中考数学压轴题之学霸秘笈大揭秘(全国通用)专题2二次函数与直角三角形问题(原卷版+解析)
展开解直角三角形的存在性问题,一般分三步走,第一步寻找分类标准,第二步列方程,第三步解方程并验根.
一般情况下,按照直角顶点或者斜边分类,然后按照三角比或勾股定理列方程.
有时根据直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半列方程更简便.
解直角三角形的问题,常常和相似三角形、三角比的问题联系在一起.
如果直角边与坐标轴不平行,那么过三个顶点作与坐标轴平行的直线,可以构造两个新的相似直角三角形,这样列比例方程比较简便.
我们先看三个问题:
1.已知线段AB,以线段AB为直角边的直角三角形ABC有多少个?顶点C的轨迹是什么?
2.已知线段AB,以线段AB为斜边的直角三角形ABC有多少个?顶点C的轨迹是什么?
3.已知点A(4,0),如果△OAB是等腰直角三角形,求符合条件的点B的坐标.
图1 图2 图3
如图1,点C在垂线上,垂足除外.
如图2,点C在以AB为直径的圆上,A、B两点除外.
如图3,以OA为边画两个正方形,除了O、A两点以外的顶点和正方形对角线的交点,都是符合题意的点B,共6个.
如图4,已知A(3, 0),B(1,-4),如果直角三角形ABC的顶点C在y轴上,求点C的坐标.
我们可以用几何的方法,作AB为直径的圆,快速找到两个符合条件的点C.
如果作BD⊥y轴于D,那么△AOC∽△CDB.
设OC=m,那么.
这个方程有两个解,分别对应图中圆与y轴的两个交点.
对于代数法,可以采用两条直线的斜率之积来解决.
【例1】(2023•滨州)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=x2﹣2x﹣3与x轴相交于点A、B(点A在点B的左侧),与y轴相交于点C,连接AC、BC.
(1)求线段AC的长;
(2)若点P为该抛物线对称轴上的一个动点,当PA=PC时,求点P的坐标;
(3)若点M为该抛物线上的一个动点,当△BCM为直角三角形时,求点M的坐标.
【例2】.(2023•辽宁)如图,抛物线y=ax2﹣3x+c与x轴交于A(﹣4,0),B两点,与y轴交于点C(0,4),点D为x轴上方抛物线上的动点,射线OD交直线AC于点E,将射线OD绕点O逆时针旋转45°得到射线OP,OP交直线AC于点F,连接DF.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当点D在第二象限且=时,求点D的坐标;
(3)当△ODF为直角三角形时,请直接写出点D的坐标.
【例3】.(2023•广安)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+x+m(a≠0)的图象与x轴交于A、C两点,与y轴交于点B,其中点B坐标为(0,﹣4),点C坐标为(2,0).
(1)求此抛物线的函数解析式.
(2)点D是直线AB下方抛物线上一个动点,连接AD、BD,探究是否存在点D,使得△ABD的面积最大?若存在,请求出点D的坐标;若不存在,请说明理由.
(3)点P为该抛物线对称轴上的动点,使得△PAB为直角三角形,请求出点P的坐标.
【例4】.(2023•柳州)已知抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),B(m,0)两点,与y轴交于点C(0,5).
(1)求b,c,m的值;
(2)如图1,点D是抛物线上位于对称轴右侧的一个动点,且点D在第一象限内,过点D作x轴的平行线交抛物线于点E,作y轴的平行线交x轴于点G,过点E作EF⊥x轴,垂足为点F,当四边形DEFG的周长最大时,求点D的坐标;
(3)如图2,点M是抛物线的顶点,将△MBC沿BC翻折得到△NBC,NB与y轴交于点Q,在对称轴上找一点P,使得△PQB是以QB为直角边的直角三角形,求出所有符合条件的点P的坐标.
1.(2023•公安县模拟)如图,已知二次函数y=﹣x2+bx+c经过A,B两点,BC⊥x轴于点C,且点A(﹣1,0),C(2,0),AC=BC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点E是抛物线AB之间的一个动点(不与A,B重合),求S△ABE的最大值以及此时E点的坐标;
(3)根据问题(2)的条件,判断是否存在点E使得△ABE为直角三角形,如果存在,求出E点的坐标,如果不存在,说明理由.
2.(2023•高邮市模拟)如图,抛物线y=ax2+bx﹣3经过A(﹣1,0),与y轴交于点C,过点C作BC∥x轴,交抛物线于点B,连接AC、AB,AB交y轴于点D,若.
(1)求点B的坐标;
(2)点P为抛物线对称轴上一点,且位于x轴上方,连接PA、PC,若△PAC是以AC为直角边的直角三角形,求点P的坐标.
3.(2023•碑林区校级模拟)如图,已知抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(﹣2,0),B(4,0)两点.
(1)求b,c的值;
(2)点E为抛物线y=﹣x2+bx+c上一点,且点E在x轴上方,连接BE,以点E为直角顶点,BE为直角边,作等直角△BED,使得点D恰好落在直线y=x上,求出满足条件的所有点E的坐标.
4.(2023•雁峰区校级模拟)如图,抛物线y=﹣x2+bx+c经过A(﹣1,0),B(3,0)两点,与y轴交于点C,直线y=x+1与x轴交于点E,与y轴交于点D.
(1)求抛物线的解析式;
(2)P为抛物线上的点,连接OP交直线DE于Q,当Q是OP中点时,求点P的坐标;
(3)M在直线DE上,当△CDM为直角三角形时,求出点M的坐标.
5.(2023•平南县二模)如图,二次函数y=x2+bx+c的图象与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C,且A(﹣1,0),对称轴为直线x=2.
(1)求该抛物线的表达式;
(2)直线l过点A与抛物线交于点P,当∠PAB=45°时,求点P的坐标;
(3)在抛物线的对称轴上是否存在一点Q,使得△BCQ是直角三角形?若存在,请直接写出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.
6.(2023•太原一模)综合与实践
如图,抛物线y=x2+2x﹣8与x轴交于A,B两点(点A在点B左侧),与y轴交于点C.点D在直线AC下方的抛物线上运动,过点D作y轴的平行线交AC于点E.
(1)求直线AC的函数表达式;
(2)求线段DE的最大值;
(3)当点F在抛物线的对称轴上运动,以点A,C,F为顶点的三角形是直角三角形时,直接写出点F的坐标.
7.(2023•桐梓县模拟)在平面直角坐标系xOy中,已知抛物线y=﹣与x轴交于A,B两点(点B在点A的右侧),与y轴交于点C,它的对称轴与x轴交于点D,直线L经过C,D两点,连接AC.
(1)求A,B两点的坐标及直线L的函数表达式;
(2)探索直线L上是否存在点E,使△ACE为直角三角形,若存在,求出点E的坐标;若不存在,说明理由.
8.(2023•沈阳模拟)如图1,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),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是抛物线上B,C之间的一个动点,线段MA绕点M逆时针旋转90°得到MN,当点N恰好落在y轴上时,求点M,点N的坐标.
(3)如图2,若点E坐标为(2,0),EF⊥x轴交直线BC于点F,将△BEF沿直线BC平移得到△B'E'F',在△B'E'F'移动过程中,是否存在使△ACE'为直角三角形的情况?若存在,请直接写出所有符合条件的点E′的坐标;若不存在,请说明理由.
9.(2023•东坡区校级模拟)如图,抛物线y=x2﹣(m+2)x+4的顶点C在x轴的正半轴上,直线y=x+2与抛物线交于A,B两点,且点A在点B的左侧.
(1)求m的值;
(2)点P是抛物线y=x2﹣(m+2)x+4上一点,当△PAB的面积是△ABC面积的2倍时,求点P的坐标;
(3)将直线AB向下平移k(k>0)个单位长度,平移后的直线与抛物线交于D,E两点(点D在点E的左侧),当△DEC为直角三角形时,求k的值.
10.(2023•海沧区二模)抛物线y1=ax2﹣2ax+c(a<2且a≠0)与x轴交于A(﹣1,0),B两点,抛物线的对称轴与x轴交于点D,点M(m,n)在该抛物线上,点P是抛物线的最低点.
(1)若m=2,n=﹣3,求a的值;
(2)记△PMB面积为S,证明:当1<m<3时,S<2;
(3)将直线BP向上平移t个单位长度得直线y2=kx+b(k≠0),与y轴交于点C,与抛物线交于点E,当x<﹣1时,总有y1>y2.当﹣1<x<1时,总有y1<y2.是否存在t≥4,使得△CDE是直角三角形,若存在,求t的值;若不存在,请说明理由.
11.(2023•葫芦岛模拟)如图,在平面直角坐标系中,矩形OABC,点A在y轴上,点C在x轴上,其中B(﹣2,3),已知抛物线y=﹣x2+bx+c经过点A和点B.
(1)求抛物线解析式;
(2)如图1,点D(﹣2,﹣1)在直线BC上,点E为y轴右侧抛物线上一点,连接BE、AE,DE,若S△BDE=4S△ABE,求E点坐标;
(3)如图2,在(2)的条件下,P为射线DB上一点,作PQ⊥直线DE于点Q,连接AP,AQ,PQ,若△APQ为直角三角形,请直接写出P点坐标.
12.(2023•和平区一模)如图,抛物线y=ax2+bx﹣,交y轴于点A,交x轴于B(﹣1,0),C(5,0)两点,抛物线的顶点为D,连接AC,CD.
(1)求直线AC的函数表达式;
(2)求抛物线的函数表达式及顶点D的坐标;
(3)过点D作x轴的垂线交AC于点G,点H为线段CD上一动点,连接GH,将△DGH沿GH翻折到△GHR(点R,点G分别位于直线CD的两侧),GR交CD于点K,当△GHK为直角三角形时.
①请直接写出线段HK的长为 ;
②将此Rt△GHK绕点H逆时针旋转,旋转角为α(0°<α<180°),得到△MHN,若直线MN分别与直线CD,直线DG交于点P,Q,当△DPQ是以PQ为腰的等腰三角形时,请直接写出点P的纵坐标为 ﹣或﹣ .
13.(2023•莱芜区三模)二次函数y=ax2+bx+c交x轴于点A(﹣1,0)和点B(﹣3,0),交y轴于点C(0,﹣3).
(1)求二次函数的解析式;
(2)如图1,点E为抛物线的顶点,点T(0,t)为y轴负半轴上的一点,将抛物线绕点T旋转180°,得到新的抛物线,其中B,E旋转后的对应点分别记为B′,E′,当四边形BEB'E'的面积为12时,求t的值;
(3)如图2,过点C作CD∥x轴,交抛物线于另一点D.点M是直线CD上的一个动点,过点M作x轴的垂线,交抛物线于点P.当以点B、C、P为顶点的三角形是直角三角形时,求所有满足条件的点M的坐标.
14.(2023•雁塔区校级模拟)已知二次函数y=x2+bx+c经过A、B两点,BC垂直x轴于点C,且A(﹣1,0),C(4,0),AC=BC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)请画出抛物线的图象;
(3)点P是抛物线对称轴上一个动点,是否存在这样的点P,使三角形ABP为直角三角形?若存在,求出P点坐标;若不存在,请说明理由.
15.(2023•武汉模拟)如图,抛物线y=x2+bx+12(b<0)与x轴交于A,B两点(A点在B点左侧),且OB=3OA.
(1)请直接写出b= ﹣8 ,A点的坐标是 (2,0) ,B点的坐标是 (6,0) ;
(2)如图(1),D点从原点出发,向y轴正方向运动,速度为2个单位长度/秒,直线BD交抛物线于点E,若BE=5DE,求D点运动时间;
(3)如图(2),F点是抛物线顶点,过点F作x轴平行线MN,点C是对称轴右侧的抛物线上的一定点,P点在直线MN上运动.若恰好存在3个P点使得△PAC为直角三角形,请求出C点坐标,并直接写出P点的坐标.
16.(2023•北碚区校级模拟)如图1,在平面直角坐标系中,抛物线y=﹣x+2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P为直线BC上方抛物线上一动点.
