面积最大时的x值,进而求出四边形APBQ面积的最大值及此时点Q的坐标;
(3)通过计算,得出GE=GF,可见∠GFQ=45°.当点M在直线EF下方,则只要作出∠GFM=∠CAO,则∠MFQ=∠CAO.可通过求EQ的解析式的方法求得点F的坐标,再求MG的长,从而得到点M的坐标;当点M在直线EF的上方,作点M关于直线EF的对称点J,求直线FJ的解析式,再求出另一点M的坐标.
【解答】解:(1)由直线y=﹣2x+4与y轴交于点A,得A(0,4),
又抛物线经过点A且对称轴为直线x=,
则c=4,由﹣=,得a=﹣1,
∴二次函数的解析式为y=﹣x2+3x+4.
(2)如图1,作QH⊥AB于点H,QN∥y轴交直线AB于点N.
设点Q(x,﹣x2+3x+4),则F(x,﹣2x+4);
当y=0时,由﹣x2+3x+4=0得,x1=﹣1,x2=4,
∴C(﹣1,0),D(4,0);
由﹣2x+4=0,得x=2,
∴B(2,0),
∴AB=.
∵∠HNQ=∠OAB,
∴,
∴HQ=QN=(﹣x2+3x+4+2x﹣4)=(﹣x2+5x),
由CE∥AB,可得,
∴S四边形APBQ=S△ABQ+S△ABP
=(﹣x2+5x)+6
=﹣x2+5x+6
=﹣(x﹣)2+,
∴当x=时,四边形APBQ的面积最大,四边形APBQ的最大面积为,此时Q(,).
(3)存在.
如图2,由y=﹣x2+3x+4=﹣(x﹣)2+,得E(,),又Q(,),
设直线EF的解析式为y=kx+b,则,解得,
∴F(,0),GF===GE,
∴△EGF是等腰直角三角形.
若点M在直线EF下方,当时,则∠GFM=∠CAO,
∴∠MFQ+∠CAO=45°,此时MG=×=,
∴M(,).
若点M在直线EF上方,作点M关于直线EF的对称点J,连接EJ,则△MEJ是等腰直角三角形,
∴EJ∥x轴.
∵EJ=EM=,
∴J(,).
设直线FJ的解析式为y=mx+n,则,
解得,
∴y=﹣4x+31,当x=时,y=﹣4×+31=25,
此时,M(,25).
综上所述,点M的坐标为(,)或(,25)
18.(2022•成都模拟)如图1所示,直线y=x+3与x轴、y轴分别相交于点A,点B,点C(1,2)在经过点A,B的二次函数y=ax2+bx+c的图象上.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P为线段AB上(不与端点重合)的一动点,过点P作PQ∥y轴交抛物线于点Q,求PQ+PB取得最大值时点P的坐标;
(3)如图2,连接BC并延长,交x轴于点D,E为第三象限抛物线上一点,连接DE,点G为x轴上一点,且G(﹣1,0),直线CG与DE交于点F,点H在线段CF上,且∠CFD+∠ABH=45°,连接BH交OA于点M,已知∠GDF=∠HBO,求点H的坐标.
【分析】(1)求得A、B两点坐标,将A、B、C三点坐标代入抛物线的解析式,进而求得结果;
(2)作PD⊥OB于D,设出点P和Q点坐标,表示出PQ的长,由△BPD∽△BAO表示出PB,从而表示出PQ+PB,进而根据二次函数性质求得结果;
(3)作CN⊥AD于N,作MT⊥AB于T,根据条件推出BM平分∠ABO,根据S△ABM+S△BOM=S△AOB,求得OM长,进而得出直线CG,BM的解析式,进一步求得结果.
