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2023年中考数学二轮复习二次函数压轴题专题16 存在性-菱形(教师版)
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这是一份2023年中考数学二轮复习二次函数压轴题专题16 存在性-菱形(教师版),共45页。试卷主要包含了综合与探究等内容,欢迎下载使用。
中考数学压轴题--二次函数--存在性问题
第16节 菱形的存在性
方法点拨
菱形ABCD,M为对角线AC与BD的交点,则M的坐标为()或者()
解题方法:(在平行四边形的基础上增加对角线垂直或者邻边相等)
(1)选一定点,再将这一定点与另外点的连线作为对角线,分类讨论;
(2)利用中点坐标公式列方程:;
(3)对角线垂直:
例题演练
1.如图,在平面直角坐标系中,已知抛物线y=﹣x2+x+2与x轴相交于A,B两点,与y轴交于点C.
(1)求B、C两点的坐标;
(2)点P为直线BC上方抛物线上的任意一点,过P作PF∥x轴交直线BC于点F,过P作PE∥y轴交直线BC于点E,求线段EF的最大值及此时P点坐标;
(3)将该抛物线沿着射线AC方向平移个单位得到新抛物线y′,N是新抛物线对称轴上一点,在平面直角坐标系中是否存在点Q,使以点B、C、Q、N为顶点的四边形为菱形,若存在,请直接写出点Q点的坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)令x=0,则=2,解得点C坐标为(0,2),
令y=0,即,解得:x=4或﹣1,
∴点B坐标为(4,0).
(2)设直线BC解析式为y=kx+b,代入点B、点C坐标,得:
,解得:.
∴直线BC解析式为y=x+2.
设P坐标为(m,),则E坐标为(m,m+2),其中0≤m≤4.
设点F横坐标为xF,纵坐标yF=,
令•xF+2=,解得:xF=m2﹣3m.
∴PE=﹣(m+2)=,PF=m﹣(m2﹣3m)=﹣m2+4m.
∴EF=
=
=
=
=
=
=
=.
∵,则当m=2时,EF有最大值,此时点P坐标为(2,3).
(3)存在点Q,使以点B、C、Q、N为顶点的四边形为菱形.
点Q坐标为(2,6)或(2,﹣2)或(6,4)或(6,﹣4),理由如下:
∵OA=1,OC=2,
∴AC=.
又∵,
∴抛物线沿着射线AC方向平移个单位,实际上等同于将该抛物线向右移动个单位,向上移动1个单位.
∵原抛物线对称轴方程为x=,
∴新抛物线对称轴方程为x=+=2.
设点N坐标为(2,n)、点Q坐标为(a,b).
当BC为菱形的边时:
①以点B为圆心,BC为半径画圆交对称轴x=2于点N1、N2.如图1.
此时,BC=BN1=BN2==2.
∴,即,解得:MN1=4.
故点N1坐标为(2,4),同理可得点N2坐标为(2,﹣4).
由菱形对角线性质和中点坐标公式可得:
,
即,解得:;
或,解得:.
∴点Q1坐标为(﹣2,6),Q2(﹣2,﹣2).
②以点C为圆心,CB为半径画圆交对称轴x=2于点N3、N4,作N3P⊥y轴于点P,如图2.
此时CB=CN3=CN4=,PN3=2,PC===4,
故点N3坐标为(2,6),同理可得N4坐标为(2,﹣2).
由菱形对角线性质和中点坐标公式可得:
,
即,解得:;
或,解得:.
∴点Q3坐标为(6,4),Q4(6,﹣4).
当BC为菱形的对角线时,则NQ为另一对角线,BC垂直平分NQ,
此时BC中点坐标为(2,1),又N(2,n)且NC=NB,
则N点必与BC中点重合,
∴此时不存在点Q,则不能构成菱形.
综上所述,点Q坐标为(2,6)或(2,﹣2)或(6,4)或(6,﹣4).
2.如图,抛物线y=与x轴交于A,B两点(点A在点B右侧),与y轴交于点C,点D是抛物线的顶点.