(1)求直线BC的解析式;
(2)过点A作AD∥BC交抛物线于D,连接CA,CD,PC,PB,记四边形ACPB的面积为S1,△BCD的面积为S2,当S1﹣S2的值最大时,求P点的坐标和S1﹣S2的最大值;
(3)如图2,将抛物线水平向右平移,使得平移后的抛物线经过点O,G为平移后的抛物线的对称轴直线l上一动点,将线段AC沿直线BC平移,平移过程中的线段记为A'C'(线段A'C'始终在直线l左侧),是否存在以A',C',G为顶点的等腰直角△A'C'G?若存在,请写出满足要求的所有点G的坐标并写出其中一种结果的求解过程,若不存在,请说明理由.
17(2023•广东模拟)如图,直线y=x﹣3与x轴,y轴分别交于B、C两点.抛物线y=x2+bx+c经过点B、C,与x轴另一交点为A,顶点为D.
(1)求抛物线的解析式;
(2)设点P从点D出发,沿对称轴向上以每秒1个单位长度的速度匀速运动.设运动的时间为t秒.
①点P在运动过程中,若∠CBP=15°,求t的值;
②当t为何值时,以P,A,C为顶点的三角形是直角三角形?求出所有符合条件的t值.
18.(2023•巴中)已知抛物线y=ax2+bx+c与x轴交于A(﹣2,0)、B(6,0)两点,与y轴交于点C(0,﹣3).
(1)求抛物线的表达式;
(2)点P在直线BC下方的抛物线上,连接AP交BC于点M,当最大时,求点P的坐标及的最大值;
(3)在(2)的条件下,过点P作x轴的垂线l,在l上是否存在点D,使△BCD是直角三角形,若存在,请直接写出点D的坐标;若不存在,请说明理由.
19.(2023•毕节市)如图,抛物线y=x2+bx+c与x轴相交于A,B两点,与y轴相交于点C,对称轴为直线x=2,顶点为D,点B的坐标为(3,0).
(1)填空:点A的坐标为 (1,0) ,点D的坐标为 (2,﹣1) ,抛物线的解析式为 y=x2﹣4x+3 ;
(2)当二次函数y=x2+bx+c的自变量x满足m≤x≤m+2时,函数y的最小值为,求m的值;
(3)P是抛物线对称轴上一动点,是否存在点P,使△PAC是以AC为斜边的直角三角形?若存在,请求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
20.(2023•兰溪市模拟)如图,在平面直角坐标系中,已知二次函数y=a(x﹣m)2﹣m+4图象的顶点为C,其中m>0,与x轴相交于点A、B(点A在点B的左侧),与y轴相交于点D,点M的坐标为(0,4).
(1)当m=2时,抛物线y=a(x﹣m)2﹣m+4(m>0)经过原点,求a的值;
(2)当a=﹣1时,
①若点M,点D,点C三点组成的三角形是直角三角形,求此时点D的坐标.
②设反比例函数y=﹣(x>0)与抛物线y=a(x﹣m)2﹣m+4(m>0)相交于点E(p,q).当2<p<4时,求m的取值范围.
专题2二次函数与直角三角形问题
解直角三角形的存在性问题,一般分三步走,第一步寻找分类标准,第二步列方程,第三步解方程并验根.
一般情况下,按照直角顶点或者斜边分类,然后按照三角比或勾股定理列方程.
有时根据直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半列方程更简便.
解直角三角形的问题,常常和相似三角形、三角比的问题联系在一起.
如果直角边与坐标轴不平行,那么过三个顶点作与坐标轴平行的直线,可以构造两个新的相似直角三角形,这样列比例方程比较简便.
我们先看三个问题:
1.已知线段AB,以线段AB为直角边的直角三角形ABC有多少个?顶点C的轨迹是什么?
2.已知线段AB,以线段AB为斜边的直角三角形ABC有多少个?顶点C的轨迹是什么?
3.已知点A(4,0),如果△OAB是等腰直角三角形,求符合条件的点B的坐标.
图1 图2 图3
如图1,点C在垂线上,垂足除外.
如图2,点C在以AB为直径的圆上,A、B两点除外.
如图3,以OA为边画两个正方形,除了O、A两点以外的顶点和正方形对角线的交点,都是符合题意的点B,共6个.
如图4,已知A(3, 0),B(1,-4),如果直角三角形ABC的顶点C在y轴上,求点C的坐标.
我们可以用几何的方法,作AB为直径的圆,快速找到两个符合条件的点C.
如果作BD⊥y轴于D,那么△AOC∽△CDB.
设OC=m,那么.
这个方程有两个解,分别对应图中圆与y轴的两个交点.
对于代数法,可以采用两条直线的斜率之积来解决.
【例1】.(2023•滨州)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=x2﹣2x﹣3与x轴相交于点A、B(点A在点B的左侧),与y轴相交于点C,连接AC、BC.
(1)求线段AC的长;
(2)若点P为该抛物线对称轴上的一个动点,当PA=PC时,求点P的坐标;
(3)若点M为该抛物线上的一个动点,当△BCM为直角三角形时,求点M的坐标.
【分析】(1)根据坐标轴上点的特点求出点A,C的坐标,即可求出答案;
(2)设出点P的坐标,利用PA=PC建立方程求解,即可求出答案;
(3)分三种情况,利用等腰直角三角形的性质求出前两种情况,利用三垂线构造出相似三角形,得出比例式,建立方程求解,即可求出答案.
【解析】(1)针对于抛物线y=x2﹣2x﹣3,
令x=0,则y=﹣3,
∴C(0,﹣3);
令y=0,则x2﹣2x﹣3=0,
∴x=3或x=﹣1,
∵点A在点B的左侧,
∴A(﹣1,0),B(3,0),
∴AC==;
(2)∵抛物线y=x2﹣2x﹣3的对称轴为直线x=﹣=1,
∵点P为该抛物线对称轴上,
∴设P(1,p),
∴PA==,PC==,
∵PA=PC,
∴=,
∴p=﹣1,
∴P(1,﹣1);
(3)由(1)知,B(3,0),C(0,﹣3),
∴OB=OC=3,
设M(m,m2﹣2m﹣3),
∵△BCM为直角三角形,
∴①当∠BCM=90°时,
如图1,过点M作MH⊥y轴于H,则HM=m,
∵OB=OC,
∴∠OCB=∠OBC=45°,
∴∠HCM=90°﹣∠OCB=45°,
∴∠HMC=45°=∠HCM,
∴CH=MH,
∵CH=﹣3﹣(m2﹣2m﹣3)=﹣m2+2m,
∴﹣m2+2m=m,
∴m=0(不符合题意,舍去)或m=1,
∴M(1,﹣4);
②当∠CBM=90°时,
过点M作M'H'⊥x轴,
同①的方法得,M'(﹣2,5);
③当∠BMC=90°时,如图2,
Ⅰ、当点M在第四象限时,
过点M作MD⊥y轴于D,过点B作BE⊥DM,交DM的延长线于E,
∴∠CDM=∠E=90°,
∴∠DCM+∠DMC=90°,
∵∠DMC+∠EMB=90°,
∴∠DCM=∠EMB,
∴△CDM∽△MEB,
∴,
∵M(m,m2﹣2m﹣3),B(3,0),C(0,﹣3),
∴DM=m,CD=﹣3﹣(m2﹣2m﹣3)=﹣m2+2m,ME=3﹣m,BE=﹣(m2﹣2m﹣3)=﹣m2+2m+3,
∴,
∴m=0(舍去)或m=3(点B的横坐标,不符合题意,舍去)或m=(不符合题意,舍去)或m=,
∴M(,﹣),
Ⅱ、当点M在第三象限时,M(,﹣),
即满足条件的M的坐标为(1,﹣4)或(﹣2,5)或(,﹣),或(,﹣).
【例2】.(2023•辽宁)如图,抛物线y=ax2﹣3x+c与x轴交于A(﹣4,0),B两点,与y轴交于点C(0,4),点D为x轴上方抛物线上的动点,射线OD交直线AC于点E,将射线OD绕点O逆时针旋转45°得到射线OP,OP交直线AC于点F,连接DF.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当点D在第二象限且=时,求点D的坐标;
(3)当△ODF为直角三角形时,请直接写出点D的坐标.
【分析】(1)将点A(﹣4,0),C(0,4)代入y=ax2﹣3x+c,即可求解;
(2)过点D作DG⊥AB交于G,交AC于点H,设D(n,﹣n2﹣3n+4),H(n,n+4),由DH∥OC,可得==,求出D(﹣1,6)或(﹣3,4);
(3)设F(t,t+4),当∠FDO=45°时,过点D作MN⊥y轴交于点N,过点F作FM⊥MN交于点M,证明△MDF≌△NOD(AAS),可得D点纵坐标为2,求出D点坐标为(,2)或(,2);当∠DFO=90°时,过点F作KL⊥x轴交于L点,过点D作DK⊥KL交于点K,证明△KDF≌△LFO(AAS),得到D点纵坐标为4,求得D(0,4)或(﹣3,4).
【解析】(1)将点A(﹣4,0),C(0,4)代入y=ax2﹣3x+c,
∴,
解得,
∴y=﹣x2﹣3x+4;
(2)过点D作DG⊥AB交于G,交AC于点H,
设直线AC的解析式为y=kx+b,
∴,
解得,
∴y=x+4,
设D(n,﹣n2﹣3n+4),H(n,n+4),
∴DH=﹣n2﹣4n,
∵DH∥OC,
∴==,
∵OC=4,
∴DH=3,
∴﹣n2﹣4n=3,
解得n=﹣1或n=﹣3,
∴D(﹣1,6)或(﹣3,4);
(3)设F(t,t+4),
当∠FDO=45°时,过点D作MN⊥y轴交于点N,过点F作FM⊥MN交于点M,
∵∠DOF=45°,
∴DF=DO,
∵∠MDF+∠NDO=90°,∠MDF+∠MFD=90°,
∴∠NDO=∠MFD,
∴△MDF≌△NOD(AAS),
∴DM=ON,MF=DN,
∴DN+ON=﹣t,DN=ON+(﹣t﹣4),
∴DN=﹣t﹣2,ON=2,
∴D点纵坐标为2,
∴﹣x2﹣3x+4=2,
解得x=或x=,
∴D点坐标为(,2)或(,2);
当∠DFO=90°时,过点F作KL⊥x轴交于L点,过点D作DK⊥KL交于点K,
∵∠KFD+∠LFO=90°,∠KFD+∠KDF=90°,
∴∠LFO=∠KDF,
∵DF=FO,
∴△KDF≌△LFO(AAS),
∴KD=FL,KF=LO,
∴KL=t+4﹣t=4,
∴D点纵坐标为4,
∴﹣x2﹣3x+4=4,
解得x=0或x=﹣3,
∴D(0,4)或(﹣3,4);
综上所述:D点坐标为(,2)或(,2)或(0,4)或(﹣3,4).
【例3】(2023•广安)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+x+m(a≠0)的图象与x轴交于A、C两点,与y轴交于点B,其中点B坐标为(0,﹣4),点C坐标为(2,0).
(1)求此抛物线的函数解析式.
(2)点D是直线AB下方抛物线上一个动点,连接AD、BD,探究是否存在点D,使得△ABD的面积最大?若存在,请求出点D的坐标;若不存在,请说明理由.
(3)点P为该抛物线对称轴上的动点,使得△PAB为直角三角形,请求出点P的坐标.
【分析】(1)把点B,C两点坐标代入抛物线的解析式,解方程组,可得结论;
(2)存在.如图1中,设D(t,t2+t﹣4),连接OD.构建二次函数,利用二次函数的性质,解决问题;
(3)如图2中,设抛物线的对称轴交x轴于点N,过点B作BM⊥抛物线的对称轴于点M.则N(﹣1.0).M(﹣1,﹣4),分三种情形:∠PAB=90°,∠PBA=90°,∠APB=90°,分别求解可得结论.
【解析】(1)∵抛物线y=ax2+x+m(a≠0)的图象经过点B(0,﹣4),点C(2,0),
∴,
解得,
∴抛物线的解析式为y=x2+x﹣4;
(2)存在.
