2024年中考数学压轴题之学霸秘笈大揭秘专题12二次函数与线段和(将军饮马型)最值问题(原卷版+解析)
展开二次函数与将军饮马问题必备的基础模型有:
模型1:当两定点A、B在直线l同侧时,在直线l上找一点P,使得PA+PB最小.
作点B关于直线l的对称点B',连接AB'交直线l于点P,点P即为所求作的点.PA+PB的最小值为AB'
模型2:当两定点A、B在直线l同侧时,在直线l上找一点P,使得最大.
连接AB并延长交直线l于点P,点P即为所求作的点,的最大值为AB
模型3:当两定点A、B在直线l异侧时,在直线l上找一点P,使得最大.
作点B关于直线I的对称点B',连接AB'并延长交直线l于点P,点P即为所求作的点.的最大值为AB'
模型4:点P在∠AOB内部,在OB边上找点D,OA边上找点C,使得△PCD周长最小.
分别作点P关于OA、OB的对称点P′、P″,连接P′P″,交OA、OB于点C、D,点C、D即为所求.△PCD周长的最小值为P′P″
模型5:点P在∠AOB内部,在OB边上找点D,OA边上找点C,使得PD+CD最小.
作点P关于OB的对称点P′,过P′作P′C⊥OA交OB,PD+CD的最小值为P′C
【例1】 (2023•黑龙江)如图,已知抛物线y=(x﹣2)(x+a)(a>0)与x轴交于点B、C,与y轴交于点E,且点B在点C的左侧.
(1)若抛物线过点M(﹣2,﹣2),求实数a的值;
(2)在(1)的条件下,解答下列问题;
①求出△BCE的面积;
②在抛物线的对称轴上找一点H,使CH+EH的值最小,直接写出点H的坐标.
【例2】 (2023•甘肃)如图1,在平面直角坐标系中,抛物线y=(x+3)(x﹣a)与x轴交于A,B(4,0)两点,点C在y轴上,且OC=OB,D,E分别是线段AC,AB上的动点(点D,E不与点A,B,C重合).
(1)求此抛物线的表达式;
(2)连接DE并延长交抛物线于点P,当DE⊥x轴,且AE=1时,求DP的长;
(3)连接BD.
①如图2,将△BCD沿x轴翻折得到△BFG,当点G在抛物线上时,求点G的坐标;
②如图3,连接CE,当CD=AE时,求BD+CE的最小值.
【例3】. (2023•达州)如图1,在平面直角坐标系中,已知二次函数y=ax2+bx+2的图象经过点A(﹣1,0),B(3,0),与y轴交于点C.
(1)求该二次函数的表达式;
(2)连接BC,在该二次函数图象上是否存在点P,使∠PCB=∠ABC?若存在,请求出点P的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)如图2,直线l为该二次函数图象的对称轴,交x轴于点E.若点Q为x轴上方二次函数图象上一动点,过点Q作直线AQ,BQ分别交直线l于点M,N,在点Q的运动过程中,EM+EN的值是否为定值?若是,请求出该定值;若不是,请说明理由.
【例4】. (2023•天津)已知抛物线y=ax2+bx+c(a,b,c是常数,a>0)的顶点为P,与x轴相交于点A(﹣1,0)和点B.
(Ⅰ)若b=﹣2,c=﹣3,
①求点P的坐标;
②直线x=m(m是常数,1<m<3)与抛物线相交于点M,与BP相交于点G,当MG取得最大值时,求点M,G的坐标;
(Ⅱ)若3b=2c,直线x=2与抛物线相交于点N,E是x轴的正半轴上的动点,F是y轴的负半轴上的动点,当PF+FE+EN的最小值为5时,求点E,F的坐标.
【例5】 (2023•常德)如图,已知抛物线过点O(0,0),A(5,5),且它的对称轴为x=2,点B是抛物线对称轴上的一点,且点B在第一象限.
(1)求此抛物线的解析式;
(2)当△OAB的面积为15时,求B的坐标;
(3)在(2)的条件下,P是抛物线上的动点,当PA﹣PB的值最大时,求P的坐标以及PA﹣PB的最大值.
1. (2023•滨城区二模)如图,抛物线y=ax2+bx+3(a≠0),经过点A(﹣1,0),B(3,0)两点.
(1)求抛物线的解析式及顶点M的坐标;
(2)连接AC、BC,N为抛物线上的点且在第四象限,当S△NBC=S△ABC时,求N点的坐标;
(3)在(2)问的条件下,过点C作直线l∥x轴,动点P(m,3)在直线l上,动点Q(m,0)在x轴上,连接
PM、PQ、NQ,当m为何值时,PM+PQ+QN最小,并求出PM+PQ+QN的最小值.
2. (2023•淮北模拟)已知抛物线l1:y=ax2+bx﹣2和直线l2:y=﹣x﹣均与x轴相交于点A,抛物线l1与x轴的另一个交点为点B(3,0).
(1)求a,b的值;
(2)将抛物线l1向右平移h个单位长度,使其顶点C落在直线l2上,求h的值;
(3)设抛物线l1和直线l2的另一个交点为点D,点P为抛物线上一个动点,且点P在线段AD的下方(点P不与点A,D重合),过点P分别作x轴和y轴的平行线,交直线l2于点M,N,记W=PM+PN,求W的最大值.
3. (2023•南宁一模)如图1所示抛物线与x轴交于O,A两点,OA=6,其顶点与x轴的距离是6.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P在抛物线上,过点P的直线y=x+m与抛物线的对称轴交于点Q.
①当△POQ与△PAQ的面积之比为1:3时,求m的值;
②如图2,当点P在x轴下方的抛物线上时,过点B(3,3)的直线AB与直线PQ交于点C,求PC+CQ的最大值.
4. (2023•成都模拟)如图,在平面直角坐标系xOy中,二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的图象与y轴,x轴分别相交于A(0,2),B(2,0),C(4,0)三点,点D是二次函数图象的顶点.
(1)求二次函数的表达式;
(2)点P为抛物线上异于点B的一点,连接AC,若S△ACP=S△ACB,求点P的坐标;
(3)M是第四象限内一动点,且∠AMB=45°,连接MD,MC,求2MD+MC的最小值.
5. (2023•成都模拟)如图1,在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=a(x﹣1)(x+3)的图象与x轴交于点A,B(A在B的左边),且经过点C(﹣2,3),P为抛物线的顶点.
(1)求抛物线的解析式及点P的坐标;
(2)平面内一动点H自点C出发,先到达x轴上的某点M,再到达y轴上某点N,最后运动到点P,求使点H运动的总路径最短的点M,点N的坐标,并求出这个最短总路径的长;
(3)如图2,过点C的直线l与抛物线有唯一的公共点,将直线l向下平移交抛物线于D,E两点,连BD交y轴正半轴于F,连BE交y轴负半轴于G,试判断|OF﹣OG|是否为定值,若是,求出该定值;若不是,请说明理由.
6. (2023•沈阳模拟)定义:在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+c的“衍生直线”为y=﹣ax+b,有一个顶点在抛物线上,另一个顶点在“衍生直线”上的三角形为该抛物线的“衍生三角形”.
如图1,已知抛物线y=﹣x2+2x+3与其“衍生直线”交于A,D两点(点A在点D的左侧),与x轴正半轴相交于点B,与y轴正半轴相交于点C,点P为抛物线的顶点.
(1)填空:该抛物线的“衍生直线”的解析式为 ;B的坐标为 ;D的坐标为 .
(2)如图1,动点E在线段AB上,连接DE,DB,将△BDE以DE所在直线为对称轴翻折,点B的对称点为F,若三角形△DEF为该抛物线的“衍生三角形”,且F不在抛物线上,求点F坐标.
(3)抛物线的“衍生直线”上存在两点M,N(点M在点N的上方),且MN=,连接PM,CN,当PM+MN+CN最短时,请直接写出此时点N的坐标.
7. (2023•沈阳模拟)如图,抛物线y=ax2+bx+(a≠0)经过点A(3,2)和点B(4,﹣),且与y轴交于点C.
(1)分别求抛物线和直线BC的解析式;
(2)在x轴上有一动点G,抛物线上有一动点H,是否存在以O,A,G,H为顶点的四边形是平行四边形?若存在,求出点H的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)点D为抛物线上位于直线BC上方的一点,过点D作DE⊥x轴交直线BC于点E,点P为对称轴上一动点,当线段DE的长度最大时,求PD+PA的最小值.
8. (2023•沈河区二模)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+x+c(a≠0)与x轴交于点A(﹣1,0)和B(点B在A的右侧),与y轴交于点C(0,2),点P是抛物线上的一个动点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)连接AP,与y轴交于点D,连接BD,当△BOD≌△COA时,求点P的坐标;
(3)连接OP,与线段BC交于点E,点Q是x轴正半轴上一点,且CE=BQ,当OE+CQ的值最小时,请直接写出点Q的坐标.
9. (2023•邵阳县模拟)如图,直线l:y=﹣3x﹣6与x轴、y轴分别相交于点A、C;经过点A、C的抛物线C:与x轴的另一个交点为点B,其顶点为点D,对称轴与x轴相交于点E.
(1)求抛物线C的对称轴.
(2)将直线l向右平移得到直线l1.
①如图①,直线l1与抛物线C的对称轴DE相交于点P,要使PB+PC的值最小,求直线l1的解析式.
②如图 ②,直线l1与直线BC相交于点F,直线l1上是否存在点M,使得以点A、C、F、M为顶点的四边形是菱形,若存在,求出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
10. (2023•越秀区校级二模)在平面直角坐标系中,直线y=﹣x+2与x轴交于点B,与y轴交于点C,抛物线y=﹣x2+bx+c的对称轴是直线x=与x轴的交点为点A,且经过点B、C两点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点M为抛物线对称轴上一动点,当|BM﹣CM|的值最小时,求出点M的坐标;
(3)抛物线上是否存在点N,过点N作NH⊥x轴于点H,使得以点B、N、H为顶点的三角形与△ABC相似?若存在,请求出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
11. (2023•立山区一模)已知点A(﹣2,0),B(3,0),抛物线y=ax2+bx+4过A,B两点,交y轴于点C.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P是线段AC上一动点(不与C点重合),作PQ⊥BC交抛物线于点Q,PH⊥x轴于点H.
①连结CQ,BQ,PB,当四边形PCQB的面积为时,求P点的坐标;
②直接写出PH+PQ的取值范围.
12. (2023•招远市一模)如图,已知抛物线y=﹣x2+bx+c与一直线相交于A(﹣1,0),C(2,3)两点,与y轴交于点N.其顶点为D.
(1)抛物线及直线AC的函数关系式;
(2)若抛物线的对称轴与直线AC相交于点B,E为直线AC上的任意一点,过点E作EF∥BD交抛物线于点F,以B,D,E,F为顶点的四边形能否为平行四边形?若能,求点E的坐标;若不能,请说明理由;
(3)若P是抛物线上位于直线AC上方的一个动点,求△APC的面积的最大值.
(4)设点M的坐标为(3,m),直接写出使MN+MD的和最小时m的值.
13. (2023•桓台县二模)在平面直角坐标系中,抛物线y=x2+bx+c交x轴于A,B两点,点A,B的坐标分别为(﹣1,0),(3,0),点M为顶点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)过点M作y轴的垂线,垂足为C,过点B作y轴的平行线,交CM于点D,点H为OC上的任一点,将线段HB绕点H逆时针旋转90°到HP.求∠PCD的度数;
(3)在(2)的条件下,将点H改为y轴上的一动点,连接OP,BP,求OP+BP的最小值.
14. (2023•成都模拟)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),B(3,0)两点,与y轴交于点C.
(1)求抛物线的解析式.
(2)点D为第一象限内抛物线上的一动点,作DE⊥x轴于点E,交BC于点F,过点F作BC的垂线与抛物线的对称轴和y轴分别交于点G,H,设点D的横坐标为m.