(1)如图1,连接AC,BC,判断△ABC的形状,说明理由;
(2)如图2,若点P是直线AC上方抛物线上一动点,过点P作PE∥BC交AC于点E,作PQ∥y轴交AC于点Q,求CE+AQ的最小值及此时E点坐标;
(3)将该抛物线向左平移2个单位长度得到抛物线y=a1x2+b1x+c1(a1≠0),平移后的抛物线与原抛物线相交于点P,点Q为原抛物线对称轴上的一点,在平面直角坐标系中是否存在点M,使以点A,P,Q,M为顶点的四边形为菱形,若存在,请直接写出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)△ABC为直角三角形,理由如下:
当x=0时,y=2,
当y=0时,0=,
解得x1=﹣2,x2=6,
∴A(6,0),B(﹣2,0),C(0,2),
∵BC2=OB2+OC2=16,AC2=OA2+OC2=48,AB2=82=64,
∴BC2+AC2=AB2,
∴△ABC是直角三角形;
(2)由(1)得,tan∠BCO==,
故∠BCO=30°,
∵A(6,0),C(0,2),
∴直线AC的解析式为y=﹣x+2,
∵CE+AQ=AC﹣EQ,
∴当EQ最大时,CE+AQ最小,
∵PE∥BC,PO∥y轴,
∴∠BCO=∠QPE=30°,
∴EQ=PQ,
设P点的坐标为(m,﹣m2+m+2),则Q点的坐标为(m,﹣m+2),
∴EQ=PQ=[﹣m2+m+2﹣(﹣m+2)]=﹣m2+m=﹣(m﹣3)2+,
当m=3时,EQ最大,最大值为,
此时P(3,),
∵PE∥BC,
∴PE⊥AC,
设直线PE的解析式为y=x+b,
把P点代入可得b=﹣,
即直线PE的解析式为y=x﹣,
联立直线AC、PE的解析式解得,
∴E点坐标为(,),
CE+AQ最小值为CE+EQ=AC﹣EQ=4=;
(3)存在,
由题知平移后的解析式为y=﹣(x﹣2)2+(x﹣2)+2=﹣x2+,
与原解析式联立解得,
∴P点的坐标为(1,),
∵原抛物线对称轴为x=﹣==2,
∴设Q点的坐标为(2,n),
①当AP2=AQ2时,52+()2=42+n2,
解得n=±,
则Q点的坐标为(2,)或(2,﹣),
∴M点的坐标为(﹣3,)或(﹣3,),
②当AP2=PQ2时,52+()2=12+(n﹣)2,
解得n=,
则Q点的坐标为(2,)或(2,),
∴M点的坐标为(7,)或(7,﹣),
③当QA2=PQ2时,42+n2=12+(n﹣)2,
解得n=,
则Q点的坐标为(2,),
∴M点的坐标为(5,),
综上,M点的坐标可能为(5,)或(7,)或(7,﹣)或(﹣3,)或(﹣3,).
3.如图,抛物线y=﹣x2﹣2x+3与x轴相交于A、B两点(点A在点B的左侧),交y轴与点C,点D为该抛物线的顶点,连接AC.
(1)如图1,连接DA、DC,求点D的坐标和△ACD的面积;
(2)如图2,点P是直线AC上方的抛物线上一动点,过点P作PE∥y轴,交直线AC于点E,过点P作PF⊥AC,垂足为F,当△PEF周长最大时,在x轴上存在一点Q,使|QP﹣QD|的值最大,请求出这个最大值以及点P的坐标;
(3)当(2)题中|QP﹣QD|取得最大值时,点M为直线x=﹣2上的一点,在平面直角坐标系中是否存在点N,使得点D、Q、M、N为顶点的四边形为菱形,若存在,请直接写出点N的坐标,若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)如图1中,连接OD.
∵抛物线y=﹣x2﹣2x+3=﹣(x+1)2+4,
∴点D(﹣1,4),
令y=0,得到x2+2x﹣3=0,解得x=﹣3或1,
∴A(﹣3,0),B(1,0),
令x=0,得到y=3,
∴C(0,3),
∴S△ADC=S△AOD+S△COD﹣S△AOC=×3×4+×3×1﹣×3×3=2.
(2)如图2中,延长PE交OA于H.
∵OA=OC=3∠AOC=90°,
∴∠OAC=∠ACO=45°,
∵PE∥y轴,
∴∠AHE=90°,
∴∠AEH=∠PEF=45°,
∵PF⊥AC,
∴∠AEF=90°,
∴△PEF是等腰直角三角形,
∴PE的值最大时,△PEF的周长最大,
设P(m,﹣m2﹣2m+3),
∵直线AC的解析式为y=x+3,
∴E(m,m+3),
∴PE=﹣m2﹣2m+3﹣m﹣3=﹣m2﹣3m=﹣(m+)2+,
∵﹣1<0,
∴m=﹣时,△PEF的周长最大,此时P(﹣,),
∵D(﹣1,4),
∴PD==,
∵|QP﹣QD|≤PD,
∴|QP﹣QD|≤,
∴|QP﹣QD|的最大值为,
此时P,D,Q共线,
∵直线PD的解析式y=x+,
令y=0,得到x=﹣9,
∴Q(﹣9,0).
(3)如图3中,由(2)可知,Q(﹣9,0),D(﹣1,4),则DQ==4.