理由:如图1中,设D(t,t2+t﹣4),连接OD.
令y=0,则x2+x﹣4=0,
解得x=﹣4或2,
∴A(﹣4,0),C(2,0),
∵B(0,﹣4),
∴OA=OB=4,
∵S△ABD=S△AOD+S△OBD﹣S△AOB=×4×(﹣﹣t+4)+×4×(﹣t)﹣×4×4=﹣t2﹣4t=﹣(t+2)2+4,
∵﹣1<0,
∴t=﹣2时,△ABD的面积最大,最大值为4,此时D(﹣2,﹣4);
(3)如图2中,设抛物线的对称轴交x轴于点N,过点B作BM⊥抛物线的对称轴于点M.则N(﹣1.0).M(﹣1,﹣4);
∵OA=OB=4,∠AOB=90°,
∴∠OAB=∠OBA=45°,
当∠P1AB=90°时,△ANP1是等腰直角三角形,
∴AN=NP1=3,
∴P1(﹣1,3),
当∠ABP2=90°时,△BMP2是等腰直角三角形,可得P2(﹣1,﹣5),
当∠APB=90°时,设P(﹣1,n),设AB的中点为J,连接PJ,则J(﹣2,﹣2),
∴PJ=AB=2,
∴12+(n+2)2=(2)2,
解得n=﹣2或﹣﹣2,
∴P3(﹣1,﹣2),P4(﹣1,﹣﹣2),
综上所述,满足条件的点P的坐标为(﹣1,3)或(﹣1,﹣5)或(﹣1,﹣2)或(﹣1,﹣﹣2).
【例4】.(2023•柳州)已知抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),B(m,0)两点,与y轴交于点C(0,5).
(1)求b,c,m的值;
(2)如图1,点D是抛物线上位于对称轴右侧的一个动点,且点D在第一象限内,过点D作x轴的平行线交抛物线于点E,作y轴的平行线交x轴于点G,过点E作EF⊥x轴,垂足为点F,当四边形DEFG的周长最大时,求点D的坐标;
(3)如图2,点M是抛物线的顶点,将△MBC沿BC翻折得到△NBC,NB与y轴交于点Q,在对称轴上找一点P,使得△PQB是以QB为直角边的直角三角形,求出所有符合条件的点P的坐标.
【分析】(1)把A(﹣1,0),C(0,5)代入y=﹣x2+bx+c,解二元一次方程组即可得b,c的值,令y=0即可得m的值;
(2)设D(x,﹣x2+4x+5),则E(4﹣x,﹣x2+4x+5),表示出四边形DEFG的周长,根据二次函数的最值即可求解;
(3)过点C作CH⊥对称轴于H,过点N作NK⊥y轴于K,证明△MCH≌△NCK,根据全等三角形的性质得NK=MH=4,CK=CH=2,则N(﹣4,3),利用待定系数法可得直线BN的解析式为y=﹣x+,可得Q(0,),设P(2,p),利用勾股定理表示出PQ2、BP2、BQ2,分两种情况:①当∠BQP=90°时,②当∠QBP=90°时,利用勾股定理即可求解.
【解析】(1)把A(﹣1,0),C(0,5)代入y=﹣x2+bx+c,
得,
解得.
∴这个抛物线的解析式为:y=﹣x2+4x+5,
令y=0,则﹣x2+4x+5=0,解得x1=5,x2=﹣1,
∴B(5,0),
∴m=5;
(2)∵抛物线的解析式为:y=﹣x2+4x+5=﹣(x﹣2)2+9,
∴对称轴为x=2,
设D(x,﹣x2+4x+5),
∵DE∥x轴,
∴E(4﹣x,﹣x2+4x+5),
∵过点D作x轴的平行线交抛物线于点E,作y轴的平行线交x轴于点G,过点E作EF⊥x轴,
∴四边形DEFG是矩形,
∴四边形DEFG的周长=2(﹣x2+4x+5)+2(x﹣4+x)=﹣2x2+12x+2=﹣2(x﹣3)2+20,
∴当x=3时,四边形DEFG的周长最大,
∴当四边形DEFG的周长最大时,点D的坐标为(3,8);
(3)过点C作CH⊥对称轴于H,过点N作NK⊥y轴于K,
∴∠NKC=∠MHC=90°,
由翻折得CN=CM,∠BCN=∠BCM,
∵B(5,0),C(0,5).
∴OB=OC,
∴∠OCB=∠OBC=45°,
∵CH⊥对称轴于H,
∴CH∥x轴,
∴∠BCH=45°,
∴∠BCH=∠OCB,
∴∠NCK=∠MCH,
∴△MCH≌△NCK(AAS),
∴NK=MH,CK=CH,
∵抛物线的解析式为:y=﹣x2+4x+5=﹣(x﹣2)2+9,
∴对称轴为x=2,M(2,9),
∴MH=9﹣5=4,CH=2,
∴NK=MH=4,CK=CH=2,
∴N(﹣4,3),
设直线BN的解析式为y=mx+n,
∴,解得,
∴直线BN的解析式为y=﹣x+,
∴Q(0,),
设P(2,p),
∴PQ2=22+(p﹣)2=p2﹣p+,
BP2=(5﹣2)2p2=9+p2,
BQ2=52+()2=25+,
分两种情况:
①当∠BQP=90°时,BP2=PQ2+BQ2,
∴9+p2=p2﹣p++25+,解得p=,
∴点P的坐标为(2,);
②当∠QBP=90°时,P′Q2=BP′2+BQ2,
∴p2﹣p+=9+p2+25+,解得p=﹣9,
∴点P′的坐标为(2,﹣9).
综上,所有符合条件的点P的坐标为(2,),(2,﹣9).
1.(2023•公安县模拟)如图,已知二次函数y=﹣x2+bx+c经过A,B两点,BC⊥x轴于点C,且点A(﹣1,0),C(2,0),AC=BC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点E是抛物线AB之间的一个动点(不与A,B重合),求S△ABE的最大值以及此时E点的坐标;
(3)根据问题(2)的条件,判断是否存在点E使得△ABE为直角三角形,如果存在,求出E点的坐标,如果不存在,说明理由.
【分析】(1)先求得点B的坐标,然后将点A和点B的坐标代入抛物线的解析式可得到关于b、c的方程组,从而可求得b、c的值;
(2)过点E作EF∥y轴交线段AB于点F,设点E(t,﹣t2+2t+3),则F(t,t+1),则可得到EF与x的函数关系式,利用配方法可求得EF的最大值以及点E的坐标,最后根据EF的最大值可得△ABE的面积;
(3)存在,设E(m,﹣m2+2m+3),分三种情况:分别以A,B,E为直角顶点,作出辅助线,构造相似列出方程,解方程即可.
【解析】(1)∵点A(﹣1,0),C(2,0),
∴AC=3,OC=2,
∵AC=BC=3,
∴B(2,3),
把A(﹣1,0)和B(2,3)代入二次函数y=x2+bx+c中得:
,解得:,
∴二次函数的解析式为:y=﹣x2+2x+3;
(2)∵直线AB经过点A(﹣1,0),B(2,3),
设直线AB的解析式为y=kx+b′,
∴,解得:,
∴直线AB的解析式为:y=x+1,
如图,过点E作EF∥y轴交线段AB于点F,
∴设点E(t,﹣t2+2t+3),则F(t,t+1),
∴EF=﹣t2+2t+3﹣(t+1)=﹣(t﹣)2+,
∴当t=时,EF的最大值为,
∴点E的坐标为(,),
∴此时S△ABE最大,S△ABE=•EF•(xB−xA)=××(2+1)=.
(3)在问题(2)的条件下,存在点E使得△ABE为直角三角形;
设E(m,﹣m2+2m+3),①当点A为直角顶点,过点A作AB的垂线,与AB之间的抛物线无交点,故不可能存在点E使得△ABE为以点A为直角顶点的直角三角形,
②当点B为直角顶点,如下图,此时∠EBA=90°,过点E作EG⊥CB,交CB延长线于点G,
∵BC⊥x轴于点C,且AC=BC,
∴△ABC是等腰直角三角形,∠ABC=45°,
∴∠EBG=45°,
∴△BEG是等腰直角三角形,EG=BG,
∵EG的长为点E与直线BC的距离,即2﹣m,且BG=CG﹣BC=﹣m2+2m+3﹣3=﹣m2+2m,
∴2﹣m==﹣m2+2m,解得m=1或m=2(舍),
∴E(1,4);
③如下图,此时∠AEB=90°,作EM∥x轴,交CB的延长线于点M,过点A作AN⊥x轴交ME的延长线于点N,
∴∠BEM+∠AEN=90°,
∵在Rt△AEN中,∠EAN+∠AEN=90°,
∴∠BEM=∠EAN,
∴△AEN∽△BEM,
∴BM:EN=EM:AN,
∴(﹣m2+2m):(m+1)=(2﹣m):(﹣m2+2m+3),即﹣m(2﹣m)(m+1)(m﹣3)=(2﹣m)(m+1),
∵2﹣m≠0,m+1≠0,
∴m2﹣3m+1=0,
解得m=或m=(舍).
∴E(,)
综上,根据问题(2)的条件,存在点E(1,4)或(,)使得△ABE为直角三角形.
2.(2023•高邮市模拟)如图,抛物线y=ax2+bx﹣3经过A(﹣1,0),与y轴交于点C,过点C作BC∥x轴,交抛物线于点B,连接AC、AB,AB交y轴于点D,若.
(1)求点B的坐标;
(2)点P为抛物线对称轴上一点,且位于x轴上方,连接PA、PC,若△PAC是以AC为直角边的直角三角形,求点P的坐标.
【分析】(1)根据A(﹣1,0),得到OA=l,对于y=ax2+bx﹣3,令x=0,则y=﹣3,得到C(0,﹣3),OC=3,根据BC∥x轴,得到△AOD∽△BCD,推出,得到BC=2,即可得B(2,﹣3);
(2)把A(﹣1,0),B(2,﹣3)代入y=ax2+bx﹣3,求得a=1,b=﹣2,得到抛物线解析式并配方为y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,得到抛物线的对称轴是直线x=1,设P(1,m),写出PA2=m2+22=m2+4.PC2=(m+3)2+12=(m+3)2+1.AC2=12+32=10.根据△PAC是以AC为直角边的直角三角形,当∠PAC=90°时,PA2+AC2=PC2.得到m2+4+10=(m+3)2+1,求得m=;当∠PCA=90°时,PC2+AC2=AP2,得到(m+3)2+1+10=m2+4,求出m=﹣;即可得点P的坐标.
【解析】∵A(﹣1,0),
∴OA=l,
在y=ax2+bx﹣3中,令x=0,则y=﹣3,
∴C(0,﹣3),
∴OC=3,
∵BC∥x轴,
∴△AOD∽△BCD,
∴,
∴BC=2,
∴B(2,﹣3);
(2)把A(﹣1,0),B(2,﹣3)代入y=ax2+bx﹣3,
∴,解得,
∴抛物线解析式为y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴抛物线的对称轴是直线x=1,
设P(1,m),
∴PA2=m2+22=m2+4.
PC2=(m+3)2+12=(m+3)2+1.
AC2=12+32=10.
∵△PAC是以AC为直角边的直角三角形,
当∠PAC=90°时,PA2+AC2=PC2.
∴m2+4+10=(m+3)2+1,解得m=;
当∠PCA=90°时,PC2+AC2=AP2,
∴(m+3)2+1+10=m2+4,解得m=﹣(不符合题意,舍去).
∴P(1,).
3.(2023•碑林区校级模拟)如图,已知抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(﹣2,0),B(4,0)两点.
(1)求b,c的值;
(2)点E为抛物线y=﹣x2+bx+c上一点,且点E在x轴上方,连接BE,以点E为直角顶点,BE为直角边,作等直角△BED,使得点D恰好落在直线y=x上,求出满足条件的所有点E的坐标.