①求DF+HF的最大值;
②连接EG,若∠GEH=45°,求m的值.
15. (2023•朝阳)如图,抛物线y=﹣+bx+c与x轴交于点A,点B,与y轴交于点C,抛物线的对称轴为直线x=﹣1,点C坐标为(0,4).
(1)求抛物线表达式;
(2)在抛物线上是否存在点P,使∠ABP=∠BCO,如果存在,求出点P坐标;如果不存在,请说明理由;
(3)在(2)的条件下,若点P在x轴上方,点M是直线BP上方抛物线上的一个动点,求点M到直线BP的最大距离;
(4)点G是线段AC上的动点,点H是线段BC上的动点,点Q是线段AB上的动点,三个动点都不与点A,B,C重合,连接GH,GQ,HQ,得到△GHQ,直接写出△GHQ周长的最小值.
16. (2023•大庆)如图,抛物线y=ax2+bx+c与x轴交于原点O和点A,且其顶点B关于x轴的对称点坐标为(2,1).
(1)求抛物线的函数表达式;
(2)抛物线的对称轴上存在定点F,使得抛物线y=ax2+bx+c上的任意一点G到定点F的距离与点G到直线y=﹣2的距离总相等.
①证明上述结论并求出点F的坐标;
②过点F的直线l与抛物线y=ax2+bx+c交于M,N两点.
证明:当直线l绕点F旋转时,+是定值,并求出该定值;
(3)点C(3,m)是该抛物线上的一点,在x轴,y轴上分别找点P,Q,使四边形PQBC周长最小,直接写出P,Q的坐标.
17. (2023•滨州)如图,抛物线的顶点为A(h,﹣1),与y轴交于点B(0,﹣),点F(2,1)为其对称轴上的一个定点.
(1)求这条抛物线的函数解析式;
(2)已知直线l是过点C(0,﹣3)且垂直于y轴的定直线,若抛物线上的任意一点P(m,n)到直线l的距离为d,求证:PF=d;
(3)已知坐标平面内的点D(4,3),请在抛物线上找一点Q,使△DFQ的周长最小,并求此时△DFQ周长的最小值及点Q的坐标.
18.(2018•贺州)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+c交x轴于A、B两点(A在B的左侧),且OA=3,OB=1,与y轴交于C(0,3),抛物线的顶点坐标为D(﹣1,4).
(1)求A、B两点的坐标;
(2)求抛物线的解析式;
(3)过点D作直线DE∥y轴,交x轴于点E,点P是抛物线上B、D两点间的一个动点(点P不与B、D两点重合),PA、PB与直线DE分别交于点F、G,当点P运动时,EF+EG是否为定值?若是,试求出该定值;若不是,请说明理由.
19.(2018•烟台)如图1,抛物线y=ax2+2x+c与x轴交于A(﹣4,0),B(1,0)两点,过点B的直线y=kx+分别与y轴及抛物线交于点C,D.
(1)求直线和抛物线的表达式;
(2)动点P从点O出发,在x轴的负半轴上以每秒1个单位长度的速度向左匀速运动,设运动时间为t秒,当t为何值时,△PDC为直角三角形?请直接写出所有满足条件的t的值;
(3)如图2,将直线BD沿y轴向下平移4个单位后,与x轴,y轴分别交于E,F两点,在抛物线的对称轴上是否存在点M,在直线EF上是否存在点N,使DM+MN的值最小?若存在,求出其最小值及点M,N的坐标;若不存在,请说明理由.
20.(2018•湘潭)如图,点P为抛物线y=x2上一动点.
(1)若抛物线y=x2是由抛物线y=(x+2)2﹣1通过图象平移得到的,请写出平移的过程;
(2)若直线l经过y轴上一点N,且平行于x轴,点N的坐标为(0,﹣1),过点P作PM⊥l于M.
①问题探究:如图一,在对称轴上是否存在一定点F,使得PM=PF恒成立?若存在,求出点F的坐标:若不存在,请说明理由.
②问题解决:如图二,若点Q的坐标为(1,5),求QP+PF的最小值.
专题12二次函数与线段和(将军饮马型)最值问题
二次函数与将军饮马问题必备的基础模型有:
模型1:当两定点A、B在直线l同侧时,在直线l上找一点P,使得PA+PB最小.
作点B关于直线l的对称点B',连接AB'交直线l于点P,点P即为所求作的点.PA+PB的最小值为AB'
模型2:当两定点A、B在直线l同侧时,在直线l上找一点P,使得最大.
连接AB并延长交直线l于点P,点P即为所求作的点,的最大值为AB
模型3:当两定点A、B在直线l异侧时,在直线l上找一点P,使得最大.
作点B关于直线I的对称点B',连接AB'并延长交直线l于点P,点P即为所求作的点.的最大值为AB'
模型4:点P在∠AOB内部,在OB边上找点D,OA边上找点C,使得△PCD周长最小.
分别作点P关于OA、OB的对称点P′、P″,连接P′P″,交OA、OB于点C、D,点C、D即为所求.△PCD周长的最小值为P′P″
模型5:点P在∠AOB内部,在OB边上找点D,OA边上找点C,使得PD+CD最小.
作点P关于OB的对称点P′,过P′作P′C⊥OA交OB,PD+CD的最小值为P′C
【例1】 (2023•黑龙江)如图,已知抛物线y=(x﹣2)(x+a)(a>0)与x轴交于点B、C,与y轴交于点E,且点B在点C的左侧.
(1)若抛物线过点M(﹣2,﹣2),求实数a的值;
(2)在(1)的条件下,解答下列问题;
①求出△BCE的面积;
②在抛物线的对称轴上找一点H,使CH+EH的值最小,直接写出点H的坐标.
【分析】(1)将M坐标代入抛物线解析式求出a的值即可;
(2)①求出的a代入确定出抛物线解析式,令y=0求出x的值,确定出B与C坐标,令x=0求出y的值,确定出E坐标,进而得出BC与OE的长,即可求出三角形BCE的面积;②根据抛物线解析式求出对称轴方程为直线x=﹣1,根据C与B关于对称轴对称,连接BE,与对称轴交于点H,即为所求,设直线BE解析式为y=kx+b,将B与E坐标代入求出k与b的值,确定出直线BE解析式,将x=﹣1代入直线BE解析式求出y的值,即可确定出H的坐标.
【解答】解:(1)将M(﹣2,﹣2)代入抛物线解析式得:﹣2=(﹣2﹣2)(﹣2+a),
解得:a=4;
(2)①由(1)抛物线解析式y=(x﹣2)(x+4),
当y=0时,得:0=(x﹣2)(x+4),
解得:x1=2,x2=﹣4,
∵点B在点C的左侧,
∴B(﹣4,0),C(2,0),
当x=0时,得:y=﹣2,即E(0,﹣2),
∴S△BCE=×6×2=6;
②由抛物线解析式y=(x﹣2)(x+4),得对称轴为直线x=﹣1,
根据C与B关于抛物线对称轴直线x=﹣1对称,连接BE,与对称轴交于点H,即为所求,
设直线BE解析式为y=kx+b,
将B(﹣4,0)与E(0,﹣2)代入得:,
解得:,
∴直线BE解析式为y=﹣x﹣2,
将x=﹣1代入得:y=﹣2=﹣,
则H(﹣1,﹣).
【例2】 (2023•甘肃)如图1,在平面直角坐标系中,抛物线y=(x+3)(x﹣a)与x轴交于A,B(4,0)两点,点C在y轴上,且OC=OB,D,E分别是线段AC,AB上的动点(点D,E不与点A,B,C重合).
(1)求此抛物线的表达式;
(2)连接DE并延长交抛物线于点P,当DE⊥x轴,且AE=1时,求DP的长;
(3)连接BD.
①如图2,将△BCD沿x轴翻折得到△BFG,当点G在抛物线上时,求点G的坐标;
②如图3,连接CE,当CD=AE时,求BD+CE的最小值.
【分析】(1)用待定系数法求解析式即可;
(2)根据函数解析式求出OA的长度,根据三角函数求出DE的长度,根据P点的坐标得出PE的长度,根据DP=DE+PE得出结论即可;
(3)①连接DG交AB于点M,设OM=a(a>0),则AM=OA﹣OM=3﹣a,得出G(﹣a,(a﹣3)),根据G点在抛物线上得出a的值,即可得出G点的坐标;
②方法一:在AB的下方作∠EAQ=∠DCB,且AQ=BC,连接EQ,CQ,构造△AEQ≌△CDB,得出当C、E、Q三点共线时,BD+CE=EQ+CE最小,最小为CQ,求出CQ的值即可.
方法二:过点C作CF∥x轴,使得CF=AC.证△FCD全等于△CAE,则FD=CE所以F、D、B三点共线时CE+BD=FD+BD取到最小值,求出此时BF的长即可.
【解答】解:(1)∵抛物线y=(x+3)(x﹣a)与x轴交于A,B(4,0)两点,
∴(4+3)(4﹣a)=0,
解得a=4,
∴y=(x+3)(x﹣4)=x2﹣x﹣3,
即抛物线的表达式为y=x2﹣x﹣3;
(2)在y=(x+3)(x﹣4)中,令y=0,得x=﹣3或4,
∴A(﹣3,0),OA=3,
∵OC=OB=4,
∴C(0,4),
∵AE=1,
∴DE=AE•tan∠CAO=AE=,OE=OA﹣AE=3﹣1=2,
∴E(﹣2,0),
∵DE⊥x轴,
∴xP=xD=xE=﹣2,
∴yP=(﹣2+3)(﹣2﹣4)=﹣,
∴PE=,
∴DP=DE+PE=+=;
(3)①如下图,连接DG交AB于点M,
∵△BCD与△BFG关于x轴对称,
∴DG⊥AB,DM=GM,
设OM=a(a>0),则AM=OA﹣OM=3﹣a,
MG=MD=AM•tan∠CAO=(3﹣a),
∴G(﹣a,(a﹣3)),
∵点G(﹣a,(a﹣3))在抛物线y=(x+3)(x﹣4)上,
∴(﹣a+3)(﹣a﹣4)=(a﹣3),
解得a=或3(舍去),
∴G(﹣,﹣);
②如下图,在AB的下方作∠EAQ=∠DCB,且AQ=BC,连接EQ,CQ,
∵AE=CD,
∴△AEQ≌△CDB(SAS),
∴EQ=BD,
∴当C、E、Q三点共线时,BD+CE=EQ+CE最小,最小为CQ,
过点C作CH⊥AQ,垂足为H,
∵OC⊥OB,OC=OB=4,
∴∠CBA=45°,BC=4,
∵∠CAH=180°﹣∠CAB﹣∠EAQ=180°﹣∠CAB﹣∠DCB=∠CBA=45°,
AC===5,AH=CH=AC=,
HQ=AH+AQ=AH+BC==,
∴CQ===,
即BD+CE的最小值为;
方法二:过点C作CF∥x轴,使得CF=AC,作BG⊥FC延长线于点G,
∴∠FCA=∠CAE,
又∵CD=AE,CF=AC,
∴△FCD≌△CAE(SAS),
∴FD=CE,
∴F、D、B三点共线时CE+BD=FD+BD取到最小值,
∵AC=5,C(0,4),B(4,0),
∴BF的长==.
【例3】 (2023•达州)如图1,在平面直角坐标系中,已知二次函数y=ax2+bx+2的图象经过点A(﹣1,0),B(3,0),与y轴交于点C.
(1)求该二次函数的表达式;
(2)连接BC,在该二次函数图象上是否存在点P,使∠PCB=∠ABC?若存在,请求出点P的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)如图2,直线l为该二次函数图象的对称轴,交x轴于点E.若点Q为x轴上方二次函数图象上一动点,过点Q作直线AQ,BQ分别交直线l于点M,N,在点Q的运动过程中,EM+EN的值是否为定值?若是,请求出该定值;若不是,请说明理由.