【解答】解:(1)由题意得:A(﹣4,0),B(0,3),
∴,
∴,
∴y=﹣﹣+3;
(2)如图1,
作PD⊥OB于D,
设Q(m,﹣﹣+3),P(m,m+3),
∴PQ=﹣﹣+3﹣(=﹣﹣,
∵PD∥OA,
∴△BPD∽△BAO,
∴=,
∴=,
∴PB=﹣,
∴PQ+PB=﹣﹣m﹣m=﹣﹣,
∴当m=﹣=﹣,
∵+3=,
∴P(﹣,);
(3)如图2,
作CN⊥AD于N,作MT⊥AB于T,
∵C(1,2),G(﹣1,0),
∴CN=GN=2,
∴∠CGN=∠NCG=45°,
∴∠CFD+∠GDF=45°,
∵∠CFD+∠ABH=45°,
∴∠GDF=∠ABH,
∵∠GDF=∠HBO,
∴∠ABH=∠HBO,
∴OM=MT,
∵S△ABM+S△BOM=S△AOB,
∴,
∴5OM+3OM=3×4,
∴OM=,
∴M(﹣,0),
∴直线BM的解析式为:y=2x+3,
∵C(1,2),G(﹣1,0),
∴直线CG的解析式为:y=x+1,
由2x+3=x+1得,x=﹣2,
∴x+1=﹣1,
∴H(﹣2,﹣1).
19.(2022秋•甘井子区校级月考)抛物线y=x2+bx+c过A(﹣1,0),B(3,0)两点,与y轴相交于点C,点C、D关于抛物线的对称轴对称.
(1)抛物线的解析式是 y=x2﹣2x﹣3 ,△ABD的面积为 6 ;
(2)在直线AD下方的抛物线上存在点P,使△APD的面积最大,求出最大面积.
(3)当t≤x≤t+1时,函数y=x2+bx+c的最小值为5,求t的值.
(4)若点M在y轴上运动,点N在x轴上运动,当以点D、M、N为顶点的三角形为等腰直角三角形时,请直接写出此时M点的坐标.
【分析】(1)把A(﹣1,0),B(3,0)代入y=x2+bx+c中,可求抛物线的解析式,再利用三角形的面积公式求△ABD的面积即可;
(2)过点P作PM⊥x轴于点M,交AD于点N.设点P的横坐标为m,则P(m,m2﹣2m﹣3),N(m,﹣m﹣1),可得PN=﹣m﹣1﹣(m2﹣2m﹣3)=﹣m2+m+2.可得S△APD=S△APN+S△DPN=﹣(m﹣)2+.根据二次函数的最值即可求解;
(3)将二次函数解析式化为顶点式,分类讨论x=t,x=t+1时y取最小值;
(4)分三种情形,①当∠DNM=90°,ND=NM时,②当∠DMN=90°,MN=MD时,③当∠NDM=90°,DN=DM时,分别求解即可.
【解答】解:(1)把A(﹣1,0),B(3,0)分别代入y=x2+bx+c(a≠0)中,
得,
解得:,
∴抛物线的解析式为y=x2﹣2x﹣3,
∴C(0,﹣3),
∵点C、D关于抛物线的对称轴对称,y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴抛物线的对称轴为x=1,点D(2,﹣3),
∴△ABD的面积为AB•OC=×4×3=6,
故答案为:y=x2﹣2x﹣3,6;
(2)过点P作PM⊥x轴于点M,交AD于点N.
设直线AD的解析式为y=kx+a,
把A(﹣1,0),D(2,﹣3)分别代入y=kx+a中,
得,
解得:,
∴直线AD的解析式为y=﹣x﹣1,
设点P的横坐标为m,则P(m,m2﹣2m﹣3),N(m,﹣m﹣1),
∴PN=﹣m﹣1﹣(m2﹣2m﹣3)=﹣m2+m+2.
∴S△APD=S△APN+S△DPN
=PN•(xD﹣xA)
=×(﹣m2+m+2)×(2+1)
=﹣×(m2﹣m﹣2)
=﹣(m﹣)2+.