【分析】(1)运用待定系数法即可求得答案;
(2)设D(m,m),E(n,﹣n2+2n+8),分两种情况:当点E1在点D左侧,∠DE1B=90°,BE1=D1E1时,当点E2在点D2右侧,∠D2E2B=90°,BE2=D2E2时,利用等腰直角三角形性质,添加辅助线构造全等三角形,再利用全等三角形的性质建立方程求解即可得出答案.
【解析】(1)∵抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(﹣2,0),B(4,0)两点,
∴,
解得:,
∴b=2,c=8;
(2)∵点D在直线y=x上,点E在抛物线解析式为y=﹣x2+2x+8上,
∴设D(m,m),E(n,﹣n2+2n+8),
当点E1在点D左侧,∠DE1B=90°,BE1=D1E1时,如图,过点E1作E1G∥x轴,过点B作BF⊥EG于点F,过点D1作D1G⊥E1G于点G,
则∠BFE1=∠E1GD1=90°,BF=﹣n2+2n+8,E1F=4﹣n,E1G=m﹣n,D1G=m﹣(﹣n2+2n+8)=n2﹣2n﹣8+m,
∴∠E1BF+∠BE1F=90°,
∵∠D1E1G+∠BE1F=90°,
∴∠E1BF=∠D1E1G,
在△BE1F和△E1D1G中,
,
∴△BE1F≌△E1D1G(AAS),
∴E1F=D1G,BF=E1G,
∴,
解得:,
当n=2时,﹣n2+2n+8=﹣22+2×2+8=8,
∴E1(2,8);
当点E2在点D2右侧,∠D2E2B=90°,BE2=D2E2时,如图,过点E2作E2H⊥x轴于点H,过点D2作D2K⊥E2H于点K,
则∠BHE2=∠E2KD2=90°,BH=4﹣n,E2H=﹣n2+2n+8,E2K=﹣n2+2n+8﹣m,D2K=n﹣m,
同理可得△BE2H≌△E2D2K(AAS),
∴E2H=D2K,BH=E2K,
∴,
解得:或,
∴E(1+,2)或(1﹣,2);
综上所述,满足条件的所有点E的坐标为(2,8)或(1+,2)或(1﹣,2).
4.(2023•雁峰区校级模拟)如图,抛物线y=﹣x2+bx+c经过A(﹣1,0),B(3,0)两点,与y轴交于点C,直线y=x+1与x轴交于点E,与y轴交于点D.
(1)求抛物线的解析式;
(2)P为抛物线上的点,连接OP交直线DE于Q,当Q是OP中点时,求点P的坐标;
(3)M在直线DE上,当△CDM为直角三角形时,求出点M的坐标.
【分析】(1)根据抛物线y=﹣x2+bx+c经过A(﹣1,0),B(3,0)两点,列方程组,于是得到答案;
(2)令x=0,则y=x+1=1,求得OD=1,作PH⊥OB,垂足为H,得到∠COA=∠PHO=90°,根据平行线的性质得到∠P=∠DOQ,∠PFQ=∠ODQ,根据全等三角形的性质得到PF=OD=1,设P点横坐标为x,得到方程﹣x2+2x+3﹣(x+1)=1,求得x1=2,x2=﹣,当x=2时,y=3,当x=﹣时,y=,于是得到答案;
(3)求得CD=OC﹣OD=2,设M(a,a+1),分两种情况①当∠CMD=90°时,②当∠DCM=90°时,根据勾股定理即可得到结论.
【解析】(1)∵抛物线y=﹣x2+bx+c经过A(﹣1,0),B(3,0)两点,
∴,
解得:,
∴抛物线的解析式是y=﹣x2+2x+3;
(2)令x=0,则y=x+1=1,
∴OD=1,
如图,作PH⊥OB,垂足为H,交ED于F,
则∠COA=∠PHO=90°,
∴PH∥OC,
∴∠OPF=∠DOQ,∠PFQ=∠ODQ,
又Q是OP中点,
∴PQ=OQ,
∴△PFQ≌△ODQ(AAS),
∴PF=OD=1
设P点横坐标为x,则﹣x2+2x+3﹣(x+1)=1,
解得:x1=2,x2=﹣,
当x=2时,y=3,当x=﹣时,y=,
∴点P的坐标是(2,3)或(﹣,);
(3)令x=0,则y=﹣x2+2x+3=3,
∴OC=3,
∴CD=OC﹣OD=2,
设M(a,a+1),
∴CM2=a2+(3﹣a﹣1)2=a2﹣2a+4,
DM2=a2+(a+1﹣1)2=a2,
①当∠CMD=90°时,
∴CD2=CM2+DM2,
∴22=a2﹣2a+4+a2,
解得:a1=,a2=0(舍去),
当a=时,a+1=,
∴M(,);
②当∠DCM=90°时,
∴CD2+CM2=DM2,
∴22+a2﹣2a+4=a2,
解得:a=4,
当a=4时,a+1=3,
∴M(4,3);
解法二:∵∠DCM=90°,
∴CM∥x轴,
∴a+1=3,解得a=4,
∴M(4,3);
综上所述:点M的坐标为(,)或(4,3).
5.(2023•平南县二模)如图,二次函数y=x2+bx+c的图象与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C,且A(﹣1,0),对称轴为直线x=2.
(1)求该抛物线的表达式;
(2)直线l过点A与抛物线交于点P,当∠PAB=45°时,求点P的坐标;
(3)在抛物线的对称轴上是否存在一点Q,使得△BCQ是直角三角形?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)设y=(x﹣2)2+k,用待定系数法可得抛物线的解析式为y=x2﹣4x﹣5;
(2)过点P作PM⊥x轴于点M,设P(m,m2﹣4m﹣5),根据∠PAB=45°知AM=PM,即|m2﹣4m﹣5|=m+1,解得m的值,即可得P的坐标是(6,7)或P(4,﹣5);
(3)由y=x2﹣4x﹣5求出B(5,0),C(0,﹣5),设Q(2,t),有BC2=50,BQ2=9+t2,CQ2=4+(t+5)2,分三种情况:当BC为斜边时,9+t2+4+(t+5)2=50,当BQ为斜边时,50+4+(t+5)2=9+t2,当CQ为斜边时,50+9+t2=4+(t+5)2,分别解得t的值,即可求出相应Q的坐标.
【解析】(1)设y=(x﹣2)2+k,把A(﹣1,0)代入得:
(﹣1﹣2)2+k=0,
解得:k=﹣9,
∴y=(x﹣2)2﹣9=x2﹣4x﹣5,
答:抛物线的解析式为y=x2﹣4x﹣5;
(2)过点P作PM⊥x轴于点M,如图:
设P(m,m2﹣4m﹣5),则PM=|m2﹣4m﹣5|,
∵A(﹣1,0),
∴AM=m+1
∵∠PAB=45°
∴AM=PM,
∴|m2﹣4m﹣5|=m+1,
即m2﹣4m﹣5=m+1或m2﹣4m﹣5=﹣(m+1),
当m2﹣4m﹣5=m+1时,解得:m1=6,m2=﹣1(不合题意,舍去),
当m2﹣4m﹣5=﹣(m+1),解得m3=4,m4=﹣1(不合题意,舍去),
∴P的坐标是(6,7)或P(4,﹣5);
(3)在抛物线的对称轴上存在一点Q,使得△BCQ是直角三角形,理由如下:
在y=x2﹣4x﹣5中,令x=0得y=﹣5,令y=0得x=﹣1或x=5,
∴B(5,0),C(0,﹣5),
由抛物线y=x2﹣4x﹣5的对称轴为直线x=2,设Q(2,t),
∴BC2=50,BQ2=9+t2,CQ2=4+(t+5)2,
当BC为斜边时,BQ2+CQ2=BC2,
∴9+t2+4+(t+5)2=50,
解得t=﹣6或t=1,
∴此时Q坐标为(2,﹣6)或(2,1);
当BQ为斜边时,BC2+CQ2=BQ2,
∴50+4+(t+5)2=9+t2,
解得t=﹣7,
∴此时Q坐标为(2,﹣7);
当CQ为斜边时,BC2+BQ2=CQ2,
∴50+9+t2=4+(t+5)2,
解得t=3,
∴此时Q坐标为(2,3);
综上所述,Q的坐标为(2,3)或(2,﹣7)或(2,1)或(2,﹣6).
6.(2023•太原一模)综合与实践
如图,抛物线y=x2+2x﹣8与x轴交于A,B两点(点A在点B左侧),与y轴交于点C.点D在直线AC下方的抛物线上运动,过点D作y轴的平行线交AC于点E.
(1)求直线AC的函数表达式;
(2)求线段DE的最大值;
(3)当点F在抛物线的对称轴上运动,以点A,C,F为顶点的三角形是直角三角形时,直接写出点F的坐标.
【分析】(1)分别令x=0,y=0,求得点C、A的坐标,再运用待定系数法即可求得答案;
(2)设D(m,m2+2m﹣8),则E(m,﹣2m﹣8),可得DE=﹣2m﹣8﹣(m2+2m﹣8)=﹣m2﹣4m=﹣(m+2)2+4,运用二次函数的性质即可求得线段DE的最大值;
(3)设F(﹣1,n),根据两点间距离公式可得:AF2=32+n2=n2+9,AC2=42+82=80,CF2=12+(n+8)2=n2+16n+65,分三种情况:①当∠AFC=90°时,②当∠CAF=90°时,③当∠ACF=90°时,分别建立方程求解即可.
【解析】(1)在y=x2+2x﹣8中,令x=0,得y=﹣8,
∴C(0,﹣8),
令y=0,得x2+2x﹣8=0,
解得:x1=﹣4,x2=2,
∴A(﹣4,0),B(2,0),
设直线AC的解析式为y=kx+b,则,
解得:,
∴直线AC的解析式为y=﹣2x﹣8;
(2)设D(m,m2+2m﹣8),则E(m,﹣2m﹣8),
∵点D在点E的下方,
∴DE=﹣2m﹣8﹣(m2+2m﹣8)=﹣m2﹣4m=﹣(m+2)2+4,
∵﹣1<0,
∴当m=﹣2时,线段DE最大值为4;
(3)∵y=x2+2x﹣8=(x+1)2﹣9,
∴抛物线的对称轴为直线x=﹣1,
设F(﹣1,n),又A(﹣4,0),C(0,﹣8),
∴AF2=32+n2=n2+9,AC2=42+82=80,CF2=12+(n+8)2=n2+16n+65,
①当∠AFC=90°时,
∵AF2+CF2=AC2,
∴n2+9+n2+16n+65=80,
解得:n1=﹣4﹣,n2=﹣4+,
∴F(﹣1,﹣4﹣)或(﹣1,﹣4+);
②当∠CAF=90°时,
∵AF2+AC2=CF2,
∴n2+9+80=n2+16n+65,
解得:n=,
∴F(﹣1,);
③当∠ACF=90°时,
∵CF2+AC2=AF2,
∴n2+16n+65+80=n2+9,
解得:n=﹣,
∴F(﹣1,﹣);
综上所述,点F的坐标为(﹣1,﹣4﹣)或(﹣1,﹣4+)或(﹣1,)或(﹣1,﹣).
7.(2023•桐梓县模拟)在平面直角坐标系xOy中,已知抛物线y=﹣与x轴交于A,B两点(点B在点A的右侧),与y轴交于点C,它的对称轴与x轴交于点D,直线L经过C,D两点,连接AC.
(1)求A,B两点的坐标及直线L的函数表达式;
(2)探索直线L上是否存在点E,使△ACE为直角三角形,若存在,求出点E的坐标;若不存在,说明理由.
【分析】(1)令x=0,y=0,可分别求出A、B、C三点坐标,在求出函数的对称轴即可求D点坐标,利用待定系数法求直线解析式即可;
(2)设E(t,﹣t+2),分三种情况讨论:①当∠CAE=90°时,AC2+AE2=CE2,②当∠ACE=90°时,AC2+CE2=AE2,③当∠AEC=90°时,AE2+CE2=AC2,分别利用勾股定理求解即可.