【分析】(1)运用待定系数法即可求得答案;
(2)分两种情况:当点P在BC上方时,根据平行线的判定定理可得CP∥x轴,可得P(2,2);当点P在BC下方时,设CP交x轴于点D(m,0),则OD=m,DB=3﹣m,利用勾股定理即可求得m=,得出D(,0),再运用待定系数法求得直线CD的解析式为y=x+2,通过联立方程组求解即可得出P(,﹣);
(3)设Q(t,t2+t+2),且﹣1<t<3,运用待定系数法求得:直线AQ的解析式为y=(t+2)x﹣t+2,直线BQ的解析式为y=(﹣t﹣)x+2t+2,进而求出M、N的坐标,即可得出答案.
【解答】解:(1)∵抛物线y=ax2+bx+2经过点A(﹣1,0),B(3,0),
∴,
解得:
∴该二次函数的表达式为y=x2+x+2;
(2)存在,理由如下:
如图1,当点P在BC上方时,
∵∠PCB=∠ABC,
∴CP∥AB,即CP∥x轴,
∴点P与点C关于抛物线对称轴对称,
∵y=x2+x+2,
∴抛物线对称轴为直线x=﹣=1,
∵C(0,2),
∴P(2,2);
当点P在BC下方时,设CP交x轴于点D(m,0),
则OD=m,DB=3﹣m,
∵∠PCB=∠ABC,
∴CD=BD=3﹣m,
在Rt△COD中,OC2+OD2=CD2,
∴22+m2=(3﹣m)2,
解得:m=,
∴D(,0),
设直线CD的解析式为y=kx+d,则,
解得:,
∴直线CD的解析式为y=x+2,
联立,得,
解得:(舍去),,
∴P(,﹣),
综上所述,点P的坐标为(2,2)或(,﹣);
(3)由(2)知:抛物线y=x2+x+2的对称轴为直线x=1,
∴E(1,0),
设Q(t,t2+t+2),且﹣1<t<3,
设直线AQ的解析式为y=ex+f,则,
解得:,
∴直线AQ的解析式为y=(t+2)x﹣t+2,
当x=1时,y=﹣t+4,
∴M(1,﹣t+4),
同理可得直线BQ的解析式为y=(﹣t﹣)x+2t+2,
当x=1时,y=t+,
∴N(1,t+),
∴EM=﹣t+4,EN=t+,
∴EM+EN=﹣t+4+t+=,
故EM+EN的值为定值.
【例4】 (2023•天津)已知抛物线y=ax2+bx+c(a,b,c是常数,a>0)的顶点为P,与x轴相交于点A(﹣1,0)和点B.
(Ⅰ)若b=﹣2,c=﹣3,
①求点P的坐标;
②直线x=m(m是常数,1<m<3)与抛物线相交于点M,与BP相交于点G,当MG取得最大值时,求点M,G的坐标;
(Ⅱ)若3b=2c,直线x=2与抛物线相交于点N,E是x轴的正半轴上的动点,F是y轴的负半轴上的动点,当PF+FE+EN的最小值为5时,求点E,F的坐标.
【分析】(Ⅰ)①利用待定系数法求出抛物线的解析式,即可得顶点P的坐标;
②求出直线BP的解析式,设点M(m,m2﹣2m﹣3),则G(m,2m﹣6),表示出MG的长,可得关于m的二次函数,根据二次函数的最值即可求解;
(Ⅱ)由3b=2c得b=﹣2a,c=﹣3a,抛物线的解析式为y=ax2﹣2a﹣3a.可得顶点P的坐标为(1,﹣4a),点N的坐标为(2,﹣3a),作点P关于y轴的对称点P',作点N关于x轴的对称点N',得点P′的坐标为(﹣1,﹣4a),点N'的坐标为(2,3a),当满足条件的点E,F落在直线P'N'上时,PF+FE+EN取得最小值,此时,PF+FE+EN=P'N'=5延长P'P与直线x=2相交于点H,则P'H⊥N'H.在Rt△P'HN'中,P'H=3,HN'=3a﹣(﹣4a)=7a.由勾股定理可得P'N′2=P'H2+HN2=9+49a2=25.解得a1=,a2=﹣(舍).可得点P'的坐标为(﹣1,﹣),点N′的坐标为(2,).利用待定系数法得直线P'N′的解析式为y=x﹣.即可得点E,F的坐标.
【解答】解:(Ⅰ)①若b=﹣2,c=﹣3,
则抛物线y=ax2+bx+c=ax2﹣2x﹣3,
∵抛物线y=ax2+bx+c与x轴相交于点A(﹣1,0),
∴a+2﹣3=0,解得a=1,
∴抛物线为y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴顶点P的坐标为(1,﹣4);
②当y=0时,x2﹣2x﹣3=0,
解得x1=﹣1,x2=3,
∴B(3,0),
设直线BP的解析式为y=kx+n,
∴,解得,
∴直线BP的解析式为y=2x﹣6,
∵直线x=m(m是常数,1<m<3)与抛物线相交于点M,与BP相交于点G,
设点M(m,m2﹣2m﹣3),则G(m,2m﹣6),
∴MG=2m﹣6﹣(m2﹣2m﹣3)=﹣m2+4m﹣3=﹣(m﹣2)2+1,
∴当m=2时,MG取得最大值1,
此时,点M(2,﹣3),则G(2,﹣2);
(Ⅱ)∵抛物线y=ax2+bx+c与x轴相交于点A(﹣1,0),
∴a﹣b+c=0,
又3b=2c,
b=﹣2a,c=﹣3a(a>0),
∴抛物线的解析式为y=ax2﹣2ax﹣3a.
∴y=ax2﹣2ax﹣3a=a(x﹣1)2﹣4a,
∴顶点P的坐标为(1,﹣4a),
∵直线x=2与抛物线相交于点N,
∴点N的坐标为(2,﹣3a),
作点P关于y轴的对称点P',作点N关于x轴的对称点N',
得点P′的坐标为(﹣1,﹣4a),点N'的坐标为(2,3a),
当满足条件的点E,F落在直线P'N'上时,PF+FE+EN取得最小值,此时,PF+FE+EN=P'N'=5.
延长P'P与直线x=2相交于点H,则P'H⊥N'H.
在Rt△P'HN'中,P'H=3,HN'=3a﹣(﹣4a)=7a.
∴P'N′2=P'H2+HN′2=9+49a2=25.
解得a1=,a2=﹣(舍).
∴点P'的坐标为(﹣1,﹣),点N′的坐标为(2,).
∴直线P'N′的解析式为y=x﹣.
∴点E(,0),点F(0,﹣).
【例5】 (2023•常德)如图,已知抛物线过点O(0,0),A(5,5),且它的对称轴为x=2,点B是抛物线对称轴上的一点,且点B在第一象限.
(1)求此抛物线的解析式;
(2)当△OAB的面积为15时,求B的坐标;
(3)在(2)的条件下,P是抛物线上的动点,当PA﹣PB的值最大时,求P的坐标以及PA﹣PB的最大值.
【分析】(1)运用待定系数法即可求得答案;
(2)设B(2,m)(m>0),运用待定系数法求得直线OA的解析式为y=x,设直线OA与抛物线对称轴交于点H,则H(2,2),BH=m﹣2,利用三角形面积公式建立方程求解即可得出答案;
(3)运用待定系数法求得直线AB的解析式为y=﹣x+10,当PA﹣PB的值最大时,A、B、P在同一条直线上,联立方程组求解即可求得点P的坐标,利用两点间距离公式可求得AB,即PA﹣PB的最大值.
【解答】解:(1)∵抛物线过点O(0,0),A(5,5),且它的对称轴为x=2,
∴抛物线与x轴的另一个交点坐标为(4,0),
设抛物线解析式为y=ax(x﹣4),把A(5,5)代入,得5a=5,
解得:a=1,
∴y=x(x﹣4)=x2﹣4x,
故此抛物线的解析式为y=x2﹣4x;
(2)∵点B是抛物线对称轴上的一点,且点B在第一象限,
∴设B(2,m)(m>0),
设直线OA的解析式为y=kx,
则5k=5,
解得:k=1,
∴直线OA的解析式为y=x,
设直线OA与抛物线对称轴交于点H,则H(2,2),
∴BH=m﹣2,
∵S△OAB=15,
∴×(m﹣2)×5=15,
解得:t=8,
∴点B的坐标为(2,8);
(3)设直线AB的解析式为y=cx+d,把A(5,5),B(2,8)代入得:,
解得:,
∴直线AB的解析式为y=﹣x+10,
当PA﹣PB的值最大时,A、B、P在同一条直线上,
∵P是抛物线上的动点,
∴,
解得:,(舍去),
∴P(﹣2,12),
此时,PA﹣PB=AB==3.
1. (2023•滨城区二模)如图,抛物线y=ax2+bx+3(a≠0),经过点A(﹣1,0),B(3,0)两点.
(1)求抛物线的解析式及顶点M的坐标;
(2)连接AC、BC,N为抛物线上的点且在第四象限,当S△NBC=S△ABC时,求N点的坐标;
(3)在(2)问的条件下,过点C作直线l∥x轴,动点P(m,3)在直线l上,动点Q(m,0)在x轴上,连接
PM、PQ、NQ,当m为何值时,PM+PQ+QN最小,并求出PM+PQ+QN的最小值.
【分析】(1)由点A,B的坐标,利用待定系数即可求出抛物线的解析式,再将其变形成顶点式后,即可得出顶点M的坐标;
(2)连接AN,则AN∥BC,利用二次函数图象上点的坐标特征可求出点C的坐标,由点B,C的坐标,利用待定系数法可求出直线BC的解析式,设直线AN的解析式为y=﹣x+d,代入点A的坐标可求出d值,再联立直线AN与抛物线的解析式,即可求出点N的坐标;
(3)过点M作MM′∥PQ,且MM′=PQ,连接M′Q,则当点M′,Q,N三点共线时,PM+QN取最小值,此时PM+PQ+QN最小,由点P,Q的坐标可得出PQ=3,结合点M的坐标可得出点M′的坐标,由点M′,N的坐标,利用待定系数法可求出直线M′N的解析式,利用一次函数图象上点的坐标特征,可求出m的值,再利用两点间的距离公式(勾股定理)可求出M′N的长度,进而可得出PM+PQ+QN最小值.
【解答】解:(1)将A(﹣1,0),B(3,0)代入y=ax2+bx+3,
得:,解得:,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2+2x+3.
又∵y=﹣x2+2x+3=﹣(x﹣1)2+4,
∴顶点M的坐标为(1,4).
(2)连接AN,如图1所示.
∵S△NBC=S△ABC,且两三角形有相同的底BC,
∴AN∥BC.
当x=0时,y=3,
∴点C的坐标为(0,3).
设直线BC的解析式为y=kx+c(k≠0),
将B(3,0),C(0,3)代入y=kx+c,
得:,解得:,
∴直线BC的解析式为y=﹣x+3.
设直线AN的解析式为y=﹣x+d,
将A(﹣1,0)代入y=﹣x+d得:1+d=0,
解得:d=﹣1,
∴直线AN的解析为y=﹣x﹣1.
联立两函数解析式得:,
解得:(不符合题意,舍去),,
∴点N的坐标为(4,﹣5).
(3)过点M作MM′∥PQ,且MM′=PQ,连接M′Q,如图2所示.
∵MM′∥PQ,且MM′=PQ,
∴四边形MM′QP为平行四边形,
∴M′Q=MP,
∴当点M′,Q,N三点共线时,PM+QN取最小值.
∵点P的坐标为(m,3),点Q的坐标为(m,0),
∴PQ=3,
∴MM′=3,
∴点M′的坐标为(1,4﹣3),即(1,1).