当DQ是菱形的边时,DM=DQ=4,
设M(﹣2,t),则12+(4﹣t)2=80,
解得t=4±,
∴M1(﹣2,4+),M2(﹣2,4﹣),
∵DN与MQ互相平分,
∴N1(﹣10,),N2(﹣10,﹣),
当DQ是菱形的对角线时,设M(﹣2,n),
∵MQ=MD,
∴72+n2=12+(4﹣n)2,
∴n=﹣5,
∴M3(﹣2,﹣5),
∵DQ与MN互相平分,
∴N3(﹣8,9),
综上所述,满足条件的点N的坐标为(﹣10,)或(﹣10,﹣)或(﹣8,9).
4.如图,在平面直角坐标系中,抛物线C1:y=﹣x2+bx+c的图象与坐标轴交于A、B、C三点,其中点A的坐标为(0,8),点B的坐标为(﹣4,0),点D的坐标为(0,4).
(1)求该二次函数的表达式及点C的坐标;
(2)若点F为该抛物线在第一象限内的一动点,求△FCD面积的最大值;
(3)如图2,将抛物线C1向右平移2个单位,向下平移5个单位得到抛物线C2,M为抛物线C2上一动点,N为平面内一动点,问是否存在这样的点M、N,使得四边形DMCN为菱形,若存在,请直接写出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)把A(0,8)、B(﹣4,0)代入y=﹣x2+bx+c,
得,解得,
∴该二次函数的表达式为y=x2+x+8;
当y=0时,由x2+x+8=0,得x1=﹣4,x2=8,
∴C(8,0).
(2)如图1,作FG⊥x轴于点G,交CD于点E.
设直线CD的函数表达式为y=kx+4,则8k+4=0,解得k=,
∴y=x+4.
设F(x,x2+x+8)(0<x<8),则E(x,x+4),
∴EF=x2+x+8+x﹣4=x2+x+4,
∵S△FCD=OG•EF+CG•EF=OC•EF,
∴S△FCD=×8(x2+x+4)=﹣x2+6x+16=﹣(x﹣3)2+25,
∴当x=3时,△FCD面积的最大值为25.
(3)存在.
由题意可知,点M、N在线段CD的垂直平分线上.
抛物线C1:y=x2+x+8=(x﹣2)2+9,
平移后得抛物线C2:y=(x﹣4)2+4=x2+2x.
如图2,设CD的中点为Q,则Q(4,2),
过点Q作CD的垂线交抛物线C2于点M,交x轴于点H.
∵∠CQH=∠COD=90°,
∴.
∵OD=4,CO=8,
∴CD==4,
∴CQ=CD=2,
∴CH==5,
∴OH=8﹣5=3,H(3,0),
设直线QH的函数表达式为y=mx+n,
则,解得,
∴y=2x﹣6.
由,得,,
∴M1(,),M2(,),
∵点N与点M关于点Q(4,2)成中心对称,
∴N1(8+2,10+4),N2(8﹣2,10﹣4).
5.如图,抛物线y=﹣x2+bx+c的图象经过点C(0,2),交x轴于点A(﹣1,0)和B,连接BC,直线y=kx+1与y轴交于点D,与BC上方的抛物线交于点E,与BC交于点F.
(1)求抛物线的表达式及点B的坐标;
(2)求的最大值及此时点E的坐标;
(3)在(2)的条件下,若点M为直线DE上一点,点N为平面直角坐标系内一点,是否存在这样的点M和点N,使得以点B、D、M、N为顶点的四边形是菱形?若存在,直接写出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)设B(xB,yB),
将A(﹣1,0),C(0,2)代入y=﹣x2+bx+c中,
得:,
解得:,
∴抛物线的表达式为:y=﹣x2+x+2,
∵点B在x轴上,
∴yB=0,
将yB=0代入y=﹣x2+x+2中,得:﹣xB2+xB+2=0,
解得:xB1=4,xB2=﹣1(不符合题意,舍去),
∴B(4,0);
(2)由题意知,点E位于y轴右侧,作EG∥y轴交BC于点G,
∴CD∥EG,
∴=,
∵直线y=kx+1与y轴交于点D,
∴D(0,1),
∴CD=2﹣1=1,
∴=EG,
设直线BC的解析式为y=mx+n(m≠0),
将B(4,0),C(0,2)代入,得:,
解得:,
∴直线BC的解析式为y=﹣x+2,
设点E(t,﹣t2+t+2),则G(t,﹣t+2),且0<t<4,
∴EG=(﹣t2+t+2)﹣(﹣t+2)=﹣t2+2t=﹣(t﹣2)2+2,
∴=﹣(t﹣2)2+2,
∵﹣<0,
∴当t=2时,的值最大,最大值为2,此时点E的坐标为(2,3);
(3)存在点M和点N,使得以点B、D、M、N为顶点的四边形是菱形.