【解析】(1)令y=0,则﹣=0,
解得x=﹣2或x=6,
∴A(﹣2,0),B(6,0),
令x=0,则y=2,
∴C(0,2),
∵y=﹣=﹣(x﹣2)2+,
∴抛物线的对称轴为直线x=2,
∴D(2,0),
设直线CD的解析式为y=kx+b,
∴,
解得,
∴y=﹣x+2;
(2)在点E,使△ACE为直角三角形,理由如下:
设E(t,﹣t+2),
∴AC2=16,AE2=4t2﹣8t+16,CE2=4t2,
①当∠CAE=90°时,AC2+AE2=CE2,
∴16+4t2﹣8t+16=4t2,
∴t=4,
∴E(4,2);
②当∠ACE=90°时,AC2+CE2=AE2,
∴16+4t2=4t2﹣8t+16,
∴t=0(舍);
③当∠AEC=90°时,AE2+CE2=AC2,
∴4t2﹣8t+16+4t2=16,
∴t=0(舍)或t=1,
∴E(1,);
综上所述:E点坐标为(4,2)或(1,).
8.(2023•沈阳模拟)如图1,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),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是抛物线上B,C之间的一个动点,线段MA绕点M逆时针旋转90°得到MN,当点N恰好落在y轴上时,求点M,点N的坐标.
(3)如图2,若点E坐标为(2,0),EF⊥x轴交直线BC于点F,将△BEF沿直线BC平移得到△B'E'F',在△B'E'F'移动过程中,是否存在使△ACE'为直角三角形的情况?若存在,请直接写出所有符合条件的点E′的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)将A(﹣1,0),B(3,0),C(0,﹣3)代入y=ax2+bx+c,即可求解;
(2)过点M作HG∥y轴,交x轴于点H,过点N作NG⊥HG交于点G,证明△AMH≌△MNG(AAS),设M(t,t2﹣2t﹣3),由HM=NG,可求t=即可求M、N点的坐标;
(3)设△BEF沿x轴方向平移t个单位长,则沿y轴方向平移t个单位长,则E'(2+t,t),分三种情况讨论:①当∠ACE'=90°时,过点E'作E'H⊥y轴交于点H,可得△ACO∽△CE'H,利用相似比可求E'(﹣,﹣);当N点与E'重合时,也符合题意;②当∠CAE'=90°时,过点A作MN⊥x轴,过点C作CN⊥MN交于N点,过点E'作E'M⊥MN交于M点,可得△AME'∽△CNA,利用相似比可求E'(,);③当∠AE'C=90°时,过点E'作ST⊥x轴交于S点,过点C作CT⊥ST交于T点,可得△ASE'∽△E'TC,利用相似比可求E'(1,﹣1).
【解析】(1)将A(﹣1,0),B(3,0),C(0,﹣3)代入y=ax2+bx+c,
∴,
∴,
∴y=x2﹣2x﹣3;
(2)过点M作HG∥y轴,交x轴于点H,过点N作NG⊥HG交于点G,
∴∠AMH+∠NMG=90°,
∵∠AMH+∠MAH=90°,
∴∠NMG=∠MAH,
∵AM=MN,
∴△AMH≌△MNG(AAS),
∴AH=MG,HM=NG,
设M(t,t2﹣2t﹣3),
∴HM=﹣t2+2t+3,NG=t,
∴﹣t2+2t+3=t,
∴t=,
∵点M是抛物线上B,C之间,
∴0<t<3,
∴t=,
∴M(,﹣),
∴AH=1+=,
∴HG=+=2+,
∴N(0,﹣2﹣);
(3)存在使△ACE'为直角三角形,理由如下:
∵OB=OC,
∴∠OBC=45°,
设△BEF沿x轴方向平移t个单位长,则沿y轴方向平移t个单位长,
∵E(2,0),
∴E'(2+t,t),
①如图2,当∠ACE'=90°时,过点E'作E'H⊥y轴交于点H,
∴∠ACO+∠E'CH=90°,
∵∠ACO+∠CAO=90°,
∴∠E'CH=∠CAO,
∴△ACO∽△CE'H,
∴=,
∵AO=1,CO=3,CH=﹣3﹣t,E'H=﹣2﹣t,
∴=,
解得t=﹣,
∴E'(﹣,﹣);
②如图3,当∠CAE'=90°时,
过点A作MN⊥x轴,过点C作CN⊥MN交于N点,过点E'作E'M⊥MN交于M点,
∴∠MAE'+∠NAC=90°,
∵∠MAE'+∠ME'A=90°,
∴∠NAC=∠ME'A,
∴△AME'∽△CNA,
∴=,
∵NC=1,AN=3,AM=t,ME'=3+t,
∴=,
解得t=,
∴E'(,);
当E'点与N重合时,△ACE'为直角三角形,
∴E'(﹣1,﹣3);
③如图3,当∠AE'C=90°时,
过点E'作ST⊥x轴交于S点,过点C作CT⊥ST交于T点,
∴∠AE'S+∠CE'T=90°,
∵∠AE'S+∠E'AS=90°,
∴∠CE'T=∠E'AS,
∴△ASE'∽△E'TC,
∴=,
∵AS=3+t,SE'=﹣t,CT=2+t,E'T=t+3,
∴=,
解得t=﹣1,
∴E'(1,﹣1);
综上所述:E'的坐标为(﹣,﹣)或(,)或(1,﹣1)或(﹣1,﹣3).
9.(2023•东坡区校级模拟)如图,抛物线y=x2﹣(m+2)x+4的顶点C在x轴的正半轴上,直线y=x+2与抛物线交于A,B两点,且点A在点B的左侧.
(1)求m的值;
(2)点P是抛物线y=x2﹣(m+2)x+4上一点,当△PAB的面积是△ABC面积的2倍时,求点P的坐标;
(3)将直线AB向下平移k(k>0)个单位长度,平移后的直线与抛物线交于D,E两点(点D在点E的左侧),当△DEC为直角三角形时,求k的值.
【分析】(1)令y=0得x2﹣(m+2)x+4=0,由Δ=0求得;
(2)作CD∥AB交y轴于D,求得CD的函数表达式是y=x﹣2,在DF的延长线上截取EF=2DF=8,过点E作EG∥AB,求得EG的函数表达式,与抛物线函数表达式联立求得;
(3)当∠CDE=90°时,可得直线CD的函数表达式是:y=﹣x+2,求出它与抛物线的交点即可,当∠DCE=90°时,设平移后的表达式是y=x+b,与抛物线的表达式联立求得D和E的坐标,再求出DE中点坐标,根据DE=2CI,进而求得b,根据平移的距离得出k值.
【解析】(1)令y=0,
∴x2﹣(m+2)x+4=0,
∵Δ=(m+2)2﹣4×1×4=0,
∴m=2或m=﹣6,
又﹣,
∴m>﹣2,
∴m=2;
(2)当m=2时,
y=x2﹣4x+4
=(x﹣2)2,
如图1,
作CD∥AB交y轴于D,
∴CD的函数表达式是y=x﹣2,
∴D(0,﹣2),
∵y=x+=2与y轴交点F(0,2),
∴DF=4,
在DF的延长线上截取EF=2DF=8,
过点E作EG∥AB,
∴EG的函数表达式是:y=x+10,
由x2﹣4x+4=x+10得,
x=﹣1或x=6,
当x=﹣1时,y=﹣1+10=9,
当x=6时,y=6+10=16,
∴P(﹣1,9)或P(6,16);
作CM⊥AB于M交EG于N,
∵CD∥AB∥EG,
∴==,
∴点P到AB的距离是点C到AB距离的2倍,
∴△PAB的面积是△ABC面积的2倍.
(3)当∠CDE=90°时,
∴直线CD的函数表达式是:y=﹣x+2,
由x2﹣4x+4=﹣x+2得,
x=1或x=2(舍去),
当x=1时,y=﹣1+2=1,
∴y=x+(2﹣k)过(1,1),
∴1+(2﹣k)=1,
∴k=2,
当∠DCE=90°时,
设平移后的表达式是y=x+b,
由x2﹣4x+4=x+b得,
化简得,
x2﹣5x+(4﹣b)=0,
∴x1=,x2=,
∴x1+x2=5,y1+y2=5+2b,
∴DE的中点I(,),
∴x1﹣x2=,
∴y1﹣y2=x1+b﹣(x2+b)
=x1﹣x2
=,
∵DE2=(x1﹣x2)2+(y1﹣y2)2
=()2+()2
=2(9+4b),
CI2=(﹣2)2+()2
=,
由DE=2CI得,
2(9+4b)=16+4b2+20b,
∴b=﹣1或b=﹣2(舍去),
∴k=3,
综上所述,k=2或3.
10.(2023•海沧区二模)抛物线y1=ax2﹣2ax+c(a<2且a≠0)与x轴交于A(﹣1,0),B两点,抛物线的对称轴与x轴交于点D,点M(m,n)在该抛物线上,点P是抛物线的最低点.
(1)若m=2,n=﹣3,求a的值;
(2)记△PMB面积为S,证明:当1<m<3时,S<2;
(3)将直线BP向上平移t个单位长度得直线y2=kx+b(k≠0),与y轴交于点C,与抛物线交于点E,当x<﹣1时,总有y1>y2.当﹣1<x<1时,总有y1<y2.是否存在t≥4,使得△CDE是直角三角形,若存在,求t的值;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)将点A(﹣1,0)代入抛物线y1=ax2﹣2ax+c中,可得c=﹣3a,所以抛物线y1=ax2﹣2ax﹣3a.当m=2,n=﹣3时,M(2,﹣3),将点M的坐标代入函数解析式,求解即可;
(2)过点M作x轴的垂线,交直线BP于点Q,根据题意可知,P(a,﹣4a),B(3,0),所以直线BP的解析式为:y=2ax﹣6a,设M(m,am2﹣2am﹣3a),则Q(m,2am﹣6a),根据三角形的面积公式可得出S和a的函数关系式,再根据二次函数的性质求解即可;
(3)由平移可知,y2=2ax+2a,点C(0,2a),联立可得E(5,12a).根据题意当△ECD是直角三角形时,需要分三种情况讨论:①当∠ECD=90°时,过点E作y轴的垂线交y轴于点F,②当∠CDE=90°时,过点E作x轴的垂线于点F,③当∠CED=90°时,分别求解即可.
【解答】(1)解:将点A(﹣1,0)代入抛物线y1=ax2﹣2ax+c中,
∴a+2a+c=0,
∴c=﹣3a,
∴抛物线y1=ax2﹣2ax﹣3a.
当m=2,n=﹣3时,M(2,﹣3),
∴4a﹣4a﹣3a=﹣3,
解得a=1;
(2)证明:过点M作x轴的垂线,交直线BP于点Q,
∵点P为y1=ax2﹣2ax﹣3a的最低点,
∴P(a,﹣4a),
令y1=ax2﹣2ax﹣3a=0,
解得x=﹣1或x=3,
∴B(3,0),
∴直线BP的解析式为:y=2ax﹣6a,
设M(m,am2﹣2am﹣3a),
∴Q(m,2am﹣6a),
∴QM=2am﹣6a﹣(am2﹣2am﹣3a)=﹣am2+4am﹣3a,
∴S=|xB﹣xP|•QM
=﹣am2+4am﹣3a
=﹣a(m﹣2)2+a,
∵﹣a<0,开口向下,
∴当m=2时,S的最大值为a,
∵a<2,
∴当1<m<3时,S=a<2.
(3)解:∵当x<﹣1时,总有y1<y2,
∴直线l必经过点A(﹣1,0),
将点A代入直线l:y2=kx+b,
∴﹣k+b=0,
∵直线l:y2=kx+b由直线PB:y=2ax﹣6a向上平移t个单位长度得到,
∴k=b=2a,b=﹣6a+t=2a,
∴t=8a,
∴y2=2ax+2a,点C(0,2a),
令2ax+2a=ax2﹣2ax﹣3a,
解得x=﹣1或x=5,
∴E(5,12a).
