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专题60 二次函数背景下的特殊平行四边形存在性问题(讲+练)-备战2023年中考数学解题大招复习讲义(全国通用)
展开要求证平行四边形的存在,得先了解平行四边形的性质:
(1)对应边平行且相等. (2)对角线互相平分.
这是图形的性质,我们现在需要的是将其性质运用在在坐标系中:
(1)对边平行且相等可转化为:,
可以理解为点B移动到点A,点C移动到点D,移动路径完全相同.
(2)对角线互相平分转化为:,可以理解为AC的中点也是BD的中点.
【小结】虽然由两个性质推得的式子并不一样,但其实可以化为统一:,
→.
当AC和BD为对角线时,结果可简记为:(各个点对应的横纵坐标相加)
以上是对于平行四边形性质的分析,而我们要求证的是平行四边形存在性问题,此处当有一问:若坐标系中的4个点A、B、C、D满足“A+C=B+D”,则四边形ABCD是否一定为平行四边形?
反例如下:
之所以存在反例是因为“四边形ABCD是平行四边形”与“AC、BD中点是同一个点”并不是完全等价的转化,故存在反例.
虽有反例,但并不影响运用此结论解题,另外,还需注意对对角线的讨论:
(1)四边形ABCD是平行四边形:AC、BD一定是对角线.
(2)以A、B、C、D四个点为顶点是四边形是平行四边形:对角线不确定需要分类讨论.
【题型分类】
三定一动
已知A(1,2)B(5,3)C(3,5),在坐标系内确定点D使得以A、B、C、D四个点为顶点的四边形是平行四边形.
思路1:利用对角线互相平分,分类讨论:
设D点坐标为(m,n),又A(1,2)B(5,3)C(3,5),可得:
(1)BC为对角线时,,可得;
(2)AC为对角线时,,解得;
(3)AB为对角线时,,解得.
当然,如果对这个计算过程非常熟悉的话,也不用列方程解,直接列算式即可.
比如:,,.(此处特指点的横纵坐标相加减)
2.两定两动
已知A(1,1)、B(3,2),点C在x轴上,点D在y轴上,且以A、B、C、D为顶点的四边形是平行四边形,求C、D坐标.
【分析】
设C点坐标为(m,0),D点坐标为(0,n),又A(1,1)、B(3,2).
(1)当AB为对角线时,,解得,故C(4,0)、D(0,3);
(2)当AC为对角线时,,解得,故C(2,0)、D(0,-1);
(3)当AD为对角线时,,解得,故C(-2,0)、D(0,1).
【动点综述】
“三定一动”的动点和“两定两动”的动点性质并不完全一样,“三定一动”中动点是在平面中,横纵坐标都不确定,需要用两个字母表示,这样的我们姑且称为“全动点”,而有一些动点在坐标轴或者直线或者抛物线上,用一个字母即可表示点坐标,称为“半动点”.
从上面例子可以看出,虽然动点数量不同,但本质都是在用两个字母表示出4个点坐标.若把一个字母称为一个“未知量”也可理解为:全动点未知量=半动点未知量×2.
找不同图形的存在性最多可以有几个未知量,都是根据图形决定的,像平行四边形,只能有2个未知量.究其原因,在于平行四边形两大性质:
(1)对边平行且相等;
(2)对角线互相平分.
但此两个性质统一成一个等式: ,
两个等式,只能允许最多存在两个未知数,即我们刚刚所讲的平行四边形存在性问题最多只能存在2个未知量.
由图形性质可知未知量,由未知量可知动点设计,由动点设计可化解问题.
例题精讲
考点一:二次函数背景下的平行四边形存在性问题
【例1】.如图,抛物线y=ax2+bx+6与x轴交于A(2,0),B(﹣6,0)两点.
(1)求该抛物线的表达式;
(2)点P是抛物线上一点,点Q是抛物线对称轴上一点,是否存在点P,使得以B、Q、C、P为顶点的四边形是平行四边形,若存在,请求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)将点A(2,0),B(﹣6,0)代入抛物线y=ax2+bx+6得:
,
解得,
∴抛物线的表达式为y=﹣x2﹣2x+6;
(2)存在点P,使得以B、Q、C、P为顶点的四边形是平行四边形,理由如下:
∵y=﹣x2﹣2x+6=﹣(x+2)2+8,
∴抛物线对称轴为直线x=﹣2,
在y=﹣x2﹣2x+6中,令x=0得y=6,
∴C(0,6),
设P(m,﹣m2﹣2m+6),Q(﹣2,t),
又B(﹣6,0),
①以CP,QB为对角线,则CP,QB的中点重合,
∴,
解得,
∴P(﹣8,﹣10);
②以CQ,PB为对角线,则CQ,PB中点重合,
∴,
解得,
∴P(4,﹣10);
③以CB,PQ为对角线,则CB,PQ中点重合,
∴,
解得,
∴P((﹣4,6);
综上所述,点P的坐标为(﹣4,6)或(﹣8,﹣10)或(4,﹣10).
变式训练
【变1-1】.如图所示,在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=(m﹣1)x2﹣(3m﹣4)x﹣3与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C,抛物线的对称轴是经过(1,0)且与y轴平行的直线,点P是抛物线上的一点,点Q是y轴上一点;
(1)求抛物线的函数关系式;
(2)若以A、B、P、Q为顶点的四边形是平行四边形,求点P的坐标;
(3)若tan∠PCB=,求点P的坐标.