设直线M′N的解析式为y=px+q(p≠0),
将M′(1,1),N(4,﹣5)代入y=px+q,
得:,解得:,
∴直线M′N的解析式为y=﹣2x+3.
又∵点Q在直线M′N上,
∴0=﹣2m+3,
∴m=,此时M′N=M′Q+QN=MP+QN==3,
∴当m为时,PM+PQ+QN最小,PM+PQ+QN的最小值为3+3.
2. (2023•淮北模拟)已知抛物线l1:y=ax2+bx﹣2和直线l2:y=﹣x﹣均与x轴相交于点A,抛物线l1与x轴的另一个交点为点B(3,0).
(1)求a,b的值;
(2)将抛物线l1向右平移h个单位长度,使其顶点C落在直线l2上,求h的值;
(3)设抛物线l1和直线l2的另一个交点为点D,点P为抛物线上一个动点,且点P在线段AD的下方(点P不与点A,D重合),过点P分别作x轴和y轴的平行线,交直线l2于点M,N,记W=PM+PN,求W的最大值.
【分析】(1)由直线l2:y=﹣x﹣与x轴交于点A得A(﹣1,0),将点A(﹣1,0)、点B(3,0)代入抛物线l1:y=ax2+bx﹣2即可得a,b的值;
(2)求出抛物线l1的顶点C(1,),将y=﹣代入直线l2:y=﹣x﹣求出x的值,即可求解;
(3)求出D(2,﹣2),设P(m,m2﹣m﹣2)(﹣1<m<2),则N(m,﹣m﹣),可得M(﹣m2+2m+2,m2﹣m﹣2),用含m的式子表示PM,PN,可得W=PM+PN的二次函数,根据二次函数的最值即可得W的最大值.
【解答】解:(1)∵直线l2:y=﹣x﹣与x轴交于点A,
∴A(﹣1,0),
将点A(﹣1,0)、点B(3,0)代入抛物线l1:y=ax2+bx﹣2,得:
,解得:,
∴a=,b=﹣;
(2)∵a=,b=﹣,
∴y=x2﹣x﹣2=(x﹣1)2﹣,
∴抛物线l1的顶点C(1,﹣),
将y=﹣代入直线l2:y=﹣x﹣得,
﹣x﹣=﹣,解得x=3,
∴抛物线l1向右平移h个单位长度,使其顶点C落在直线l2上,移动后顶点的横坐标为3,
∴h=3﹣1=2,即h的值为2;
(3)设抛物线l1和直线l2的另一个交点为点D,
∵x2﹣x﹣2=﹣x﹣的解为x=﹣1或x=2,
∴D(2,﹣2),
设P(m,m2﹣m﹣2)(﹣1<m<2),
则N(m,﹣m﹣),M(﹣m2+2m+2,m2﹣m﹣2),
∴PM=﹣m2+2m+2﹣m=﹣m2+m+2,
PN=﹣m﹣﹣m2+m+2=﹣m2+m+,
∴W=PM+PN=﹣m2+m+2﹣m2+m+=﹣m2+m+=﹣(m﹣)2+,
∵﹣<0,
∴W的最大值为.
3. (2023•南宁一模)如图1所示抛物线与x轴交于O,A两点,OA=6,其顶点与x轴的距离是6.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P在抛物线上,过点P的直线y=x+m与抛物线的对称轴交于点Q.
①当△POQ与△PAQ的面积之比为1:3时,求m的值;
②如图2,当点P在x轴下方的抛物线上时,过点B(3,3)的直线AB与直线PQ交于点C,求PC+CQ的最大值.
【分析】(1)由题意可得y=a(x﹣3)2﹣6,再将(0,0)代入求出a的值即可求函数的解析式;
(2)①设直线y=x+m与y轴的交点为E,与x轴的交点为F,则OE=|m|,AF=|6+m|,由题意可知直线y=x+m与坐标轴的夹角为45°,求出OM=|m|,AN=|6+m|,再由|m|:|6+m|=1:3,求出m的值即可;
②设P(t,t2﹣4t),过P作PE∥y轴交AB于点E,过P作PF⊥BQ交于F,求出直线AB的解析式后可求E(t,﹣t+6),则PE=﹣t2+3t+6,由直线AB与直线PQ的解析式,能确定两直线互相垂直,可求CQ=BQ,CP=PE,则PC+CQ=﹣(t﹣3)2+9,即可求PC+CQ的最大值.
【解答】解:(1)∵OA=6,
∴抛物线的对称轴为直线x=3,
设抛物线的解析式为y=a(x﹣3)2+k,
∵顶点与x轴的距离是6,
∴顶点为(3,﹣6),
∴y=a(x﹣3)2﹣6,
∵抛物线经过原点,
∴9a﹣6=0,
∴a=,
∴y=(x﹣3)2﹣6;
(2)①设直线y=x+m与y轴的交点为E,与x轴的交点为F,
∴E(0,m),F(﹣m,0),
∴OE=|m|,AF=|6+m|,
∵直线y=x+m与坐标轴的夹角为45°,
∴OM=|m|,AN=|6+m|,
∵S△POQ:S△PAQ=1:3,
∴OM:AN=1:3,
∴|m|:|6+m|=1:3,
解得m=﹣或m=3;
②设P(t,t2﹣4t),
过P作PE∥y轴交AB于点E,过P作PF⊥BQ交于F,
设直线AB的解析式为y=kx+b,
∴,
解得,
∴y=﹣x+6,
∴E(t,﹣t+6),
∴PE=﹣t+6﹣(t2﹣4t)=﹣t2+3t+6,
设直线AB与y轴交点为G,
令x=0,则y=6,
∴G(0,6),
∴OG=OA=6,
∴∠OGA=45°,
设直线PQ与x轴交点为K,与y轴交点为L,
直线PQ的解析式为y=x+m,令x=0,则y=m
∴L(0,m),
令y=0,则x=﹣m,
∴K(﹣m,0),
∴OL=OK,
∴∠OLK=45°,
∴∠GCL=90°,
∴PF=FQ=3﹣t,
设BF与x轴交点为H,
∴FH=﹣t2+4t,
∴HQ=﹣t2+4t﹣3+t=﹣t2+5t﹣3,
∴BQ=3﹣t2+5t﹣3=﹣t2+5t,
∴CQ=BQ=(﹣t2+5t),
∵CP=PE=(﹣t2+3t+6),
∴PC+CQ=(﹣t2+3t+6)+(﹣t2+5t)=(﹣t2+8t+6)=﹣(t﹣3)2+9,
当t=3时,PC+CQ的最大值为9.
4. (2023•成都模拟)如图,在平面直角坐标系xOy中,二次函数y=ax2+bx+c(a≠0)的图象与y轴,x轴分别相交于A(0,2),B(2,0),C(4,0)三点,点D是二次函数图象的顶点.
(1)求二次函数的表达式;
(2)点P为抛物线上异于点B的一点,连接AC,若S△ACP=S△ACB,求点P的坐标;
(3)M是第四象限内一动点,且∠AMB=45°,连接MD,MC,求2MD+MC的最小值.
【分析】(1)利用待定系数法求解即可;
(2)分两种情形,分别构建方程组求解即可;
(3)以O为圆心,OA为半径的圆,连接OM,取OB的中点E,连接EM、ED,先根据二次函数求出A、B、C、D的坐标,再证明△EOM∽△MOC,从而有EM=MC,故2MD+MC=2(MD+MC)=2(MD+ME)≥2ED,再求出ED即可.
【解答】解:(1)∵抛物线经过B(2,0),C(4,0),
∴可以假设抛物线的解析式为y=a(x﹣2)(x﹣4),
把A(0,2)代入,可得a=,
∴二次函数的解析式为y=x2﹣x+2;
(2)如图,当点P在直线AC的下方时,过点B作BP0∥AC交抛物线于点P0,
由题意直线AC的解析式为y=﹣x+2,
∴kAC=﹣,
∴K=﹣,
∴直线BP0的解析式为y=﹣x+1,
由,
解得,
则P0与B重合,不符合题意.
当点P在直线AC的上方时,作直线BP0关于直线AC的的对称直线P1P2,交抛物线于P1,P2.
∵直线AC的解析式为y=﹣x+2,
∴可得直线P1P2的解析式为y=﹣x+3,
由,
解得或,
∴P1(2+2,2﹣),P2(2﹣2,2+);
(3)解:如图,以O为圆心,OA为半径的圆,连接OM,取OB的中点E,连接EM、ED,
∵A(0,2),B(2,0),C(4,0),
∴OA=OB,即B在⊙O上,
∵y=x2﹣x+2=(x﹣3)2﹣,
∴顶点D(3,﹣),
∵∠AMB=45°,
∴∠AMB=∠BOA,
∴M在在⊙O上,即OM=2,
取OB的中点E(1,0),
∵=,=,=,
∴=,
又∠EOM=∠MOC,
∴△EOM∽△MOC,
∴=,
∴EM=MC,
∴2MD+MC=2(MD+MC)=2(MD+ME)≥2ED,
∵ED==,
∴2MD+MC的最小值为.
5. (2023•成都模拟)如图1,在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=a(x﹣1)(x+3)的图象与x轴交于点A,B(A在B的左边),且经过点C(﹣2,3),P为抛物线的顶点.
(1)求抛物线的解析式及点P的坐标;
(2)平面内一动点H自点C出发,先到达x轴上的某点M,再到达y轴上某点N,最后运动到点P,求使点H运动的总路径最短的点M,点N的坐标,并求出这个最短总路径的长;
(3)如图2,过点C的直线l与抛物线有唯一的公共点,将直线l向下平移交抛物线于D,E两点,连BD交y轴正半轴于F,连BE交y轴负半轴于G,试判断|OF﹣OG|是否为定值,若是,求出该定值;若不是,请说明理由.
【分析】(1)利用待定系数法求出a,再利用配方法求解;
(2)如图1中,作点C关于x轴的对称点C′,点P关于y轴的对称点P′,连接C′P′交x轴于点M,交y轴于点N,得C′(﹣2,﹣3),P′(1,4),此时点H运动的总路径最短,求出直线MN的解析式,可得结论;
(3)如图2中,过点D,E分别作DK⊥y轴于点K,EH⊥y轴于点H.由,得到x2+(2+k)x+2k=0,由Δ=0,可得k=2,设DE为y=2x+m,E(x1,y1),D(x2,y2),由,得x2+4x+m﹣3=0,可得x1+x2=﹣4,x1•x2=m﹣3,由△DKF∽△BOF,△BOG∽△EHG,可得=,=,OF==,OG==,再求出|OF﹣OG|的值,可得结论.
【解答】解:(1)把C(﹣2,3)代入y=a(x﹣1)(x+3),可得a=﹣1,
∴y=﹣x2﹣2x+3=﹣(x+1)2+4,
∴P(﹣1,4);
(2)如图1中,作点C关于x轴的对称点C′,点P关于y轴的对称点P′,连接C′P′交x轴于点M,交y轴于点N,得C′(﹣2,﹣3),P′(1,4),此时点H运动的总路径最短,
∴yMN=x+,
∴M(﹣,0),N(0,),
∴dmin==;
(3)如图2中,过点D,E分别作DK⊥y轴于点K,EH⊥y轴于点H.
设直线l的表达式为y=kx+b,将C(﹣2,3)代入得到b=2k+3,
∴y=kx+2k+3,
由,得到x2+(2+k)x+2k=0,
由Δ=0可得(2+k)2﹣8k=0.
∴k=2,
设DE为y=2x+m,E(x1,y1),D(x2,y2),
由,得x2+4x+m﹣3=0,
∴x1+x2=﹣4,x1•x2=m﹣3,
由△DKF∽△BOF,△BOG∽△EHG,
可得=,=,OF==,OG==,
∴|OF﹣OG|=|﹣|=||,
将x1+x2=﹣4,x1•x2=m﹣3,代入上式,可得||OF﹣OG|=2.