①当∠ECD=90°时,过点E作y轴的垂线交y轴于点F,
∴△FEC∽△OCD,
∴EF:OC=CF:OD,即5:2a=10a:1,
∴a=或a=﹣(舍);
∴t=8a=4≥4,符合题意;
②当∠CDE=90°时,过点E作x轴的垂线于点F,
∴△OCD∽△FDE,
∴EF:OD=DF:OC,即12a:1=4:2a,
解得a=或a=﹣(舍),
∴t=8a=<=4,不符合题意;
③当∠CED=90°时,显然不存在.
综上,存在,且t的值为.
11.(2023•葫芦岛模拟)如图,在平面直角坐标系中,矩形OABC,点A在y轴上,点C在x轴上,其中B(﹣2,3),已知抛物线y=﹣x2+bx+c经过点A和点B.
(1)求抛物线解析式;
(2)如图1,点D(﹣2,﹣1)在直线BC上,点E为y轴右侧抛物线上一点,连接BE、AE,DE,若S△BDE=4S△ABE,求E点坐标;
(3)如图2,在(2)的条件下,P为射线DB上一点,作PQ⊥直线DE于点Q,连接AP,AQ,PQ,若△APQ为直角三角形,请直接写出P点坐标.
【分析】(1)求出A点坐标,将A、B点坐标代入y=﹣x2+bx+c即可求解;
(2)设E(m,﹣m2﹣m+3),求得S△BDE==2(m+2),S△ABE=m2+m,再由已知得到方程2(m+2)=4(m2+m),求出m的值即可求E点坐标;
(3)先求出直线DE的解析式为y=x+1,分三种情况讨论:①当P点与B点重合,此时△APQ为等腰直角三角形,则P(﹣2,3);②过点Q作QM⊥AB交BA的延长线于点M,证明△PAB∽△AQM,设P(﹣2,t),则Q(,),分别求出PB=t﹣3,AB=2,AM=,QM=﹣3=,再由三角形相似可得=,求出t即可求P点坐标;当PQ⊥AP时,AP∥DE,则直线AP的解析式为y=x+3,即可求P点坐标.
【解答】解:(1)∵B(﹣2,3),矩形OABC,
∴A(0,3),
∵抛物线y=﹣x2+bx+c经过点A和点B,
∴,
∴,
∴y=﹣x2﹣x+3;
(2)∵D(﹣2,﹣1),
∴BD=4,
设E(m,﹣m2﹣m+3),
∴S△BDE=×4×(m+2)=2(m+2),
∵AB=2,
∴S△ABE=×2×(3+m2+m﹣3)=m2+m,
∵S△BDE=4S△ABE,
∴2(m+2)=4(m2+m),
解得m=﹣2或m=,
∵E点在y轴由侧,
∴m=,
∴E(,);
(3)∵E(,),D(﹣2,﹣1),
设直线DE的解析式为y=kx+b,
∴,
∴,
∴y=x+1,
∴直线与y轴的交点为(0,1),
如图1,当P点与B点重合,Q点为(0,1),
此时△APQ为等腰直角三角形,
∴P(﹣2,3);
如图2,过点Q作QM⊥AB交BA的延长线于点M,
∵∠PAQ=90°,∠PBA=90°,∠QME=90°,
∴∠PAB=∠AQM,
∴△PAB∽△AQM,
∴=,
设P(﹣2,t),
∵直线DE的解析式为y=x+1,PQ⊥DE,
∴∠PDQ=45°,
∴Q(,),
∴PB=t﹣3,AB=2,AM=,QM=﹣3=,
∴=,
∴t=9,
∴P(﹣2,9);
如图3,当PQ⊥AP时,
∵∠PAQ+∠AQP=90°,∠AQP+∠AQE=90°,
∴∠APQ=∠AQE,
∴AP∥DE,
∴直线AP的解析式为y=x+3,
∴P(﹣2,1);
综上所述:P点的坐标为(﹣2,1)或(﹣2,3)或(﹣2,9).
12.(2023•和平区一模)如图,抛物线y=ax2+bx﹣,交y轴于点A,交x轴于B(﹣1,0),C(5,0)两点,抛物线的顶点为D,连接AC,CD.
(1)求直线AC的函数表达式;
(2)求抛物线的函数表达式及顶点D的坐标;
(3)过点D作x轴的垂线交AC于点G,点H为线段CD上一动点,连接GH,将△DGH沿GH翻折到△GHR(点R,点G分别位于直线CD的两侧),GR交CD于点K,当△GHK为直角三角形时.
①请直接写出线段HK的长为 ;
②将此Rt△GHK绕点H逆时针旋转,旋转角为α(0°<α<180°),得到△MHN,若直线MN分别与直线CD,直线DG交于点P,Q,当△DPQ是以PQ为腰的等腰三角形时,请直接写出点P的纵坐标为 ﹣或﹣ .
【分析】(1)先根据抛物线y=ax2+bx﹣,交y轴于点A,求出点A坐标,再运用待定系数法求直线AC的函数表达式即可;
(2)将B(﹣1,0),C(5,0)代入抛物线y=ax2+bx﹣求出a,b,即可得抛物线解析式,运用配方法将抛物线解析式化为顶点式即可得出顶点坐标;
(3)①根据△GHK为直角三角形,且点R,点G分别位于直线CD的两侧,可分三种情况:∠GHK=90°或∠HGK=90°或∠GKH=90°,经分析仅有∠GKH=90°符合题意,过点H作HL⊥DG于点L,则HL=HK,先证明△GDK∽△CDF,再运用面积法即可求出答案;
②由△DPQ是以PQ为腰的等腰三角形,可分两种情况:PQ=DQ或PQ=DP,分别求出点P的纵坐标即可.
【解答】解:(1)设直线AC的函数表达式为:y=kx+c,
∵抛物线y=ax2+bx﹣,交y轴于点A,
∴A(0,﹣),
将A(0,﹣),C(5,0)分别代入y=kx+c,
得:,
解得:,
∴直线AC的函数表达式为:y=x﹣,
(2)∵抛物线y=ax2+bx﹣经过B(﹣1,0),C(5,0)两点,
∴,
解得:,
∴抛物线的解析式为y=x2﹣x﹣,
∵y=x2﹣x﹣=(x﹣2)2﹣4,
∴顶点D的坐标为(2,﹣4);
(3)①如图1,∵△GHK为直角三角形,且点R,点G分别位于直线CD的两侧,
∴∠GHK=90°或∠HGK=90°或∠GKH=90°,
当∠GHK=90°时,∠GHD=90°,点R落在直线DC上,不符合题意,
当∠HGK=90°时,∠DGH=∠HGK=90°,点R,点G位于直线CD的同侧,不符合题意,
当∠GKH=90°时,点R,点G分别位于直线CD的两侧,符合题意,
∴∠GKH=90°,∠DGH=∠RGH,
过点H作HL⊥DG于点L,则HL=HK,
∵D(2,﹣4),DG⊥x轴,
∴G(2,﹣),F(2,0),
∴DG=﹣﹣(﹣4)=,CF=5﹣2=3,DF=4,
∴CD===5,
∵∠DFC=∠GKH=90°,∠GDK=∠CDF,
∴△GDK∽△CDF,
∴==,即==,
∴GK=,DK=,
∵S△GKH+S△GDH=S△GDK,
∴××HK+××HL=××,
故答案为:;
②∵△DPQ是以PQ为腰的等腰三角形,
∴PQ=DQ或PQ=DP,
当PQ=DQ时,如图2,由旋转知:点H到PQ、DQ的距离相等,
∴QH⊥DP,DH=HP,
由①知HL=HK=,
∵HL∥CF,
∴=,即=,
∴DL=,
∴L的纵坐标为﹣4=﹣,即H的纵坐标为﹣,
∵H为D、P的中点,
∴P的纵坐标为﹣,
当PQ=DP时,如图3,点P为DQ的垂直平分线与CD的交点,
∵H(,﹣),
∴经过点H平行MN的直线为y=﹣x+,
∵点H到直线MN的距离为,
∴直线MN的解析式为y=﹣x﹣,
∵直线CD的解析式为y=x﹣,
∴P(,﹣);
综上所述,点P的纵坐标为﹣或﹣.
13.(2023•莱芜区三模)二次函数y=ax2+bx+c交x轴于点A(﹣1,0)和点B(﹣3,0),交y轴于点C(0,﹣3).
(1)求二次函数的解析式;
(2)如图1,点E为抛物线的顶点,点T(0,t)为y轴负半轴上的一点,将抛物线绕点T旋转180°,得到新的抛物线,其中B,E旋转后的对应点分别记为B′,E′,当四边形BEB'E'的面积为12时,求t的值;
(3)如图2,过点C作CD∥x轴,交抛物线于另一点D.点M是直线CD上的一个动点,过点M作x轴的垂线,交抛物线于点P.当以点B、C、P为顶点的三角形是直角三角形时,求所有满足条件的点M的坐标.
【分析】(1)根据抛物线与x轴的交点坐标,设抛物线解析式为y=a(x+1)(x+3),将C(0,﹣3)代入,即可求得二次函数解析式;
(2)如图1,连接EE′、BB′,延长BE,交y轴于点Q.利用待定系数法求出直线BE的解析式,根据抛物线y=﹣x2﹣4x﹣3绕点T(0,t)旋转180°,可得四边形BEB′E′是平行四边形,运用平行四边形性质即可求得答案;
(3)设P(x,﹣x2﹣4x﹣3),根据以点B、C、P为顶点的三角形是直角三角形,分三种情况分别讨论即可:①当∠BP1C=90°时,③当∠P3BC=90°时,③当∠P3BC=90°时,④当∠BCP4=90°时.
【解答】解:(1)∵二次函数过点A(﹣1,0),B(﹣3,0),
∴设抛物线解析式为y=a(x+1)(x+3),
将C(0,﹣3)代入,得:3a=3,
解得:a=﹣1,
∴二次函数的解析式为:y=﹣x2﹣4x﹣3;
(2)如图1,连接EE′、BB′,延长BE,交y轴于点Q.
由(1)得y=﹣x2﹣4x﹣3=﹣(x+2)2+1,
∴抛物线顶点E(﹣2,1),
设直线BE的解析式为y=kx+b,
∵B(﹣3,0),E(﹣2,1),
∴,
解得:,
∴直线BE的解析式为:y=x+3,
∴Q(0,3),
∵抛物线y=﹣x2﹣4x﹣3绕点T(0,t)旋转180°,
∴TB=TB′,TE=TE′,
∴四边形BEB′E′是平行四边形,
∴S△BET=S四边形BEB′E′=×12=3,
∵S△BET=S△BQT﹣S△EQT=×(3﹣2)×TQ=TQ,
∴TQ=6,
∴3﹣t=6,
∴t=﹣3;
(3)设P(x,﹣x2﹣4x﹣3),
①当∠BP1C=90°时,∠N1P1B=∠P1CE,
∴tan∠N1P1B=tan∠P1CE,
∴=,
∵BN1=﹣x2﹣4x﹣3,P1N1=x+3,P1E=﹣x,EC=﹣x2﹣4x,
∴=,
化简得:x2+5x+5=0,
解得:x1=,x2=(舍去),
②当∠BP2C=90°时,同理可得:x2+5x+5=0,
解得:x1=(舍去),x2=,
∴M点的坐标为(,﹣3)或(,﹣3),
③当∠P3BC=90°时,由△BM3C是等腰直角三角形,
得:△N3BP3也是等腰直角三角形,
∴N3B=N3P3,
∴﹣x2﹣4x﹣3=x+3,
化简得:x2+5x+6=0,
解得:x1=﹣2,x2=﹣3(舍去),
∴M点的坐标为(﹣2,﹣3);
④当∠BCP4=90°时,由△BOC是等腰直角三角形,可得△N4P4C也是等腰直角三角形,
∴P4N4=CN4,
∴﹣x=﹣3﹣(﹣x2﹣4x﹣3),
化简得:x2+5x=0,
解得:x1=﹣5,x2=0(舍去),
∴M点的坐标为(﹣5,﹣3),
综上所述:满足条件的M点的坐标为(,﹣3)或(,﹣3)或(﹣2,﹣3)或(﹣5,﹣3).