∴当m=时,△APD的最大面积为;
(3)∵y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴抛物线开口向上,对称轴为直线x=1,顶点坐标为(1,﹣4),
①当t+1<1时,t<0,
当x=t+1时,y=(t+1﹣1)2﹣4=5为最小值,
解得t=3(舍去)或t=﹣3;
②当t≤1,t+1≥1时,0≤t≤1,
此时,函数的最小值为﹣4≠5;
③当t>1时,
x=t时,y=(t﹣1)2﹣4=5为最小值,
解得t=4或t=﹣2(舍去),
综上所述,t的值为﹣3或4;
(4)①当∠DNM=90°,ND=NM时,如图,过点D作DE⊥x轴于E,
∴DE=3,OE=2,
∵∠MON=∠DEN=90°,∠DNM=90°,
∴∠MNO=∠NDE,
∵ND=NM,
∴△MNO≌△NDE(AAS),
∴OM=EN,ON=DE=3,
∴OM=EN=ON﹣OE=3﹣2=1,
∴M(0,1),
如图,同理可得NE=OM=ON+OE=DE+OE=3+2=5,
∴M(0,5);
②当∠DMN=90°,MN=MD时,
∵点C、D关于抛物线的对称轴对称.
∴CD⊥y轴,
∴∠DCM=∠MON=90°=∠DMN,
∴∠DMC=∠MNO,
∵MN=MD,
∴△MNO≌△DMC(AAS),
∴OM=CD=2,
∴M(0,2)或(0,﹣2),
③当∠NDM=90°时,过点D作DE⊥x轴于E,
同理可得△DCM≌△DEN,则DC=DN,
∵D(2,﹣3),
∴DC=2,DN=3,与DC=DN矛盾,故此种情况不存在,
综上所述,满足条件的M点的坐标为(0,1)或(0,5)或(0,2)或(0,﹣2).
20.(2021秋•沙坪坝区月考)如图,抛物线与x轴交于A、B两点(点A在点B的左侧),与y轴交于点C,点E与点C关于抛物线对称轴对称,抛物线的对称轴与x轴交于点G.
(1)求直线AE的解析式及△ACE的面积.
(2)如图1,连接AE,交y轴于点D,点P为直线AE上方抛物线一点,连接PD、PE,直线l过点B且平行于AE,点F为直线l上一点,连接FD、FE,当四边形PDFE面积最大时,在y轴上有一点N,连接PN,过点N作NM垂直于抛物线对称轴于点M,求的最小值.
(3)连接AC,将△AOC向右平移得△A'O'C',当A'C'的中点恰好落在∠CAB的平分线上时,将△A'O'C'绕点O'旋转,记旋转后的三角形为△A″O′C″,在旋转过程中,直线A″C″与y轴交于点K,与直线AC交于点H,在平面中是否存在一点Q,使得以C、K、H、Q为顶点的四边形是以KH为边的菱形,若存在,请直接写出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)由抛物线解析式可求得点A,B,C,E的坐标,由待定系数法可求出AE的解析式;根据三角形的面积公式可得出△ACE的面积;
(2)根据AE∥BF可得S△DEF为定值,由铅锤法可求得S△PDE的最大值,此时S四边形PDFE 最大,确定点P坐标,PN+NM+MG的最小值转化为PN+NM+NO的最小值,其中NM是定值,问题本质是“胡不归”问题,再构造60°角转化NO,利用垂线段最短即可求得其最小值;
(3)根据A′C′中点落在∠CAB的角平分线上可确定点O′坐标,再求出当△CKH为等腰三角形时,K,H的坐标,最后利用翻折或菱形的性质求得点Q坐标.
【解答】解:(1)作O与y轴夹角是60°角的直线l2,作PS∥y轴交AE于点S,交l2于点J,作NT⊥l2于点T,设直线FB与y轴交于点I,连接IE,IE,如图:
∵=﹣(x+1)(x﹣3)=﹣(x﹣1)2+,
令y=0得x=﹣1或x=3,
∴A(﹣1,0),B(3,0),
令x=0得y=,
∴C(0,),
∵抛物线对称轴为直线x=1,C、E关于对称轴对称,
∴E(2,),
设直线AE解析式为y=kx+b,
则,解得,
∴直线AE的解析式为:y=x+,
∴D(0,),
∴CD=.
∴S△ACE=CD•(xE﹣xA)=ו[2﹣(﹣1)]=.