6. (2023•沈阳模拟)定义:在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+c的“衍生直线”为y=﹣ax+b,有一个顶点在抛物线上,另一个顶点在“衍生直线”上的三角形为该抛物线的“衍生三角形”.
如图1,已知抛物线y=﹣x2+2x+3与其“衍生直线”交于A,D两点(点A在点D的左侧),与x轴正半轴相交于点B,与y轴正半轴相交于点C,点P为抛物线的顶点.
(1)填空:该抛物线的“衍生直线”的解析式为 y=x+1 ;B的坐标为 (3,0) ;D的坐标为 (2,3) .
(2)如图1,动点E在线段AB上,连接DE,DB,将△BDE以DE所在直线为对称轴翻折,点B的对称点为F,若三角形△DEF为该抛物线的“衍生三角形”,且F不在抛物线上,求点F坐标.
(3)抛物线的“衍生直线”上存在两点M,N(点M在点N的上方),且MN=,连接PM,CN,当PM+MN+CN最短时,请直接写出此时点N的坐标.
【分析】(1)根据“衍生直线”的定义可得抛物线y=﹣x2+2x+3的“衍生直线”的解析式,通过解方程即可求得点B、D的坐标.
(2)分两种情况:点E在点A与点B之间,点F在直线AD上或点E与点A重合,当点E在点A与点B之间,点F在直线AD上时,设F1(t,t+1),利用翻折变换的性质建立方程求解即可;当点E与点A重合时,由翻折得:∠DAF=∠DAB=45°,AF=AB=4,即可求得答案.
(3)过点P作PR∥x轴,过点A作AR∥y轴,则R(﹣1,4),作点P关于直线AD的对称点P′,过点P′作P′K⊥x轴于点K,证得△APR≌△AP′K(AAS),得出:AK=AR=4,P′K=PR=2,即可得到P′(3,2),将线段P′M沿着直线DA的方向平移个单位,即向左平移个单位,向下平移个单位,得到线段P″N,则P″(,),当C、N、P″三点共线时,PM+MN+CN最短;运用待定系数法求出直线CP″的解析式,联立方程组即可求得答案.
【解答】解:(1)∵抛物线y=﹣x2+2x+3,
∴其“衍生直线”的解析式为y=x+1,
由﹣x2+2x+3=0,
解得:x=﹣1或3,
∴B(3,0),
由﹣x2+2x+3=x+1,
解得:x=﹣1或2,
∴D(2,3),
故答案为:y=x+1;(3,0);(2,3).
(2)∵抛物线y=﹣x2+2x+3,
∴A(﹣1,0),B(3,0),
∴AB=4,
设直线AD交y轴于点T,则T(0,1),
∴OA=OT,
即△AOT是等腰直角三角形,
∴∠DAB=45°,
∵三角形△DEF为该抛物线的“衍生三角形”,且F不在抛物线上,
∴点E在点A与点B之间,点F在直线AD上或点E与点A重合,如图1,
当点E在点A与点B之间,点F在直线AD上时,设F1(t,t+1),
由翻折得:DF1=DB==,
∴(t﹣2)2+(t+1﹣3)2=10,
解得:t=2±,
∵t<2,
∴t=2﹣,
∴F1(2﹣,3﹣);
当点E与点A重合时,由翻折得:∠DAF=∠DAB=45°,AF=AB=4,
∴F2(﹣1,4);
综上所述,点F的坐标为:F1(2﹣,3﹣)或F2(﹣1,4);
(3)∵y=﹣x2+2x+3=﹣(x﹣1)2+4,
∴P(1,4),
令x=0,得y=3,
∴C(0,3),
过点P作PR∥x轴,过点A作AR∥y轴,则R(﹣1,4),
作点P关于直线AD的对称点P′,过点P′作P′K⊥x轴于点K,
由(2)知∠DAB=45°,
∴∠DAR=45°,
∵AP′=AP,∠P′AD=∠PAD,
∴∠PAR=∠P′AK,
∵∠ARP=∠AKP′=90°,
∴△APR≌△AP′K(AAS),
∴AK=AR=4,P′K=PR=2,
∴P′(3,2),
将线段P′M沿着直线DA的方向平移个单位,即向左平移个单位,向下平移个单位,得到线段P″N,
则P″(,),当C、N、P″三点共线时,PM+MN+CN最短;
即直线CP″交直线AD于点N,
设直线CP″的解析式为y=kx+d,
则,
解得:,
∴直线CP″的解析式为y=x+3,
由x+1=x+3,
解得:x=,
∴N(,).
7. (2023•沈阳模拟)如图,抛物线y=ax2+bx+(a≠0)经过点A(3,2)和点B(4,﹣),且与y轴交于点C.
(1)分别求抛物线和直线BC的解析式;
(2)在x轴上有一动点G,抛物线上有一动点H,是否存在以O,A,G,H为顶点的四边形是平行四边形?若存在,求出点H的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)点D为抛物线上位于直线BC上方的一点,过点D作DE⊥x轴交直线BC于点E,点P为对称轴上一动点,当线段DE的长度最大时,求PD+PA的最小值.
【分析】(1)将点A(3,2)和点B(4,﹣)代入y=ax2+bx+得,可解得抛物线的解析式为y=﹣x2+x+,令x=0得y=,得C(0,),设直线BC的解析式为y=kx+,将B(4,﹣)代入可得直线BC的解析式为y=﹣x+,
(2)设G(m,0),H(n,﹣n2+n+),又O(0,0),A(3,2),分三种情况:①若GH、OA为对角线,则GH、OA的中点重合,有,可解得H(﹣1,2),②若GO、HA为对角线,则GO、HA的中点重合,有,可解得H(2+1,﹣2)或(﹣2+1,﹣2);③若GA、OH为对角线,则GA、OH的中点重合,有,解得H(﹣1,2),
(3)作A关于抛物线对称轴的对称点A',连接A'D交抛物线对称轴于P,设D(t,﹣t2+t+),则E(t,﹣t+),得DE=﹣(t﹣2)2+2,即知t=2时,DE取最小值2,D(2,),由抛物线y=﹣x2+x+的对称轴为直线x=1,得A(3,2)关于对称轴直线x=1的对称点A'(﹣1,2),有PA=PA',当D、P、A'共线时,PA'+PD最小,即PA+PD最小,PA+PD的最小值为A'D的长,即得PD+PA的最小值为.
【解答】解:(1)将点A(3,2)和点B(4,﹣)代入y=ax2+bx+得:
,
解得,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2+x+,
在y=﹣x2+x+中,令x=0得y=,
∴C(0,),
设直线BC的解析式为y=kx+,将B(4,﹣)代入得:
4k+=﹣,
解得k=﹣1,
∴直线BC的解析式为y=﹣x+,
答:抛物线的解析式为y=﹣x2+x+,直线BC的解析式为y=﹣x+;
(2)存在以O,A,G,H为顶点的四边形是平行四边形,理由如下:
设G(m,0),H(n,﹣n2+n+),又O(0,0),A(3,2),
①若GH、OA为对角线,则GH、OA的中点重合,
∴,
解得(此时G与O重合,舍去)或,
∴H(﹣1,2),
②若GO、HA为对角线,则GO、HA的中点重合,
,
解得n=2+1或n=﹣2+1,
∴H(2+1,﹣2)或(﹣2+1,﹣2);
③若GA、OH为对角线,则GA、OH的中点重合,
∴,
解得n=3(舍去)或n=﹣1,
∴H(﹣1,2),
综上所述,H的坐标为(﹣1,2)或(2+1,﹣2)或(﹣2+1,﹣2);
(3)作A关于抛物线对称轴的对称点A',连接A'D交抛物线对称轴于P,如图:
设D(t,﹣t2+t+),则E(t,﹣t+),
∴DE=(﹣t2+t+)﹣(﹣t+)=﹣t2+2t=﹣(t﹣2)2+2,
∵﹣<0,
∴t=2时,DE取最小值2,此时D(2,),
∵抛物线y=﹣x2+x+的对称轴为直线x=1,
∴A(3,2)关于对称轴直线x=1的对称点A'(﹣1,2),
∴PA=PA',
∴PA+PD=PA'+PD,
又D、P、A'共线,
∴此时PA'+PD最小,即PA+PD最小,PA+PD的最小值为A'D的长,
∵D(2,),A'(﹣1,2),
∴A'D==,
∴PD+PA的最小值为.
8. (2023•沈河区二模)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+x+c(a≠0)与x轴交于点A(﹣1,0)和B(点B在A的右侧),与y轴交于点C(0,2),点P是抛物线上的一个动点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)连接AP,与y轴交于点D,连接BD,当△BOD≌△COA时,求点P的坐标;
(3)连接OP,与线段BC交于点E,点Q是x轴正半轴上一点,且CE=BQ,当OE+CQ的值最小时,请直接写出点Q的坐标.
【分析】(1)将定系数法求解析式即可求解;
(2)根据全等三角形的性质可得OA=OD=1,求得直线AD的解析式为y=x+1,联立抛物线解析式,解方程即可求解;
(3)在线段BC上,取BM=CO,作M关于x轴的对称点M',连接QM,QM',连接MM'交x轴于点S,证明CQ+OE=CQ+QM′,进而根据轴对称图形的性质求得当且仅当C,Q,M共线时取得最小值,即点Q在直线M'上,待定系数法求解析式.进而即可求解.
【解答】解:(1)将4(﹣1.0),C(0.2),代入y=ax2+x+c,得
,
∴,
∴y=﹣x2+x+2;
(2)∵A(﹣1,0),△BOD≌△COA,
∴OA=OD=1,
∴D(0,1)或(0,﹣1),
设直线AD的解析式为=kx+b,
则或,
∴或,
∴y=x+1或y=﹣x﹣1,
联立或,
解得(不合题意,舍去)或,或(不合题意,舍去),
∴P(1,2)或(3,﹣4);
(3)由题意得,点Q在点B的左侧,
在线段BC上,取BM=CO,作M关于x轴的对称点M′,连接QM,QM′,连接MM′交x轴于点S,
∴y=﹣x2+x+2,令y=0,解得:x1=﹣1,x2=2,
则B(2,0),
∴OB=OC=2,
∴△OBC是等腰直角三角形,
∴BO=OC=2,
∵BQ=CE,BM=CQ,∠QBM=∠ECO,
∴QM=OE,
∵QM=Q′M,
∴CQ+OE=CQ+QM′,
当且仅当C,Q,M′共线时取得最小值,即点Q在直线′M′CM′上,
∵∠OCE=45°,BM=2,
∴MS=SB=,
∴M(2﹣,),则M′(2﹣,﹣),
设直线CM′的解析式为y=sx+t,
把C(0,2),(2﹣,﹣),代入得,
,
解得:,
∴直线CM′的解断式为y=(﹣3﹣2)x+2,
令y=0,解得x=6﹣4,
∴Q(6﹣4,0).
9. (2023•邵阳县模拟)如图,直线l:y=﹣3x﹣6与x轴、y轴分别相交于点A、C;经过点A、C的抛物线C:与x轴的另一个交点为点B,其顶点为点D,对称轴与x轴相交于点E.
(1)求抛物线C的对称轴.
(2)将直线l向右平移得到直线l1.
①如图①,直线l1与抛物线C的对称轴DE相交于点P,要使PB+PC的值最小,求直线l1的解析式.