设直线DE的解析式为y=kx+b,将D(0,1),E(2,3)代入,
得:,
解得:,
∴直线DE的解析式为y=x+1,
设M(n,n+1),
∵B(4,0),D(0,1),
∴BM2=(4﹣n)2+(0﹣n﹣1)2=2n2﹣6n+17,
DM2=(0﹣n)2+(1﹣n﹣1)2=2n2,
BD2=42+12=17,
∵以点B、D、M、N为顶点的四边形是菱形,
∴分两种情况:BD为边时或BD为对角线,
①当BD为边时,MN=DM=BD(如图2)或MN=BM=BD(如图3),
∴DM2=BD2=17或BM2=BD2=17,即2n2=17或2n2﹣6n+17=17,
解得:n=±或n=0(舍去)或n=3,
∴M(,)或M(﹣,)或M(3,4),
②如图4,当BD为对角线时,设BD的中点为Q,则Q(2,),
∵四边形BMDN是菱形,
∴MN⊥BD,QB=QD=BD,
∴QD2+QM2=DM2,
∴(2﹣0)2+(﹣1)2+(n﹣2)2+(n+1﹣)2=2n2,
解得:n=,
∴M(,),
综上所述,点M的坐标为(,)或(﹣,)或(3,4)或(,).
6.在平面直角坐标系中,二次函数的图象与x轴交于A,B两点,与y轴交于点C,连接AC,BC.
(1)求A,B两点坐标及直线BC的解析式;
(2)点P是直线BC下方抛物线上一点,当△BPC面积最大时,在x轴下方找一点Q,使得AQ+BQ+2PQ最小,记这个最小值是d,请直接写出此时点P的坐标及d2.
(3)在(2)的条件下,连接AP交y轴于点R,将抛物线沿射线PA平移,平移后的抛物线记为y',当y'经过点A时,将抛物线y'位于x轴下方部分沿x轴翻折,翻折后所得的曲线记为N,点D'为曲线N的顶点,将△AOP沿直线AP平移,得到△A'O'P',在平面内是否存在点T,使以点D',R',O',T为顶点的四边形为菱形?若存在,请直接写出O'的横坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)在二次函数y=x2﹣x﹣2中,
令x=0,则y=﹣2,
令y=0,则x=﹣1或3,
故点A、B、C的坐标分别为(﹣1,0)、(3,0)、(0,﹣2),
设直线BC的表达式为:y=kx+b,
代入B(3,0)、C(0,﹣2)得:
,
解得:,
∴直线BC的解析式为:y=x﹣2;
(2)如图1,
设点P(m,m2﹣m﹣2),过点P作PE∥y轴交BC于点E,则点E(m,m﹣2),
∴S△PBC=×OB×PE=(m﹣2﹣m2+m+2)=﹣(m﹣)2+,
∵﹣<0,
∴当m=时,S△PBC有最大值,此时点P(,﹣),
在x轴下方任取点Q,连接PQ、BQ、AQ,将△PQB绕点P顺时针旋转90°到△PQ′B′位置,连接QQ′,
∴B′Q′=BQ,QQ′=PQ,
∴AQ+BQ+PQ=AQ+B′Q+QQ′,
AQ+BQ+PQ最小,
则A、Q、Q′、B在同一直线上,
∠PQQ′=45°,
∴此时B′坐标为(,﹣),
∴d2=(AQ+BQ+PQ)2=(AB′)2=(﹣1﹣)2+()2=46+20;
(3)存在,
设直线AP解析式为y=mx+n,
将A(﹣1,0),P(,﹣)代入得
,
解得:,
∴直线AP解析式为y=﹣x﹣,
令x=0,得y=﹣,
∴R(0,﹣),
∵y=x2﹣x﹣2=(x﹣1)2﹣,
∴抛物线y的顶点为(1,﹣),
分别过A、P作AH⊥x轴,PH⊥y轴,则AH=,PH=,
抛物线y沿射线PA平移且经过点A,即向左平移个单位,向上平移个单位;
∴平移后的抛物线解析式为y′=(x+)2﹣,顶点为(﹣,﹣),
∴D′(﹣,),
由题意,△AOP沿直线AP平移,得到△A′O′P′,
∵=,
∴设平移后的点O′(t,﹣t),
以点D′、R、O′、T为顶点的四边形为菱形,可以分三种情况:
①O′D′=D′R,
∴(t+)2+(﹣t﹣)2=()2+(﹣﹣)2,
解得:t1=,t2=,
②O′R=D′R,
∴t2+(﹣t+)2=()2+(﹣﹣)2,
解得:t3=,t4=,
③O′D′=O′R,
∴(t+)2+(﹣t﹣)2=t2+(﹣t+)2,
解得:t5=,
综上所述,O′的横坐标为:或或或或.