(2)∵AE∥BF,B(3,0)
∴直线BF的解析式为:y=x﹣,
∴I(0,﹣),
∴S△DEF=S△DEI=DI•xE=×(+)×2=,
设P(m,﹣m2+m+),(﹣1<m<2),则S(m,m+),
∴PS=(m﹣m2+m+)﹣(m+)=﹣m2+m+)=﹣(m﹣)2+,
∴S△PDE=PS•(xE﹣xD)=×[﹣(m﹣)2+]×2=﹣(m﹣)2+,
当m=时,S△PDE有最大值,S四边形PDFE取得最大值,此时P(,),
∵NM⊥MG,MG⊥OG,OG⊥ON,
∴∠NMG=∠MGO=∠GON=90°,
∴四边形NMGO为矩形,
∴NO=MG,
∴PN+NM+MG=PN+1+NO=PN+1+NO•sin∠NOT=PN+1+NT≥1+PT,
∴当P,N,T三点共线且PT⊥l2时,PN+NM+MG取得最小值,
∵直线l2过原点且∠NOT=60°,
∴直线l2的解析式为:y=﹣x,
∴J(,﹣),
∴PJ=+=,
∴PN+NM+MG的最小值为1+•sin∠PJT=1+=;
(3)存在,理由如下:
设A′C′的中点为L,AL平分∠OAC,作LX⊥OB于点X,如图2:
∵OC=,OA=1,
∴tan∠OAC==,
∴∠OAC=∠O′A′C′=60°,
∵AL平分∠OAC,
∴∠A′AL=∠A′LA=30°,
∴A′A=A′L,
∵L为A′C′的中点,
∴LX=C′O′=,
∴A′L==1,
∴A′A=A′L=1,即O,A′重合,O′(1,0)
①当HC=HK时,设直线A′′C′′与x轴交于点Y,如图3:
将△HCK沿y轴翻折可得菱形CHKQ,
∴∠HKC=∠HCK=∠ACO=30°,
∴∠O′YA′′=∠O′A′′Y=60°,
∴O′Y=O′A′′=1,
∴Y(2,0),
∵kA′′C′′=﹣,
∴由待定系数法直线A′′C′′的解析式为:y=﹣x+2,
∵A(﹣1,0),C(0,),
∴直线AC的解析式为:y=x+,
令﹣x+2=x+,
解得x=,
∴H(,),
∴Q(﹣,).
如图4:
同理可得:∠HKC=∠HCK=30°,
∴∠YHA=∠YAH=60°,
∴∠O′YA′′=∠O′A′′Y=60°,kA′′C′′=﹣,
∴O′Y=O′A′′=O′O=1,
∴O,K,Y重合,
∴直线A′′C′′的解析式为:y=﹣x,
令x+=﹣x,
解得x=﹣.
∴H(﹣,),
∴Q(,).
②当KH=KC时,作QZ⊥OC于点Z,如图5:
∵∠KHC=∠KCH=30°,∠CAY=60°,
∴∠CKY=60°,∠O′YC′′=∠O′C′′Y=30°,
∴kA′′C′′=,O′Y=O′C′′=,
∴Y(1+,0),
∴由待定系数法得直线A′′C′′的解析式为:y=x﹣﹣1,
∴K(0,﹣﹣1),
在菱形CKHQ中,CQ=CK=++1=,
∵∠QCZ=2∠KCH=60°,
∴CZ=CQ•cos∠QCZ=,QZ=CQ•sin∠QCZ=,
∴OZ=OC﹣CZ=﹣=,
∴Q(﹣,).
如图6:
∵∠KHC=∠KCH=30°,∠CAO=60°
∴∠C′′YO′=∠AYH=∠O′C′′A′′=30°
∴O′Y=O′C′′=,kAkA′′C′′=,
∴Y(1﹣,0),
∴由待定系数法得直线A′′C′′的解析式为:y=x﹣+1,
∴K(0,﹣+1),
在菱形CKHQ中,CQ=CK=+﹣1=,
∴CZ=CQ•cos∠QCZ=,QZ=CQ•sin∠QCZ=,
∴OZ=OC﹣CZ=﹣=,
∴Q(,).
综上所述,点Q的坐标为:(﹣,)或(,)或Q(﹣,)或(,).
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