②如图 ②,直线l1与直线BC相交于点F,直线l1上是否存在点M,使得以点A、C、F、M为顶点的四边形是菱形,若存在,求出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)分别把x=0和y﹣0代入一次函数的解析式,求出A、C坐标,代入抛物线得出方程组,求出方程组的解,得出抛物线的解析式,即可求解;
(2)①求出抛物线C的对称轴和B的坐标,连接BC交对称轴于点P′,PB+PC=QP′B+P′C=BC的值最小,求出点P′的坐标,根据平移的性质即可求出直线l1的解析式;
②分两种情况:Ⅰ当AM为边时,Ⅱ当AM为对角线时,根据菱形的性质即可求解.
【解答】解:(1)在y=﹣3x﹣6中,令y=0,
即﹣3x﹣6=0,x=﹣2,得A(﹣2,0).
令x=0,得y=﹣6,得C(0,﹣6),
将点A、C的坐标代入抛物线C的表达式,
得:,解得,
∴抛物线C的解析式为,其对称轴为x=﹣=2;
(2)①如图,连接BC交DE于点P′,
则PB+PC≥BC.当点P到达点P时,
PB+PC=QP′B+P′C=BC的值最小,
令y=0,即,
解得 x1=﹣2,x2=6.
∴点B坐标为(6,0).
设直线BC的表达式为 y=kx+h,
则:,解得.
∴y=x﹣6,
当x=2时,y=2﹣6=﹣4.
∴点P′即点P的坐标为(2,﹣4),
∵将直线l:y=﹣3x﹣6向右平移得到直线l1,
∴设直线l1的解析式为y=﹣3x+h1.
则﹣4=﹣3×2+h1,
∴h1=2.
∴直线l1的解析式为y=﹣3x+2;
②存在点M,使得以点A、C、F、M为顶点的四边形是菱形.
由点F在直线BC:y=x﹣6上,可设点F(m,m﹣6).
Ⅰ当AM为边时,如图,过点A作AM∥CB交l1于点M.
∵FM∥CA,
∴当FM=CA时,以点A、C、F、M为顶点的四边形ACFM是平行四边形.
当CA=CF时,▱ACFM是菱形.
过点F作FH⊥CO于H,则CH=|(m﹣6)﹣(﹣6)|=|m|.CF2=CH2+FH2=m2+m2=2m2,
∵CA2=22+62=40,
∴2m2=40,
∴,(舍去),
∴F(,).
∵FM∥CA且FM=CA,
∴可将CA先向右平移单位、再向上平移单位得到FM,
即可将点A(﹣2,0)先向右平移单位、再向上平移单位得到点M.
故点M的坐标为(﹣2,);
Ⅱ当AM为对角线时,连接AF,过点C作CM∥AF交l1于点M.
∵FM∥AC,
∴当FM=AC时,以点A、C、F、M为顶点的四边形ACFM是平行四边形.
当AC=AF时,▱ACMF是菱形.
∵AF2=(m+2)2+(m﹣6)2,CA2=40,
∴(m+2)2+(m﹣6)2=40,
∴m1=4,m2=0(舍去),
∴点F的坐标为(4,﹣2).
∵FM∥AC且FM=AC,
∴可将AC先向右平移6个单位、再向下平移2个单位得到FM,
即可将点C(0,﹣6)先向右平移6单位、再向下平移2单位得到点M.
∴点M的坐标为(6,﹣8).
综上,点M的坐标为(﹣2,)或(6,﹣8).
10. (2023•越秀区校级二模)在平面直角坐标系中,直线y=﹣x+2与x轴交于点B,与y轴交于点C,抛物线y=﹣x2+bx+c的对称轴是直线x=与x轴的交点为点A,且经过点B、C两点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点M为抛物线对称轴上一动点,当|BM﹣CM|的值最小时,求出点M的坐标;
(3)抛物线上是否存在点N,过点N作NH⊥x轴于点H,使得以点B、N、H为顶点的三角形与△ABC相似?若存在,请求出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)利用待定系数法直接得出结论;
(2)先判断出|BM﹣CM|最小时,BM=CM,建立方程求解即可得出结论;
(3)先判断出∠ACB=∠BHN=90°,分两种情况,利用相似三角形得出比例式,建立方程求解即可得出结论.
【解答】解:(1)针对于y=﹣x+2,令x=0,则y=2,
∴C(0,2),
令y=0,则0=﹣x+2,
∴x=4,
∴B(4,0),
∵点C在抛物线y=﹣x2+bx+c上,
∴c=2,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2+bx+2,
∵点B(4,0)在抛物线上,
∴﹣8+4b+2=0,
∴b=,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2+x+2;
(2)∵|BM﹣CM|最小,
∴|BM﹣CM|=0,
∴BM=CM,
∴BM2=CM2,
设M(,m),
∵B(4,0),C(0,2),
∴BM2=(4﹣)2+m2,CM2=()2+(m﹣2)2,
∴(4﹣)2+m2=()2+(m﹣2)2,
∴m=0,
∴M(,0);
(3)存在,理由:
由(1)知,抛物线的解析式为y=﹣x2+x+2,
令y=0,则0=﹣x2+x+2,
∴x=4或x=﹣1,
∴A(﹣1,0),
∵B(4,0),C(0,2),
∴BC2=20,AC2=5,AB2=25,
∴CB2+AC2=AB2,
∴△ABC是直角三角形,且∠ACB=90°,
∵NH⊥x轴,
∴∠BHN=90°=∠ACB,
设N(n,﹣n2+n+2),
∴HN=|﹣n2+n+2|,BH=|n﹣4|,
∵以点B、N、H为顶点的三角形与△ABC相似,
∴①△BHN∽△ACB,
∴,
∴=,
∴n=﹣5或n=3或n=4(舍),
∴N(﹣5,﹣18)或(3,2),
②△BHN∽△BCA,
∴,
∴=,
∴n=0或n=4(舍)或n=﹣2,
∴N(0,2)或(﹣2,﹣3),
即满足条件的点N的坐标为(﹣5,﹣18)或(﹣2,﹣3)或(0,2)或(3,2).
11. (2023•立山区一模)已知点A(﹣2,0),B(3,0),抛物线y=ax2+bx+4过A,B两点,交y轴于点C.
(1)求抛物线的解析式;
(2)点P是线段AC上一动点(不与C点重合),作PQ⊥BC交抛物线于点Q,PH⊥x轴于点H.
①连结CQ,BQ,PB,当四边形PCQB的面积为时,求P点的坐标;
②直接写出PH+PQ的取值范围.
【分析】(1)运用待定系数法即可求得答案;
(2)①先根据四边形面积求得PQ=,再运用待定系数法求得直线AC的解析式为y=2x+4,如图1,设P(t,2t+4),Q(s,﹣s2+s+4),过点P作PK∥x轴,过点Q作QK∥y轴,设PK交y轴于点T,PQ交y轴于点F,交BC于点G,可证得△BCO∽△QPK,得出==,求得:PK=2,QK=,建立方程求解即可得出答案;
②由①得△BCO∽△QPK,可推出:PQ=QK=﹣s2+s﹣t,由4QK=3PK,可得出t=s2﹣s,进而可得:PQ+PH=﹣s2+s﹣t+2t+4=﹣s2+s﹣(s2﹣s)+4=(s﹣)2+,运用二次函数的性质即可得出答案.
【解答】解:(1)∵抛物线y=ax2+bx+4过A(﹣2,0),B(3,0)两点,
∴,
解得:,
∴抛物线的解析式为y=﹣x2+x+4;
(2)①由(1)知:y=﹣x2+x+4,
当x=0时,y=4,
∴C(0,4),
在Rt△BOC中,BC===5,
∵PQ⊥BC,S四边形PCQB=,
∴×5PQ=,
∴PQ=,
设直线AC的解析式为y=kx+d,
则,
解得:,
∴直线AC的解析式为y=2x+4,
如图1,设P(t,2t+4),Q(s,﹣s2+s+4),
过点P作PK∥x轴,过点Q作QK∥y轴,设PK交y轴于点T,PQ交y轴于点F,交BC于点G,
则QK=﹣s2+s+4﹣(2t+4)=﹣s2+s﹣2t,PK=s﹣t,
∵PQ⊥BC,PK⊥y轴,
∴∠CGF=∠PTF=90°,
∵∠CFG=∠PET,
∴∠BCO=∠QPK,
∵∠BOC=∠QKP=90°,
∴△BCO∽△QPK,
∴==,
即==,
∴PK=2,QK=,
∴,
解得:,,
∵点P是线段AC上一动点(不与C点重合),
∴﹣2≤t<0,
t=﹣3+,2t+4=2×(﹣3+)+4=﹣2
∴P(﹣3+,﹣2);
②由①得:P(t,2t+4),Q(s,﹣s2+s+4),QK=﹣s2+s﹣2t,PK=s﹣t,△BCO∽△QPK,
∴==,即==,
∴PQ=QK=(﹣s2+s﹣2t)=﹣s2+s﹣t,
∵4QK=3PK,即4(﹣s2+s﹣2t)=3(s﹣t),
∴t=s2﹣s,
∴PQ+PH=﹣s2+s﹣t+2t+4=﹣s2+s﹣(s2﹣s)+4=(s﹣)2+,
∵﹣2≤t<0,
∴﹣2≤s2﹣s<0,
令s2﹣s=2,解得:s=﹣2或,
令s2﹣s=0,解得:s=0或,
∵点Q在第一象限,即0<s<3,
∴0<s≤,
∵<0,
∴当s=,即t=﹣时,PQ+PH取得最大值,
当x=0时,PQ+PH取得最小值,
∴4<PQ+PH≤.
12. (2023•招远市一模)如图,已知抛物线y=﹣x2+bx+c与一直线相交于A(﹣1,0),C(2,3)两点,与y轴交于点N.其顶点为D.
(1)抛物线及直线AC的函数关系式;
(2)若抛物线的对称轴与直线AC相交于点B,E为直线AC上的任意一点,过点E作EF∥BD交抛物线于点F,以B,D,E,F为顶点的四边形能否为平行四边形?若能,求点E的坐标;若不能,请说明理由;
(3)若P是抛物线上位于直线AC上方的一个动点,求△APC的面积的最大值.
(4)设点M的坐标为(3,m),直接写出使MN+MD的和最小时m的值.
【分析】(1)由抛物线y=﹣x2+bx+c过点A(﹣1,0)及C(2,3)得,,解得,得抛物线为y=﹣x2+2x+3;又设直线为y=kx+n过点A(﹣1,0)及C(2,3),得,解得,得直线AC为y=x+1;
(2)由y=﹣x2+2x+3=﹣(x﹣1)2+4,得D(1,4),当x=1时,y=x+1=2,得B(1,2),求出BD=2,设E(x,x+1),当EF=BD=2时,以B,D,E,F为顶点的四边形为平行四边形,分两种情形讨论:①如图2,当点E在线段AC上时,点F在点E上方,得x+3=﹣x2+2x+3,即可求解;②当点E在线段AC(或CA)延长线上时,点F在点E下方,则F(x,x﹣1),得x﹣1=﹣x2+2x+3,即可求解;
(3)如图2,过点P作PQ⊥x轴交AC于点Q,交x轴于点H;过点C作CG⊥x轴于点G,设Q(x,x+1),则P(x,﹣x2+2x+3),表示出PQ=(﹣x2+2x+3)﹣(x+1)=﹣x2+x+2,又S△APC=S△APQ+S△CPQ=PQ•AG=(﹣x2+x+2)×3=﹣(x﹣)2+,S△APC的最大值为;
(4)作直线x=3,作点D关于直线x=3的对称点D′,得D′坐标为(5,4),连结ND′交直线x=3于点M,此时N、M、D′三点共线时,NM+MD′最小,即NM+MD最小,利用点N(0,3)和D′(5,4)求出直线NM的函数关系式为:y=x+3,当x=3时,y=,求出m=.