7.如图,抛物线y=ax2﹣6ax﹣6与x轴交于A,B两点,与y轴交于点C,连接BC.已知抛物线顶点纵坐标为﹣8.
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图1,M为线段OB的中点,过点M作MN∥BC,交y轴与点N,P是抛物线上位于直线BC下方的一个动点,连接PM,交BC于点Q,连接PN,NQ.当△PNQ的面积最大时,求出此时点P的坐标及△PNQ的面积最大值;
(3)当点P满足(2)问的条件时,在直线BC上是否存在一点E,在平面内是否存在一点F,使得以点P,E,C,F为顶点的四边形为菱形?若存在,求出点E的坐标,若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)∵y=ax2﹣6ax﹣6=a(x﹣3)2﹣9a﹣6,
∴抛物线顶点坐标为(3,﹣9a﹣6),
∵抛物线顶点纵坐标为﹣8,
∴﹣9a﹣6=﹣8,
解得:a=,
∴抛物线解析式为:y=x2﹣x﹣6;
(2)在y=x2﹣x﹣6中,令x=0,得:y=﹣6,
∴C(0,﹣6),
令y=0,得:x2﹣x﹣6=0,
解得:x1=﹣3,x2=9,
∴A(﹣3,0),B(9,0),
∵M为线段OB的中点,
∴OM=BM=,
∴M(,0),
∵MN∥BC,
∴==,
∴ON=OC=3,
∴N(0,﹣3),
∴ON=3,
在Rt△MON中,MN===,
设直线MN的解析式为y=kx+b,
则:,
解得:,
∴直线MN的解析式为y=x﹣3,
设P(m,m2﹣m﹣6),如图1,过点P作PK∥y轴交直线MN于点K,作PH⊥MN于点H,过点B作BG⊥MN于点G,连接BN,
∴K(m,m﹣3),∠PHK=∠BGM=∠MON=90°,∠PKH=∠MNO,BG∥PH,
∴PK=m﹣3﹣(m2﹣m﹣6)=﹣m2+2m+3,
∴S△PMN=•OM•PK=××(﹣m2+2m+3)=﹣m2+m+,
∵MN∥BC,
∴S△MNQ=S△MNB,
∵OM=BM,
∴S△MNB=S△MNO=•OM•ON=××3=,
∴S△MNQ=,
∴S△PNQ=S△PMN﹣S△MNQ=﹣m2+m+﹣=﹣(m﹣)2+,
∵﹣<0,
∴当m=时,S△PNQ的最大值为,
当m=时,m2﹣m﹣6=×()2﹣×﹣6=﹣,
∴点P的坐标为(,﹣);
(3)∵P(,﹣),C(0,﹣6),
∴PC==;
设直线BC的解析式为y=k1x+b1,
∵B(9,0),C(0,﹣6),
∴,
解得:,
∴直线BC的解析式为y=x﹣6,
设E(t,t﹣6),则PE2=(t﹣)2+[t﹣6﹣(﹣)]2,CE2=(t﹣0)2+[t﹣6﹣(﹣6)]2,
∵以点P,E,C,F为顶点的四边形为菱形,
∴分三种情况:CP=CE或CP=PE或CE=PE,
①当CP=CE,以CP、CE为边时,如图2,
∴CE2=CP2,即:(t﹣0)2+[t﹣6﹣(﹣6)]2=()2,
解得:t=﹣或,
∴点E的坐标为(﹣,﹣3﹣6)或(,3﹣6),
∴点F的坐标为(﹣+,﹣3﹣)或(+,3﹣),
②当CP=PE,以CP、PE为边时,如图3,
∴PE2=CP2,即:(t﹣)2+[t﹣6﹣(﹣)]2=()2,
解得:t=或t=0(舍去),
∴E(,),
∴F(,),
③当CE=PE,以CE、PE为边时,如图4,
∴CE2=PE2,即:(t﹣)2+[t﹣6﹣(﹣)]2=(t﹣0)2+[t﹣6﹣(﹣6)]2,
解得:t=,
∴E(,﹣),
∴F(,﹣),
综上所述,点F的坐标为(﹣+,﹣3﹣)或(+,3﹣)或(,)或(,﹣).
8.在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)与x轴交于A,B两点(A在B的左侧),与y轴交于点C(0,6),其中AB=8,tan∠CAB=3.
(1)求抛物线的表达式;
(2)点P是直线BC上方抛物线上一点,过点P作PD∥AC交x轴于点D,交BC于点E,求BE的最大值及点P的坐标.