14.(2023•雁塔区校级模拟)已知二次函数y=x2+bx+c经过A、B两点,BC垂直x轴于点C,且A(﹣1,0),C(4,0),AC=BC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)请画出抛物线的图象;
(3)点P是抛物线对称轴上一个动点,是否存在这样的点P,使三角形ABP为直角三角形?若存在,求出P点坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)先求得点B的坐标,然后将点A和点B的坐标代入抛物线的解析式可得到关于b、c的方程组,从而可求得b、c的值;
(2)根据函数的表达式取点、描点连线即可画出函数的图象;
(3)存在,设P(1,m),分三种情况:分别以A,B,P为直角顶点,根据勾股定理和两点的距离公式列方程,解方程即可.
【解答】解:(1)∵点A(﹣1,0),C(4,0),
∴AC=5,OC=4,
∵AC=BC=5,
∴B(4,5),
把A(﹣1,0)和B(4,5)代入二次函数y=x2+bx+c中得:
,解得,
∴二次函数的解析式为:y=x2﹣2x﹣3;
(2)由函数的表达式,取值列表如下:
根据表格数据,绘制函数图象如下:
(3)存在,
y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴设P(1,m),
分三种情况:
①以点B为直角顶点时,由勾股定理得:PB2+AB2=PA2,
∴(4﹣1)2+(m﹣5)2+(4+1)2+52=(1+1)2+m2,
解得:m=8,
∴P(1,8);
②以点A为直角顶点时,由勾股定理得:PA2+AB2=PB2,
∴(1+1)2+m2+(4+1)2+52=(4﹣1)2+(m﹣5)2,
解得:m=﹣2,
∴P(1,﹣2);
③以点P为直角顶点时,由勾股定理得:PB2+PA2=BA2,
∴(1+1)2+m2+(4﹣1)2+(m﹣5)2=(4+1)2+52,
解得:m=6或﹣1,
∴P(1,6)或(1,﹣1);
综上,点P的坐标为(1,8)或(1,﹣2)或(1,6)或(1,﹣1).
15.(2023•武汉模拟)如图,抛物线y=x2+bx+12(b<0)与x轴交于A,B两点(A点在B点左侧),且OB=3OA.
(1)请直接写出b= ﹣8 ,A点的坐标是 (2,0) ,B点的坐标是 (6,0) ;
(2)如图(1),D点从原点出发,向y轴正方向运动,速度为2个单位长度/秒,直线BD交抛物线于点E,若BE=5DE,求D点运动时间;
(3)如图(2),F点是抛物线顶点,过点F作x轴平行线MN,点C是对称轴右侧的抛物线上的一定点,P点在直线MN上运动.若恰好存在3个P点使得△PAC为直角三角形,请求出C点坐标,并直接写出P点的坐标.
【分析】(1)根据题意,设A(m,0),B(3m,0),代入y=x2+bx+12,求出m,即可得出答案;
(2)设D点运动时间为t秒,则OD=2t,分两种情况:①当t≤6时,点D在线段OC上,如图(1),过点E作EK∥x轴交y轴于点K,由==,BE=5DE,OK=OD﹣DK,即可求出答案;②当t>6时,点D在线段OC的延长线上,如图(1′),过点E作EK∥OB交y轴于点K,由==,BE=5DE,OK=OD+DK,即可求得答案;
(3)设P(t,﹣4),由△PAC为直角三角形,可分三种情况:∠APC=90°或∠PAC=90°或∠ACP=90°,
①当∠APC=90°时,设点C(m,n),如图(2),过点A作AG⊥MN,过点C作CH⊥MN,证明△APG∽△PCH,得出t2﹣(m+2)t+2m+4n+16=0,根据恰好存在3个P点使得△PAC为直角三角形,得出当∠APC=90°时,有且只有一个点P存在,即关于t的一元二次方程有两个相等实数根,进而求出点C的坐标,再求出点P的坐标;
②当∠PAC=90°时,如图(2)②,过点C作CT⊥x轴于点T,过点P作PR⊥x轴于点R,利用相似三角形性质即可求出点P的坐标;
③当∠ACP=90°时,如图(2)③,过点C作KH⊥x轴于点H,交直线MN于点K,利用相似三角形性质即可求出点P的坐标.
【解答】解:(1)根据题意,设A(m,0),B(3m,0),
∴y=(x﹣m)(x﹣3m)=x2﹣4mx+3m2,
∴3m2=12,
解得:m=±2,
∵m>0,
∴m=2,3m=6,
∴b=﹣4m=﹣8,A(2,0),B(6,0),
故答案为:﹣8,(2,0),(6,0);
(2)由(1)知,抛物线解析式为y=x2﹣8x+12,OB=6,
令x=0,得y=12,
∴C(0,12),
∴OC=12,
设D点运动时间为t秒,则OD=2t,
①当t≤6时,点D在线段OC上,如图(1),过点E作EK∥x轴交y轴于点K,
∵EK∥OB,
∴==,
∵BE=5DE,
∴BD=DE+BE=6DE,
∴==,
∴OD=6DK,EK=1,
∴DK=t,
∴OK=OD﹣DK=2t﹣t=t,
∴E(1,t),
∴t=12﹣8×1+12,
∴t=3,
②当t>6时,点D在线段OC的延长线上,如图(1′),
过点E作EK∥OB交y轴于点K,
∵BE=5DE,
∴BD=BE﹣DE=4DE,
∵EK∥OB,
∴==,即===,
∴EK=,DK=t,
∴OK=OD+DK=2t+t=t,
∴E(﹣,t),
∴t=(﹣)2﹣8×(﹣)+12,
解得:t=,
综上所述,D点运动时间为3秒或秒;
(3)∵y=x2﹣8x+12=(x﹣4)2﹣4,
∴顶点F(4,﹣4),
∵MN∥x轴且经过点F(4,﹣4),
∴直线MN为y=﹣4,
∵P点在直线MN上运动,
∴设P(t,﹣4),
∵△PAC为直角三角形,
∴∠APC=90°或∠PAC=90°或∠ACP=90°,
①当∠APC=90°时,设点C(m,n),如图(2),
过点A作AG⊥MN,过点C作CH⊥MN,
∴∠AGP=∠CHP=∠APC=90°,
AG=4,CH=n+4,PH=m﹣t,PG=t﹣2,
∴∠GAP+∠APG=∠APG+∠CPH=90°,
∴∠GAP=∠CPH,
∴△APG∽△PCH,
∴=,即=,
整理得:t2﹣(m+2)t+2m+4n+16=0,
∵恰好存在3个P点使得△PAC为直角三角形,而当∠PAC=90°或∠ACP=90°时,均有且仅有一个点P存在,
∴当∠APC=90°时,有且只有一个点P存在,即关于t的一元二次方程有两个相等实数根,
∴△=(m+2)2﹣4(2m+4n+16)=0,
∴n=,
又∵点C(m,n)是对称轴右侧的抛物线上的一定点,
∴n=m2﹣8m+12,
∴m2﹣8m+12=,
整理得15m2﹣124m+252=0,
解得:m1=,m2=,
∵<4,m2=不符合题意,舍去,
∴m=,此时n=()2﹣8×+12=﹣,
∴C(,﹣),
将m=,n=﹣,代入t2﹣(m+2)t+2m+4n+16=0,
整理得:t2﹣t+=0,
解得:t1=t2=,
∴P(,﹣4);
②当∠PAC=90°时,如图(2)②,
过点C作CT⊥x轴于点T,过点P作PR⊥x轴于点R,
则AT=﹣2=,CT=,PR=4,AR=2﹣t,
∠ATC=∠PRA=∠PAC=90°,
∴∠PAR+∠APR=∠PAR+∠CAT=90°,
∴∠APR=∠CAT,
∴△APR∽△CAT,
∴=,即=,
解得:t=﹣,
∴P(﹣,﹣4);
③当∠ACP=90°时,如图(2)③,
过点C作KH⊥x轴于点H,交直线MN于点K,
则∠AHC=∠CKP=∠ACP=90°,
CH=,AH=,CK=4﹣=,PK=﹣t,
∵∠ACH+∠CAH=∠ACH+∠PCK=90°,
∴∠CAH=∠PCK,
∴△CAH∽△PCK,
∴=,
∴AH•PK=CK•CH,即(﹣t)=×,
解得:t=,
∴P(,﹣4);
综上所述,C点坐标为(,﹣),P点的坐标为(,﹣4)或(﹣,﹣4)或(,﹣4).
16.(2023•北碚区校级模拟)如图1,在平面直角坐标系中,抛物线y=﹣x+2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P为直线BC上方抛物线上一动点.
(1)求直线BC的解析式;
(2)过点A作AD∥BC交抛物线于D,连接CA,CD,PC,PB,记四边形ACPB的面积为S1,△BCD的面积为S2,当S1﹣S2的值最大时,求P点的坐标和S1﹣S2的最大值;
(3)如图2,将抛物线水平向右平移,使得平移后的抛物线经过点O,G为平移后的抛物线的对称轴直线l上一动点,将线段AC沿直线BC平移,平移过程中的线段记为A'C'(线段A'C'始终在直线l左侧),是否存在以A',C',G为顶点的等腰直角△A'C'G?若存在,请写出满足要求的所有点G的坐标并写出其中一种结果的求解过程,若不存在,请说明理由.
【分析】(1)令二次函数x=0,y=0,求出A、B、C的坐标,再求直线BC的解析式;
(2)不能用常规的底和高,借助切割法求面积,再求出最大面积差和点P的坐标;
(3)等腰直角三角形可以利用“两圆一中垂”确定所有的情况,利用“K型全等”求出对应的点G的坐标.
【解答】解:(1)对抛物线,
当x=0时,y=2,
∴C(0,2),
当y=0时,,
解得:x1=﹣1,x2=3,
∴A(﹣1,0),B(3,0),
设直线BC的解析式为:y=kx+b(k≠0),
把点C(0,2),B(3,0)代入得:
,解得:.
∴直线BC的解析式为:y=.
(2)∵AD∥BC,直线BC的解析式为:y=.
设AD的解析式为,y=,
把点A(﹣1,0)代入得:,
解得:m=,
∴AD的解析式为:y=,
由解得:,
∴D(4,),
∴直线CD的解析式为:y=,
当y=0时,,
解得:x=,
记直线CD与x轴交于点N,则:
N(),BN=3﹣=1.5,
过点P作PM⊥AB交BC于点M,设P(a,),
∴M(a,),
∴PM=,
∴S1=S△ABC+S△PCM+S△PBM
=
=
=﹣a2+3a+4,
S2=S△BNC+S△BND
=
=
=
=4,
∴S1﹣S2=﹣a2+3a+4﹣4=﹣a2+3a=﹣(a﹣)2+,
∴当a=时,S1﹣S2的最大值为,
此时,点P的坐标为().
(3)∵,
∴抛物线的对称轴为:x=1,
∵抛物线向右平移后经过点O,即:抛物线向右平移1个单位,
∴直线l为:x=2,
(i)当等腰三角形以∠A'C'G1=90°,A'C'=C'G1时,如图,过点C'作C'H⊥l于点H,过点A'作A'Q⊥C'H于点Q,
∵∠HC'G1+∠QC'A'=90°,∠QC'A'+∠QA'C'=90°,
∴∠HC'G1=∠QA'C',
又∵∠A'QC'=∠C'HG1=90°,A'C'=C'G1,
∴△A'QC'≌△C'HG1
∴QA'=C'H,HG1=QC',
∵AC∥A'C',设点A'(a,),C'(a+1,),
∴C'H=2﹣a,A'Q=2,HG1=C'Q=1,
∴2﹣(a+1)=2,
解得:a=﹣1,
∴C'(0,2),H(2,2),
∴G1(2,1),
(ii)当等腰三角形以∠C'A'G2=90°,A'C'=A'G2时,如图,过点A'作A'F⊥l于点F,过点C'作C'E⊥A'F于点E,
同(i)理可证:△C'A'E≌△A'G2F,
设点A'(a,),C'(a+1,),
∴G2F=A'E=1,FA'=2﹣a=2,
∴a=0,
∴A'(0,),
∴F(2,),
∴G2(2,),
(iii)当等腰三角形以∠C'G3A'=90°,C'G3=A'G3时,如图,过点A'作A'Q⊥l于点Q,过点C'作C'P⊥l于点P,
同(i)理可证:△C'PG3≌△G3A'Q,
设点A'(a,),C'(a+1,),
∴A'Q=G3P=2﹣a,C'P=QG3=1﹣a,PQ=2,
∴2﹣a+1﹣a=2,
解得:a=0.5,
∴C'(1.5,1),G3P=2﹣0.5=1.5,
∴G3(2,﹣0.5),
综上所述:存在点G1(2,1),G2(2,),G3(2,﹣0.5),使得以A',C',G为顶点的等腰直角△A'C'G.