【解答】解:(1)由抛物线y=﹣x2+bx+c过点A(﹣1,0)及C(2,3)得,
,
解得,
∴抛物线为y=﹣x2+2x+3;
又设直线为y=kx+n过点A(﹣1,0)及C(2,3),
得,
解得,
∴直线AC为y=x+1;
(2)以B,D,E,F为顶点的四边形可以为平行四边形
∵y=﹣x2+2x+3=﹣(x﹣1)2+4,
∴D(1,4),
当x=1时,y=x+1=2,
∴B(1,2),
∴BD=2,
∵点E在直线AC上,设E(x,x+1),
⸪EF∥BD,
⸫当EF=BD=2时,以B,D,E,F为顶点的四边形为平行四边形,
①如图2,当点E在线段AC上时,点F在点E上方,则F(x,x+3),
∵F在抛物线上,
∴x+3=﹣x2+2x+3,
解得,x=0或x=1(舍去),
∴E(0,1);
②当点E在线段AC(或CA)延长线上时,点F在点E下方,则F(x,x﹣1),
∵F在抛物线上,
∴x﹣1=﹣x2+2x+3,
解得x=或x=,
∴E(,)或(,),
综上,满足条件的点E的坐标为(0,1)或E(,)或(,);
(3)如图2,过点P作PQ⊥x轴交AC于点Q,交x轴于点H;过点C作CG⊥x轴于点G,
设Q(x,x+1),则P(x,﹣x2+2x+3),
∴PQ=(﹣x2+2x+3)﹣(x+1)
=﹣x2+x+2
又∵S△APC=S△APQ+S△CPQ
=PQ•AG=(﹣x2+x+2)×3=﹣(x﹣)2+,
∴△APC面积的最大值为;
(4)作直线x=3,作点D关于直线x=3的对称点D′,
得D′坐标为(5,4),
连结ND′交直线x=3于点M,
此时N、M、D′三点共线时,NM+MD′最小,
即NM+MD最小,
设直线ND′的关系式为:y=mx+n,
把点N(0,3)和D′(5,4)代入,
,
得m=,n=3,
∴直线NM的函数关系式为:y=x+3,
当x=3时,y=,
m=.
13. (2023•桓台县二模)在平面直角坐标系中,抛物线y=x2+bx+c交x轴于A,B两点,点A,B的坐标分别为(﹣1,0),(3,0),点M为顶点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)过点M作y轴的垂线,垂足为C,过点B作y轴的平行线,交CM于点D,点H为OC上的任一点,将线段HB绕点H逆时针旋转90°到HP.求∠PCD的度数;
(3)在(2)的条件下,将点H改为y轴上的一动点,连接OP,BP,求OP+BP的最小值.
【分析】(1)将点A、B的坐标代入即可求出抛物线解析式;
(2)过点P作PE⊥y轴,垂足为E点,连接PC,证明△PEH≌△HOB(AAS),由全等三角形的性质得出PE=OH,EH=OB,由直角三角形的性质可得出结论;
(3)作点O关于直线PC的对称点F,连接BF,直线PC交x轴于点Q,连接FQ,由轴对称的性质及勾股定理可得出答案.
【解答】解:(1)将点A(﹣1,0),B(3,0)代入y=x2+bx+c,
得 ,解得,
∴抛物线解析式为 y=x2+x+;
(2)M(1,3).
∵矩形OBDC中,CO=OB=3.
∴四边形OBDC是正方形,
过点P作PE⊥y轴,垂足为E点,连接PC,如图2,
∵∠PHB=90°,
∴∠PHE+∠BHO=90°,
∵∠OBH+∠BHO=90°,
∴∠PHE=∠OBH,
又HP=HB,
∴△PEH≌△HOB(AAS),
∴PE=OH,EH=OB,
∵OB=OC,
∴OC=EH,
∴EC=OH,
∴EC=EP,
∴∠ECP=45°,
∴∠PCD=45°;
(3)如图3,
由(2)可知,点P在直线PC上运动,
作点O关于直线PC的对称点F,连接BF,直线PC交x轴于点Q,连接FQ,
∵CD‖x轴,
∴∠PCD=∠PQO=45°,
∴OQ=OC=OB=3,
由作图知,∠FQC=∠PQO=45°,FQ=OQ=3,
∴∠FQB=90°,
∴BF=,
∴OP+BP的最小值为.
14. (2023•成都模拟)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),B(3,0)两点,与y轴交于点C.
(1)求抛物线的解析式.
(2)点D为第一象限内抛物线上的一动点,作DE⊥x轴于点E,交BC于点F,过点F作BC的垂线与抛物线的对称轴和y轴分别交于点G,H,设点D的横坐标为m.
①求DF+HF的最大值;
②连接EG,若∠GEH=45°,求m的值.
【分析】(1)将点A(﹣1,0),B(3,0)代入抛物线y=﹣x2+bx+c,得方程组,解得b与c的值,则可得出抛物线的解析式;
(2)①先求出点C的坐标,用待定系数法求得直线BC的解析式,作FK⊥y轴于点K,可得:FH=KF=OE,由线段的和差可得:DF+HF=DE﹣EF+OE,代入数据得到关于m的二次函数,由二次函数的性质可得DF+HF的最大值;②作GM⊥y轴于点M,记直线FH与x轴交于点N,由等腰三角形的判定可知EF=EN,OH=ON,由抛物线的性质可得MG=1,继而求得HG的值;判定△EHG∽△FHE,得出比例式,代入数据可得关于m的方程,解方程即可.
【解答】解:(1)将点A(﹣1,0),B(3,0)代入抛物线y=﹣x2+bx+c得:
,
解得:,
∴抛物线的解析式为:y=﹣x2+2x+3.
(2)①当x=0时,y=﹣x2+2x+3=3,
∴点C(0,3),
又∵B(3,0),
∴直线BC的解析式为:y=﹣x+3,
∵OB=OC=3,
∴∠OBC=∠OCB=45°,
作FK⊥y轴于点K,
又∵FH⊥BC,
∴∠KFH=∠KHF=45°,
∴FH=KF=OE,
∴DF+HF=DE﹣EF+OE
=(﹣m2+2m+3)﹣(﹣m+3)+m
=﹣m2+(3+)m,
由题意有0<m<3,且0<﹣<3,﹣1<0,
∴当m=时,DF+HF取最大值,
DF+HF的最大值为:﹣()2+(3+)×=;
②作GM⊥y轴于点M,记直线FH与x轴交于点N,
∵FK⊥y轴,DE⊥x轴,∠KFH=45°,
∴∠EFH=∠ENF=45°,
∴EF=EN,
∵∠KHF=∠ONH=45°,
∴OH=ON,
∵y=﹣x2+2x+3的对称轴为直线x=1,
∴MG=1,
∵HG=MG=,
∵∠GEH=45°,
∴∠GEH=∠EFH,
又∠EHF=∠GHE,
∴△EHG∽△FHE,
∴HE:HG=HF:HE,
∴HE2=HG•HF
=×m
=2m,
在Rt△OEH中,
OH=ON=|OE﹣EN|
=|OE﹣EF|
=|m﹣(﹣m+3)|
=|2m﹣3|,
∵OE=m,
∴HE2=OE2+OH2
=m2+(2m﹣3)2
=5m2﹣12m+9,
∴5m2﹣12m+9=2m,
解得:m=1或.
15. (2023•朝阳)如图,抛物线y=﹣+bx+c与x轴交于点A,点B,与y轴交于点C,抛物线的对称轴为直线x=﹣1,点C坐标为(0,4).
(1)求抛物线表达式;
(2)在抛物线上是否存在点P,使∠ABP=∠BCO,如果存在,求出点P坐标;如果不存在,请说明理由;
(3)在(2)的条件下,若点P在x轴上方,点M是直线BP上方抛物线上的一个动点,求点M到直线BP的最大距离;
(4)点G是线段AC上的动点,点H是线段BC上的动点,点Q是线段AB上的动点,三个动点都不与点A,B,C重合,连接GH,GQ,HQ,得到△GHQ,直接写出△GHQ周长的最小值.
【分析】(1)利用抛物线的对称轴为x=﹣1,求出b的值,再把b的值和C的坐标代入y=﹣+bx+c计算即可;
(2)作PE⊥x轴于点E,利用相似三角形的判定方法可证得△PEB∽△BOC,设,则|,BE=2﹣m,再分别讨论P的位置列式求解即可;
(3)作MF⊥x轴于点F,交BP于点R,作MN⊥BP于点N,用待定系数法求出直线BP的解析式,利用解析式表示出MR的长度,再通过求证△MNR∽△BFR联合Rt△MNR建立比值关系列式计算即可;
(4)作Q点关于AC的对称点Q1,作Q关于CB的对称点Q2,连接Q1Q2与AC于G1,与CB交于点H1,连接QQ1交AC于J,连接QQ2交CB于K,此时△QG1H1的周长最小,这个最小值=Q1Q2,再证明Q1Q2=2JK,JK最小时,△QGH周长最小,利用图2证明当点Q与点O重合时JK最小,在图3中利用相似三角形的性质求出JK的最小值即可解决问题.
【解答】解:(1)∵抛物线对称轴为x=﹣1,
∴﹣=﹣1,
∴b=﹣1,
将(0,4)代入y=﹣﹣x+c中,
∴c=4,
∴y=﹣﹣x+4.
(2)如图1中,作PE⊥x轴于点E.
∵∠ABP=∠BCO,∠PEB=∠BOC=90°,
∴△PEB∽△BOC,
∴(此处也可以由等角的正切值相等得到),
设,则PE=|﹣m2﹣m+4|,BE=2﹣m,
①当点P在x轴上方时:,
解得m1=﹣3,m2=2(不符题意,舍),
②当点P在x轴下方时:,
解得m1=﹣5,m2=2(不符题意,舍),
∴或.
(3)作MF⊥x轴于点F,交BP于点R,作MN⊥BP于点N.
∵y=﹣(x+4)(x﹣2),
∴A(﹣4,0),B(2,0),
设yBP=kx+b1,
将代入得解得k=﹣=1,
∴yBP=﹣x+1,
设,则,
∴a+3,
∵∠MNR=∠RFB=90°,∠NRM=∠FRB,
∴△MNR∽△BFR,
∴,
∵tan∠ABP=,
在Rt△MNR中NR:MN:MR=1:2:,
∴,
∴MN=﹣,
当a=﹣时,MN最大为.
(4)作Q点关于AC的对称点Q1,作Q关于CB的对称点Q2,连接Q1Q2与AC于G1,与CB交于点H1,连接QQ1交AC于J,连接QQ2交CB于K,此时△QG1H1的周长最小,这个最小值=Q1Q2.
∵QJ=JQ1,QK=KQ2,
∴Q1Q2=2JK,
∴当JK最小时,Q1Q2最小,如图2中:
∵∠CJQ=∠CKQ=90°,
∴C、J、Q、K四点共圆,线段CQ就是圆的直径,JK是弦,
∵∠JCK是定值,
∴直径CQ最小时,弦JK最小,
∴当点Q与点O重合时,CQ最小,此时JK最小,如图3中:
∵在Rt△COA中,∠COA=90°,CO=4,AO=4,
∴AC=,
∵Rt△COB,∠COB=90°,CB=,
∵OJ⊥AC,OK⊥CB,
∴OC•OB,
∴OK=,
∴CK=,
∵∠JCO=∠OCA,∠CJO=∠COA,
∴△CJO∽△COA,
∴,
∴CO2=CJ•CA,同理可得:CO2=CK•CB,
∴CJ•CA=CK•CB,
∴,
∵∠JCK=∠BCA,
∴△CJK∽△CBA,
∴=,
∴,
∴JK=,
∴△QGH周长的最小值=Q1Q2=2JK=.
16. (2023•大庆)如图,抛物线y=ax2+bx+c与x轴交于原点O和点A,且其顶点B关于x轴的对称点坐标为(2,1).
(1)求抛物线的函数表达式;
(2)抛物线的对称轴上存在定点F,使得抛物线y=ax2+bx+c上的任意一点G到定点F的距离与点G到直线y=﹣2的距离总相等.