(3)将该抛物线沿射线CA方向平移2个单位长度得到抛物线y1,平移后的抛物线与原抛物线相交于点F,点G为抛物线y1的顶点,点M为直线FG上一点,点N为平面上一点.在(2)中,当BE的值最大时,是否存在以P、E、M、N为顶点的四边形是菱形,若存在,直接写出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)∵C(0,6),=tan∠CAB=3,
∴AO==2,A(﹣2,0),B(6,0),
∴,解得,
∴该抛物线的表达式为y=x2+2x+6.
(2)如图1,作PH⊥x轴于点H,交BC于点J,作EI⊥PH于点I、EK⊥x轴于点K.
设直线BC的函数表达式为y=kx+6,则6k+6=0,解得k=﹣1,
∴y=﹣x+6;
设直线AC的函数表达式为y=px+6,则﹣2p+6=0,解得p=3,
∴y=3x+6.
设P(m,m2+2m+6),由PD∥AC,设直线PD的函数表达式为y=3x+n,
则m2+2m+6=3m+n,解得n=m2﹣m+6,
∴y=3xm2﹣m+6.
由,得,
∴E(,).
∵AC==2,BC==6,且△PEI∽△CAO,△BEK∽△BCO,
∴EI:PI:PE=OA:OC:AC=1:3:,EK:BK:BE=CO:BO:BC=1:1:,
∴PE=EI,
∴PE=10EI=10(m﹣﹣)=m﹣m2,
∵BE=BK,
∴BE=2BK=2(6﹣﹣)=12﹣﹣,
∴BE=m﹣m2﹣(12﹣﹣)=﹣m2+8m﹣12=﹣(m﹣4)2+4,
∴当m=4时,BE的最大值,最大值为4,此时P(4,6).
(3)存在.
如图2,由(2)得,AC=2,将△AOC沿射线CA方向平移2个单位,相当于将△AOC向左平移2个单位,再向下平移6个单位,
∴该抛物线也向左平移2个单位,再向下平移6个单位,
∵原抛物线为y=x2+2x+6=(x﹣2)2+8,
∴y1=x2+2,抛物线y1与坐标轴的交点分别为F(﹣2,0)、D'(2,)、(0,2),且顶点为G(0,2),点F(﹣2,0)为抛物线y1与原抛物线的交点.
∵P(4,6),C(0,6),且PD∥AC,
∴D(2,0),点D'与点D重合.
设直线FG的函数表达式为y=qx+2,则﹣2q+2=0,解得q=1,
∴y=x+2.
①如图2,点M1在点P左侧,PE、EM1为菱形的邻边.
连接PC,则CG=PC,可得BC垂直平分PG,设垂足为点Q,
则点N1与点E关于点Q对称;
∵△PCE≌△BDE,
∴PE=DE,E(3,3),
∵(2,4),
∴N1(1,5);
②如图3,PE为菱形的对角线,M2N2垂直平分PE,设垂足为点R,
∵R为PE的中点,
∴R(,),
连接并延长BG交AC于点H,则△BGO≌△CAO,
∴∠GBO=∠ACO,
∴∠GBO+∠CAO=∠ACO+∠CAO=90°,
∴BH⊥AC,
∴BH∥M2N2;
设直线BH的函数表达式为y=rx+2,则6r+2=0,解得r=﹣,
∴y=﹣x+2,
设直线M2N2的函数表达式为y=﹣x+t,则﹣×+t=,解得t=,
∴y=﹣x+;
由,得,
∴M2(,),
∵点N2与点M2(,)关于点R(,)对称,
∴N2(,);
③如图4,点M3在点P右侧,PE、PM3为菱形的邻边.
由EN3∥FG,设直线的函数表达式为y=x+s,则3+s=3,解得s=0,
∴点N3在直线y=x上,
连接OE,则点O、E、N3在同一直线上.
设N3(d,d),
∵OE==3,EN3=PE==,
∴d=×(3+)=3+,
∴N3(3+,3+)
④点M4在点P左侧,PE、PM4为菱形的邻边.
设N4(e,e),
则e=×(3﹣)=3﹣,
∴N4(3﹣,3﹣).
综上所述,点N的坐标为(1,5)或(,)或(3+,3+)或(3﹣,3﹣).
故答案为:(1,5)或(,)或(3+,3+)或(3﹣,3﹣).
9.综合与探究:
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,OA=2,OC=6,连接AC和BC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点E是第四象限内抛物线上的动点,连接CE和BE.求△BCE面积的最大值及此时点E的坐标;
(3)若点M是y轴上的动点,在坐标平面内是否存在点N,使以点A、C、M、N为顶点的四边形是菱形?若存在,请直接写出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)∵OA=2,OC=6,
∴A(﹣2,0),C(0,﹣6),
将A(﹣2,0),C(0,﹣6),代入y=x2+bx+c,
得,
解得:b=﹣1,c=﹣6,
∴抛物线得解析式为:y=x2﹣x﹣6.