17(2023•广东模拟)如图,直线y=x﹣3与x轴,y轴分别交于B、C两点.抛物线y=x2+bx+c经过点B、C,与x轴另一交点为A,顶点为D.
(1)求抛物线的解析式;
(2)设点P从点D出发,沿对称轴向上以每秒1个单位长度的速度匀速运动.设运动的时间为t秒.
①点P在运动过程中,若∠CBP=15°,求t的值;
②当t为何值时,以P,A,C为顶点的三角形是直角三角形?求出所有符合条件的t值.
【分析】(1)由直线BC求出B、C的坐标,再待定系数法求出抛物线解析式即可;
(2)①由OB=OC得出∠OBC=∠OCB=45°,所以∠CBP=15°就可以分别得到∠PBE=30°或60°,再由tan30°或tan60°求出EP,进而求出DP,又因为P的速度为1,求出t即可;
②设出P的坐标,根据两点距离公式求出AP²、AC²和PC²,分三种情况:∠APC=90°或∠PCA=90°或∠PAC=90°分别讨论,求出P的坐标,进而求出DP,求出t即可.
【解答】解:(1)令y=x﹣3=0,x=3,
∴B的坐标为(3,0),
令x=0,y=0﹣3=﹣3,
∴C的坐标为(0,﹣3),
将B、C代入y=x2+bx+c,
得:,
解得:,
∴抛物线的解析式为:y=x²﹣2x﹣3;
(2)由(1)知,OB=OC=3,
∴∠OBC=∠OCB=45°,
记抛物线对称轴交x轴于E,
∵y=x²﹣2x﹣3=(x﹣1)²﹣4,
∴抛物线对称轴为直线x=1,
∴EB=2,
∴顶点D的坐标为(1,﹣4),
若∠CBP=15°,则分两种情况,
①如图,当P在直线BC下方时,
此时∠EBP=60°,
∴tan∠EBP==,
∴EP=2,
∴DP=4﹣2,
∴t==4﹣2,
当P在直线BC上方时,
此时∠EBP=30°,
∴tan∠EBP==,
∴EP=,
∴DP=4﹣,
∴t==4﹣,
综上,t=4﹣2或4﹣;
②设P的坐标为(1,n),
令y=x²﹣2x﹣3=0,
x=3或﹣1,
∴A的坐标为(﹣1,0),
此时PC²=1+(n+3)²=n²+6n+10,
PA²=(1+1)²+n²=4+n²,
AC²=1+3²=10,
当∠PCA=90°时,PC²+AC²=AP²,
n²+6n+10+10=4+n²,
解得:n=,
∴P的坐标为(1,),DP=4=,
∴t=,
当∠APC=90°时,AP²+PC²=AC²,
4+n²+n²+6n+10=10,
解得:n=﹣1或﹣2,
∴P的坐标为(1,﹣1)或(1,﹣2),
DP=4﹣1=3或DP=4﹣2=2,
∴t=3或2,
当∠PAC=90°时,PA²+AC²=CP²,
n²+4+10=n²+6n+10,
解得:n=,
∴P的坐标为(1,),
DP=4+=,
∴t=,
综上,t=或3或2或.
18.(2023•巴中)已知抛物线y=ax2+bx+c与x轴交于A(﹣2,0)、B(6,0)两点,与y轴交于点C(0,﹣3).
(1)求抛物线的表达式;
(2)点P在直线BC下方的抛物线上,连接AP交BC于点M,当最大时,求点P的坐标及的最大值;
(3)在(2)的条件下,过点P作x轴的垂线l,在l上是否存在点D,使△BCD是直角三角形,若存在,请直接写出点D的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)将A(﹣2,0)、B(6,0)、C(0,﹣3)代入y=ax2+bx+c即可求解析式;
(2)过点A作AE⊥x轴交直线BC于点E,过P作PF⊥x轴交直线BC于点F,由PF∥AE,可得=,则求的最大值即可;
(3)分三种情况讨论:当∠CBD=90°时,过点B作GH⊥x轴,过点D作DG⊥y轴,DG与GH交于点G,过点C作CH⊥y轴,CH与GH交于点H,可证明△DBG∽△BCH,求出D(3,6);当∠BCD=90°时,过点D作DK⊥y轴交于点K,可证明△OBC∽△KCD,求出D(3,﹣9);当∠BDC=90°时,线段BC的中点T(3,﹣),设D(3,m),由DT=BC,可求D(3,﹣)或D(3,﹣﹣).
【解答】解:(1)将点A(﹣2,0)、B(6,0)、C(0,﹣3)代入y=ax2+bx+c,
得,
解得,
∴y=x2﹣x﹣3;
(2)如图1,过点A作AE⊥x轴交直线BC于点E,过P作PF⊥x轴交直线BC于点F,
∴PF∥AE,
∴=,
设直线BC的解析式为y=kx+d,
∴,
∴,
∴y=x﹣3,
设P(t,t2﹣t﹣3),则F(t,t﹣3),
∴PF=t﹣3﹣t2+t+3=﹣t2+t,
∵A(﹣2,0),
∴E(﹣2,﹣4),
∴AE=4,
∴===﹣t2+t=﹣(t﹣3)2+,
∴当t=3时,有最大值,
∴P(3,﹣);
(3)∵P(3,﹣),D点在l上,
如图2,当∠CBD=90°时,
过点B作GH⊥x轴,过点D作DG⊥y轴,DG与GH交于点G,过点C作CH⊥y轴,CH与GH交于点H,
∴∠DBG+∠GDB=90°,∠DBG+∠CBH=90°,
∴∠GDB=∠CBH,
∴△DBG∽△BCH,
∴=,即=,
∴BG=6,
∴D(3,6);
如图3,当∠BCD=90°时,
过点D作DK⊥y轴交于点K,
∵∠KCD+∠OCB=90°,∠KCD+∠CDK=90°,
∴∠CDK=∠OCB,
∴△OBC∽△KCD,
∴=,即=,
∴KC=6,
∴D(3,﹣9);
如图4,当∠BDC=90°时,
线段BC的中点T(3,﹣),BC=3,
设D(3,m),
∵DT=BC,
∴|m+|=,
∴m=﹣或m=﹣﹣,
∴D(3,﹣)或D(3,﹣﹣);
综上所述:△BCD是直角三角形时,D点坐标为(3,6)或(3,﹣9)或(3,﹣﹣)或(3,﹣).
19.(2023•毕节市)如图,抛物线y=x2+bx+c与x轴相交于A,B两点,与y轴相交于点C,对称轴为直线x=2,顶点为D,点B的坐标为(3,0).
(1)填空:点A的坐标为 (1,0) ,点D的坐标为 (2,﹣1) ,抛物线的解析式为 y=x2﹣4x+3 ;
(2)当二次函数y=x2+bx+c的自变量x满足m≤x≤m+2时,函数y的最小值为,求m的值;
(3)P是抛物线对称轴上一动点,是否存在点P,使△PAC是以AC为斜边的直角三角形?若存在,请求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)由对称轴为直线x=2求出b的值,再将点B(3,0)代入y=x2+bx+c即可求出函数的解析式;
(2)分三种情况求函数在给定范围的最小值:当m+2<2时,(m+2)2﹣4(m+2)+3=;当m>2时,m2﹣4m+3=;当0≤m≤2时,与题意不符;
(3)求出AC=,AC的中点为E(,),设P(2,t),因为△PAC是以AC为斜边的直角三角形,则PE=AC,列出方程即可求出t的值.
【解答】解:(1)∵对称轴为直线x=2,
∴b=﹣4,
∴y=x2﹣4x+c,
∵点B(3,0)是抛物线与x轴的交点,
∴9﹣12+c=0,
∴c=3,
∴y=x2﹣4x+3,
令y=0,x2﹣4x+3=0,
∴x=3或x=1,
∴A(1,0),
∵D是抛物线的顶点,
∴D(2,﹣1),
故答案为(1,0),(2,﹣1),y=x2﹣4x+3;
(2)当m+2<2时,即m<0,
此时当x=m+2时,y有最小值,
则(m+2)2﹣4(m+2)+3=,
解得m=,
∴m=﹣;
当m>2时,此时当x=m时,y有最小值,
则m2﹣4m+3=,
解得m=或m=,
∴m=;
当0≤m≤2时,此时当x=2时,y有最小值为﹣1,与题意不符;
综上所述:m的值为或﹣;
(3)存在,理由如下:
A(1,0),C(0,3),
∴AC=,AC的中点为E(,),
设P(2,t),
∵△PAC是以AC为斜边的直角三角形,
∴PE=AC,
∴=,
∴t=2或t=1,
∴P(2,2)或P(2,1),
∴使△PAC是以AC为斜边的直角三角形时,P点坐标为(2,2)或(2,1).
20.(2023•兰溪市模拟)如图,在平面直角坐标系中,已知二次函数y=a(x﹣m)2﹣m+4图象的顶点为C,其中m>0,与x轴相交于点A、B(点A在点B的左侧),与y轴相交于点D,点M的坐标为(0,4).
(1)当m=2时,抛物线y=a(x﹣m)2﹣m+4(m>0)经过原点,求a的值;
(2)当a=﹣1时,
①若点M,点D,点C三点组成的三角形是直角三角形,求此时点D的坐标.
②设反比例函数y=﹣(x>0)与抛物线y=a(x﹣m)2﹣m+4(m>0)相交于点E(p,q).当2<p<4时,求m的取值范围.
【分析】(1)将m=2和原点坐标代入y=a(x﹣m)2﹣m+4,解方程即可;
(2)①如图,过点C作CN⊥y轴,先表示出点C、D的坐标,再利用相似三角形性质构造方程求出m,即可求出点D的坐标;
②先求出交点坐标,再根据交点的情况确定m的取值范围.
【解答】解:(1)当m=2时,抛物线y=a(x﹣m)2﹣m+4(m>0)经过原点,
∴0=a(0﹣2)2﹣×2+4,
解得:a=﹣,
(2)①如图,过点C作CN⊥y轴,
∵a=﹣1,
∴y=﹣(x﹣m)2﹣m+4,
∴C(m,﹣m+4),D(0,﹣m2﹣m+4),
∴点C在直线y=﹣x+4上,M(0,4),
∵△MDC是直角三角形,
∴∠MCD=90°,
∴∠MCD=∠CND=∠CNM=90°,
∴∠CDM=∠MCN,
∴△CDM∽△MCN,
∴=,
∴=,
解得:m=2,
经检验:m=2是原方程的根,且符合题意,
∴此时点D的坐标为(0,﹣1);
②∵2<p<4,
∴当p=2时,可得E(2,﹣2),
当p=4时,可得E(4,﹣1),
当抛物线经过点E(2,﹣2)时,
﹣2=﹣(2﹣m)2﹣m+4,
解得:m1=﹣,m2=4,
当抛物线经过点E(4,﹣1)时,
﹣1=﹣(4﹣m)2﹣m+4,
解得:m1=,m2=2,
当交点在抛物线对称轴左边时,即m<2时,
可得﹣<m<2,
又m>0,
∴0<m<2,
当交点在抛物线对称轴右边时,即m>2时,
可得4<m<,
∴m的取值范围为:0<m<2或4<m<.
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