①证明上述结论并求出点F的坐标;
②过点F的直线l与抛物线y=ax2+bx+c交于M,N两点.
证明:当直线l绕点F旋转时,+是定值,并求出该定值;
(3)点C(3,m)是该抛物线上的一点,在x轴,y轴上分别找点P,Q,使四边形PQBC周长最小,直接写出P,Q的坐标.
【分析】(1)求出B(2,﹣1),A(4,0),再将点O、点A、点B代入抛物线y=ax2+bx+c,即可求解解析式;
(2)①设F(2,m),G(x,x2﹣x),由已知可得(x﹣2)2+=,整理得到m(m﹣x2+2x)=0,因为任意一点G到定点F的距离与点G到直线y=﹣2的距离总相等,所以m=0,即可求F坐标;②设过点F的直线解析式为y=kx﹣2k,M(xM,yM),N(xN,yN),联立直线与抛物线解析式得x2﹣(4+4k)x+8k=0,则有xM+xN=4+4k,xM•xN=8k,yM+yN=4k2,yM•yN=﹣4k2,由①可得+=+=1;
(3)作B点关于y轴的对称点B',作C点关于x轴的对称点C',连接C'B'交x轴、y轴分别于点P、Q,四边形PQBC周长=BQ+PQ+PC+BC=B'Q+PQ+C'P+CB=C'B'+CB,求出B'(﹣2,﹣1),C'(3,),可得直线B'C'的解析为y=x﹣,则可求Q(0,﹣),P(,0).
【解答】解:(1)∵顶点B关于x轴的对称点坐标为(2,1),
∴B(2,﹣1),
∴A(4,0),
将点O、点A、点B代入抛物线y=ax2+bx+c,
得到,解得,
∴y=x2﹣x;
(2)①设F(2,m),G(x,y),
∴G点到直线y=﹣2的距离为|y+2|,
∴(y+2)2=y2+4y+4,
∵y=x2﹣x,
∴(y+2)2=y2+4y+4=y2+x2﹣4x+4=y2+(x﹣2)2,
∴G到直线y=﹣2的距离与点(2,0)和G点的距离相等,
∴抛物线上的任意一点G到定点F的距离与点G到直线y=﹣2的距离总相等;
∵G到定点F的距离与点G到直线y=﹣2的距离相等,
∴(x﹣2)2+=,
整理得,m(m﹣x2+2x)=0,
∵距离总相等,
∴m=0,
∴F(2,0);
②设过点F的直线解析式为y=kx﹣2k,M(xM,yM),N(xN,yN),
联立,整理得x2﹣(4+4k)x+8k=0,
∴xM+xN=4+4k,xM•xN=8k,
∴yM+yN=4k2,yM•yN=﹣4k2,
∵M到F点与M点到y=﹣2的距离相等,N到F点与N点到y=﹣2的距离相等,
∴+=+===1,
∴+=1是定值;
(3)作B点关于y轴的对称点B',作C点关于x轴的对称点C',连接C'B'交x轴、y轴分别于点P、Q,
∵BQ=B'Q,CP=C'P,
∴四边形PQBC周长=BQ+PQ+PC+BC=B'Q+PQ+C'P+CB=C'B'+CB,
∵点C(3,m)是该抛物线上的一点
∴C(3,﹣),
∵B(2,﹣1),
∴B'(﹣2,﹣1),C'(3,),
∴直线B'C'的解析为y=x﹣,
∴Q(0,﹣),P(,0).
17. (2023•滨州)如图,抛物线的顶点为A(h,﹣1),与y轴交于点B(0,﹣),点F(2,1)为其对称轴上的一个定点.
(1)求这条抛物线的函数解析式;
(2)已知直线l是过点C(0,﹣3)且垂直于y轴的定直线,若抛物线上的任意一点P(m,n)到直线l的距离为d,求证:PF=d;
(3)已知坐标平面内的点D(4,3),请在抛物线上找一点Q,使△DFQ的周长最小,并求此时△DFQ周长的最小值及点Q的坐标.
【分析】(1)由题意抛物线的顶点A(2,﹣1),可以假设抛物线的解析式为y=a(x﹣2)2﹣1,把点B坐标代入求出a即可.
(2)由题意P(m,m2﹣m﹣),求出d2,PF2(用m表示)即可解决问题.
(3)如图,过点Q作QH⊥直线l于H,过点D作DN⊥直线l于N.因为△DFQ的周长=DF+DQ+FQ,DF是定值==2,推出DQ+QF的值最小时,△DFQ的周长最小,再根据垂线段最短解决问题即可.
【解答】(1)解:由题意抛物线的顶点A(2,﹣1),可以假设抛物线的解析式为y=a(x﹣2)2﹣1,
∵抛物线经过B(0,﹣),
∴﹣=4a﹣1,
∴a=
∴抛物线的解析式为y=(x﹣2)2﹣1.
(2)证明:过点P作PJ⊥AF于J.
∵P(m,n),
∴n=(m﹣2)2﹣1=m2﹣m﹣,
∴P(m,m2﹣m﹣),
∴d=m2﹣m﹣﹣(﹣3)=m2﹣m+,
∵F(2,1),
∴PF===,
∵d2=m4﹣m3+m2﹣m+,PF2=m4﹣m3+m2﹣m+,
∴d2=PF2,
∴PF=d.
(3)如图,过点Q作QH⊥直线l于H,过点D作DN⊥直线l于N.
∵△DFQ的周长=DF+DQ+FQ,DF是定值==2,
∴DQ+QF的值最小时,△DFQ的周长最小,
由(2)可知QF=QH,
∴DQ+QF=DQ+QH,
根据垂线段最短可知,当D,Q,H共线时,DQ+QH的值最小,此时点H与N重合,点Q在线段DN上,
∴DQ+QH的最小值为6,
∴△DFQ的周长的最小值为2+6,此时Q(4,﹣).
18.(2018•贺州)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+c交x轴于A、B两点(A在B的左侧),且OA=3,OB=1,与y轴交于C(0,3),抛物线的顶点坐标为D(﹣1,4).
(1)求A、B两点的坐标;
(2)求抛物线的解析式;
(3)过点D作直线DE∥y轴,交x轴于点E,点P是抛物线上B、D两点间的一个动点(点P不与B、D两点重合),PA、PB与直线DE分别交于点F、G,当点P运动时,EF+EG是否为定值?若是,试求出该定值;若不是,请说明理由.
【分析】(1)根据OA,OB的长,可得答案;
(2)根据待定系数法,可得函数解析式;
(3)根据相似三角形的判定与性质,可得EG,EF的长,根据整式的加减,可得答案.
【解答】解:(1)由抛物线y=ax2+bx+c交x轴于A、B两点(A在B的左侧),且OA=3,OB=1,得
A点坐标(﹣3,0),B点坐标(1,0);
(2)设抛物线的解析式为y=a(x+3)(x﹣1),
把C点坐标代入函数解析式,得
a(0+3)(0﹣1)=3,
解得a=﹣1,
抛物线的解析式为y=﹣(x+3)(x﹣1)=﹣x2﹣2x+3;
(3)EF+EG=8(或EF+EG是定值),理由如下:
过点P作PQ∥y轴交x轴于Q,如图.
设P(t,﹣t2﹣2t+3),
则PQ=﹣t2﹣2t+3,AQ=3+t,QB=1﹣t,
∵PQ∥EF,
∴△AEF∽△AQP,
∴=,
∴EF===×(﹣t2﹣2t+3)=2(1﹣t);
又∵PQ∥EG,
∴△BEG∽△BQP,
∴=,
∴EG===2(t+3),
∴EF+EG=2(1﹣t)+2(t+3)=8.
19.(2018•烟台)如图1,抛物线y=ax2+2x+c与x轴交于A(﹣4,0),B(1,0)两点,过点B的直线y=kx+分别与y轴及抛物线交于点C,D.
(1)求直线和抛物线的表达式;
(2)动点P从点O出发,在x轴的负半轴上以每秒1个单位长度的速度向左匀速运动,设运动时间为t秒,当t为何值时,△PDC为直角三角形?请直接写出所有满足条件的t的值;
(3)如图2,将直线BD沿y轴向下平移4个单位后,与x轴,y轴分别交于E,F两点,在抛物线的对称轴上是否存在点M,在直线EF上是否存在点N,使DM+MN的值最小?若存在,求出其最小值及点M,N的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)利用待定系数法求解可得;
(2)先求得点D的坐标,过点D分别作DE⊥x轴、DF⊥y轴,分P1D⊥P1C、P2D⊥DC、P3C⊥DC三种情况,利用相似三角形的性质逐一求解可得;
(3)通过作对称点,将折线转化成两点间距离,应用两点之间线段最短.
【解答】解:(1)把A(﹣4,0),B(1,0)代入y=ax2+2x+c,得
,
解得:,
∴抛物线解析式为:y=,
∵过点B的直线y=kx+,
∴代入(1,0),得:k=﹣,
∴BD解析式为y=﹣;
(2)由得交点坐标为D(﹣5,4),
如图1,过D作DE⊥x轴于点E,作DF⊥y轴于点F,
当P1D⊥P1C时,△P1DC为直角三角形,
则△DEP1∽△P1OC,
∴=,即=,
解得t=,
当P2D⊥DC于点D时,△P2DC为直角三角形
由△P2DB∽△DEB得=,
即=,
解得:t=;
当P3C⊥DC时,△DFC∽△COP3,
∴=,即=,
解得:t=,
∴t的值为、、.
(3)由已知直线EF解析式为:y=﹣x﹣,
在抛物线上取点D的对称点D′,过点D′作D′N⊥EF于点N,交抛物线对称轴于点M
过点N作NH⊥DD′于点H,此时,DM+MN=D′N最小.
则△EOF∽△NHD′
设点N坐标为(a,﹣),
∴=,即=,
解得:a=﹣2,
则N点坐标为(﹣2,﹣2),
求得直线ND′的解析式为y=x+1,
当x=﹣时,y=﹣,
∴M点坐标为(﹣,﹣),
此时,DM+MN的值最小为==2.
20.(2018•湘潭)如图,点P为抛物线y=x2上一动点.
(1)若抛物线y=x2是由抛物线y=(x+2)2﹣1通过图象平移得到的,请写出平移的过程;
(2)若直线l经过y轴上一点N,且平行于x轴,点N的坐标为(0,﹣1),过点P作PM⊥l于M.
①问题探究:如图一,在对称轴上是否存在一定点F,使得PM=PF恒成立?若存在,求出点F的坐标:若不存在,请说明理由.
②问题解决:如图二,若点Q的坐标为(1,5),求QP+PF的最小值.
【分析】(1)找到抛物线顶点坐标即可找到平移方式.
(2)①设出点P坐标,利用PM=PF计算BF,求得F坐标;
②利用PM=PF,将QP+PF转化为QP+PM,利用垂线段最短解决问题.
【解答】解:(1)∵抛物线y=(x+2)2﹣1的顶点为(﹣2,﹣1),
∴抛物线y=(x+2)2﹣1的图象向上平移1个单位,再向右2个单位得到抛物线y=x2的图象.
(2)①存在一定点F,使得PM=PF恒成立.
如图一,过点P作PB⊥y轴于点B,
设点P坐标为(a,a2),
∴PM=PF=a2+1,
∵PB=|a|,
∴Rt△PBF中,BF===|a2﹣1|,
∵BF=|a2﹣1|,OB=a2,
∴OF=1,
∴点F坐标为(0,1).
②如图二中,
由①,PM=PF,
QP+PF的最小值为QP+PM的最小值,
当Q、P、M三点共线时,QP+PM有最小值,最小值为点Q纵坐标加M纵坐标的绝对值.
∴QP+PF的最小值为6.
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