(2)在函数y=x2﹣x﹣6中,令y=0得:
x2﹣x﹣6=0,
解得:x1=﹣2,x2=3,
∴B(3,0).
如图1,连接OE,
设点E(m,m2﹣m﹣6),
S△BCE=S△OCE+S△OBE﹣S△OBC
=×6m+×3(﹣m2+m+6)﹣×3×6
=
=,
根据二次函数的图象及性质可知,当时,△BCE的面积有最大值,
此时点E的坐标为.
(3)存在;点N坐标为,,(2,0),.
∵A(﹣2,0),C(0,﹣6),
∴AC=.
①若AC为菱形的边长,如图2,
则MN∥AC,且MN=AC=.
N1(),N2(),N3(2,0).
②若AC为菱形的对角线,如图3,
则AN4∥CM4,AN4=CN4,
设N4(﹣2,n),
则﹣n=,
解得:n=.
∴N4(﹣2,).
综上所述,点N坐标为,,(2,0),.
10.如图,已知抛物线y=ax2+bx﹣4(a,b为常数,且a≠0)与x轴交于点A(,0),B(4,0),与y轴交于点C.
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图1,点P是射线CB上方抛物线上的一动点,过点P作PH∥x轴于点H,当线段PH长度最大时,求出线段PH的最大值及此时点P的坐标;
(3)若点D是OC的中点,将抛物线y=ax2+bx﹣4沿射线AD方向平移个单位得到新抛物线y′,C′是抛物线y′上与C对应的点,抛物线y′的对称轴上有一动点N,在平面直角坐标系中是否存在一点S,使得C′,N,B,S为顶点的四边形是菱形?若存在,请求出点S的坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)∵点A(,0),B(,0)在抛物线y=ax2+bx﹣4上,
∴.
解得:.
∴抛物线解析式为.
(2)如答图,过点P作PK∥y轴交BC于点K.
∵B(,0),
∴OB=.
当x=0时,y=﹣4.
∴点C(0,﹣4).
∴OC=4.
∵PH∥x轴,
∴∠PHK=∠OBC.
∵∠HPK=∠BOC=90°
∴△BOC∽△HPK.
∴.
即PH=PK.
设直线BC的解析式为y=mx+n(m≠0).
将点B(,0),C(0,﹣4)分别代入上式得:
.
解得:.
所以直线BC的解析式为.
设点P(x,),则点K(x,).
∴PK=.
∴PH=PK=.
∵PH==.
∴当x=时,PH最大=.
此时点P(,2).
(3)存在.如下图
∵D(0,﹣2),
∴AD=.
∴抛物线y=﹣x2+x﹣4沿射线AD方向平移个单位实际是向左平移个单位,向下平移2个单位,
∴C′(﹣,﹣6).
∵抛物线y=﹣x2+x﹣4=﹣+,
∴新抛物线的解析式为y′=.
∴新抛物线y′的对称轴为直线.
设N(,t),
则有,
,
.
若BC'=BN.
则有.
∴.
当时,,.
当时,,.
若NB=NC′.
则有.
∴t=﹣3,(与N点重合,舍去).
若C′N=C′B.
则有.
∴
当时,,.
当时,,.
综上,点S的坐标为:或或或.
11.如图,已知抛物线y=ax2+bx+c的顶点D的坐标为(﹣2,9),抛物线与坐标轴分别交于A、B、C三点,且B的坐标为(0,5),连接DB、DC,作直线BC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)P是x轴上的一点,过点P作x轴的垂线,与CD交于H,与CB交于G,若线段HG把△CBD的面积分成相等的两部分,求P点的坐标;
(3)若点M在直线CB上,点N在平面上,直线CB上是否存在点M,使以点C、点D、点M、点N为顶点的四边形为菱形?若存在,请直接写出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)∵抛物线y=ax2+bx+c的顶点D的坐标为(﹣2,9),
∴可设y=a(x+2)2+9,
又∵抛物线过点B(0,5),代入得:
5=4a+9,
∴a=﹣1,
∴y=﹣(x+2)2+9
=﹣x2﹣4x+5,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2﹣4x+5;
(2)∵抛物线y=﹣x2﹣4x+5与坐标轴分别交于A、B、C三点,且B的坐标为(0,5),
∴当y=0时,﹣x2﹣4x+5=0,
解得x1=﹣5,x2=1,
∴A(1,0),C(﹣5,0),
又∵D(﹣2,9),
∴直线BC的解析式为y=x+5;
设直线CD的解析式为y=kx+b,将C(﹣5,0),D(﹣2,9)代入,得:
,
解得:,
∴直线CD的解析式为y=3x+15.
设点P的坐标为(x,0),则G(x,x+5),H(x,3x+15).
∴S△CGH=HG×CP
=(5+x)(3x+15﹣x﹣5)
=(5+x)(2x+10)
=(5+x)(x+5)
=(x+5)2,
设抛物线的对称轴交直线BC于点K,如图:
∵顶点D的坐标为(﹣2,9),
∴对称轴为直线x=﹣2,
∴K(﹣2,3),
∴DK=9﹣3=6,
∴S△BCD=S△DKC+S△DKB
=×6×3+×6×2
=15,
∴若线段HG把△CBD的面积分成相等的两部分,则(x+5)2=×15,
解得:x1=,x2=(舍),
∴P(,0);
(3)如图,设点M的坐标为(m,m+5),
∵C(﹣5,0),D(﹣2,9),
∴CD==3,
当CD与DM是菱形的两边时,则CD=DM,
∴3=,
解得m1=﹣5(不合题意,舍去),m2=7,
∴点M(7,12);
当CD与CM''是菱形的两边时,则CD=CM'',
∴3=,
解得m=±3﹣5,
∴点M(3﹣5,3)或点M(﹣3﹣5,﹣3);
当DM'与CM'是菱形的两边时,则CM'=DM',
∴=,
解得m=﹣,
∴点M(﹣,).
综上所述,点M的坐标为(7,12)或(3﹣5,3)或(﹣3﹣5,﹣3)或(﹣,).
12.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=﹣x2﹣2x+c(c为常数)与一次函数y=﹣x+b(b为常数)交于A、B两点,其中A点坐标为(﹣3,0).
(1)求B点坐标;
(2)点P为直线AB上方抛物线上一点,连接PA,PB,当S△PAB=时,求点P的坐标;
(3)将抛物线y=﹣x2﹣2x+c(c为常数)沿射线AB平移5个单位,平移后的抛物线y1与原抛物线y=﹣x2﹣2x+c相交于点E,点F为抛物线y1的顶点,点M为y轴上一点,在平面直角坐标系中是否存在点N,使得以点E,F,M,N为顶点的四边形是菱形,若存在,请直接写出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)把A(﹣3,0)代入,得﹣9+6+c=0,
∴c=3,
∴y=﹣x2﹣2x+3.
把A(﹣3,0)代入一次函数,得3+b=0,
∴b=﹣3.
∴y=﹣x+3.
联立方程:,
解得:或.
∴B(2,﹣5).
(2)割补法表示三角形面积:铅垂高×水平宽,过P作PH∥y轴,交AB于点H.
设P(t,﹣t2﹣2t+3),则H(t,﹣t﹣3),
S△PAB=(yP﹣yH)×(xB﹣xA)=(﹣t2﹣2t+3+t+3)×(2+3)=,
即4t2+4t+1=0,
∴t=﹣,
∴P(﹣,).
(3)由(1)直线AB:y=﹣x﹣3.
∴∠BAO=45°,
∵沿AB平移5个单位,
∴y=﹣x2﹣2x+5向右平移5个,向下平移5个单位,
∴平移后表达式为:y1=﹣(x﹣5)2﹣2(x﹣5)+3﹣5=﹣x2+8x﹣17.
联立:,
∴,
∴E(2,﹣5).
∵F为y1顶点,则F(4,﹣1),
设M(0,m),N(x,y),分类讨论:
①当EF为菱形对角线时,
,,
,
∴N(6,﹣6﹣m)
∴EM2=(0﹣2)2+(m+5)2=m2+10m+29,
∴FM2=(0﹣4)2+(m+1)2=m2+2m+17,
∴EM2=FM2,即m2+10m+29=m2+2m+17,
∴m=﹣,
∴N1(6,﹣)
②当EM为菱形对角线时,
,,
∴,
∴N(﹣2,m﹣4),
∴EN2=(﹣2﹣2)2+(m﹣4+5)2=m2+2m+17,
∴EF2=(4﹣2)2+(﹣1+5)2=20,
∴m2+2m+17=20,
∴m1=﹣3,m2=1,
∴N2(﹣2,﹣7),N3(﹣2,﹣3),
③当EN为菱形对角线时,
,
∴,
∴,
∴N(2,m+4),
∴EM2=(0﹣2)2+(m+5)2=m2+10m+29,
∴EF2=(4﹣2)2+(﹣1+5)2=20,
∴m2+10m+29=20,
∴m3=﹣1,m4=﹣9,
∴N4(2,3),N5(2,﹣5),
综上可得,N的坐标为:N1(6,﹣),N2(﹣2,﹣7),N3(﹣2,﹣3),N4(2,3),N5(2,﹣5).
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