解:(1)当y=0时,(m﹣1)x2﹣(3m﹣4)x﹣3=0,
解得x1=,x2=3,即A(,0)B(3,0),
由A,B关于x=1对称,得
=﹣1,解得m=2,
即A(﹣1,0),
函数解析式为y=x2﹣2x﹣3;
(2)由四边形ABPQ是平行四边形,得
PQ∥AB,PQ=AB=4,
当PQ=4,即x=4时,y=5,即P(4,5);
当x=﹣4时,y=21,即P(﹣4,21),
AB为对角线,A(﹣1,0),B(3,0),
设P(a,a2﹣2a﹣3),Q(0,n),则
,
解得,
P(2,﹣3).
综上所述:四边形ABPQ是平行四边形P(4,5),(﹣4,21),(2,﹣3);
(3)如图
,
过P作PQ⊥x轴于Q,交CB延长线于R,过P作PH⊥BC于H,
设P(m,m2﹣2m﹣3),
∵抛物线y=x2﹣4x+3与坐标轴交于A,B,C三点,
∴x=0,则y=﹣3;
y=0,则0=x2﹣4x+3,
解得:x1=﹣1,x2=3,
故A(﹣1,0),B(3,0),C(0,﹣3),
设直线BC的解析式为:y=kx+b,
则,
解得:,
故直线BC解析式:y=x﹣3,
∴R(m,m﹣3),PR=m2﹣2m﹣3﹣(m﹣3)=m2﹣3m,
∵OB=OC=3,
∴∠CBQ=135°,
∴∠HPR=45°,
∵CO=OB,
∴∠OCR=45°,
∴CR=OQ=m,
∴PH=RH=PR÷=m(m﹣3),
又∵CR=OQ=m,
∴CH=m+m(m﹣3)=m(m﹣1)
由tan∠PCB===,
解得:m=5,
则m2﹣2m﹣3=12,
故P(5,12).
当点P在直线BC的下方时,同法可得:=,
解得m=或0(舍弃),
∴P(,﹣),
综上所述,满足条件点P坐标为(5,12)或(,﹣).
考点二:二次函数背景下的菱形存在性问题
【例2】.如图,抛物线y=ax2+bx+3交x轴于A(3,0),B(﹣1,0)两点,交y轴于点C,动点P在抛物线的对称轴上.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当以P,B,C为顶点的三角形周长最小时,求点P的坐标及△PBC的周长;
(3)若点Q是平面直角坐标系内的任意一点,是否存在点Q,使得以A,C,P,Q为顶点的四边形是菱形?若存在,请直接写出所有符合条件的点Q的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)∵抛物线y=ax2+bx+3交x轴于A(3,0),B(﹣1,0)两点,
∴,
解得:,
∴该抛物线的解析式为y=﹣x2+2x+3;
(2)在y=﹣x2+2x+3中,令x=0,得y=3,
∴C(0,3),
∵△PBC的周长为:PB+PC+BC,BC是定值,
∴当PB+PC最小时,△PBC的周长最小.
如图1,点A、B关于对称轴l对称,连接AC交l于点P,则点P为所求的点.
∵AP=BP,
∴△PBC周长的最小值是AC+BC,
∵A(3,0),B(﹣1,0),C(0,3),
∴AC=3,BC=.
∴△PBC周长的最小值是:3+.
抛物线对称轴为直线x=﹣=1,
设直线AC的解析式为y=kx+c,将A(3,0),C(0,3)代入,得:
,
解得:,
∴直线AC的解析式为y=﹣x+3,
∴P(1,2);
(3)存在.
设P(1,t),Q(m,n)
∵A(3,0),C(0,3),
则AC2=32+32=18,
AP2=(1﹣3)2+t2=t2+4,
PC2=12+(t﹣3)2=t2﹣6t+10,
∵四边形ACPQ是菱形,
∴分三种情况:以AP为对角线或以AC为对角线或以CP为对角线,
①当以AP为对角线时,则CP=CA,如图2,
∴t2﹣6t+10=18,
解得:t=3±,
∴P1(1,3﹣),P2(1,3+),
∵四边形ACPQ是菱形,
∴AP与CQ互相垂直平分,即AP与CQ的中点重合,
当P1(1,3﹣)时,
∴=,=,
解得:m=4,n=﹣,
∴Q1(4,﹣),
当P2(1,3+)时,
∴=,=,
解得:m=4,n=,
∴Q2(4,),
②以AC为对角线时,则PC=AP,如图3,
∴t2﹣6t+10=t2+4,
解得:t=1,
∴P3(1,1),
∵四边形APCQ是菱形,
∴AC与PQ互相垂直平分,即AC与CQ中点重合,
∴=,=,
解得:m=2,n=2,
∴Q3(2,2),
③当以CP为对角线时,则AP=AC,如图4,
∴t2+4=18,
解得:t=±,
∴P4(1,),P5(1,﹣),
∵四边形ACQP是菱形,
∴AQ与CP互相垂直平分,即AQ与CP的中点重合,
∴=,=,
解得:m=﹣2,n=3,
∴Q4(﹣2,3+),Q5(﹣2,3﹣),
综上所述,符合条件的点Q的坐标为:Q1(4,﹣),Q2(4,),Q3(2,2),Q4(﹣2,3+),Q5(﹣2,3﹣).
变式训练
【变2-1】.如图,抛物线y=ax2+bx﹣1(a≠0)交x轴于A,B(1,0)两点,交y轴于点C,一次函数y=x+3的图象交坐标轴于A,D两点,E为直线AD上一点,作EF⊥x轴,交抛物线于点F
(1)求抛物线的解析式;
(2)若点F位于直线AD的下方,请问线段EF是否有最大值?若有,求出最大值并求出点E的坐标;若没有,请说明理由;
(3)在平面直角坐标系内存在点G,使得G,E,D,C为顶点的四边形为菱形,请直接写出点G的坐标.
解:(1)将y=0代入y=x+3,得x=﹣3.
∴点A的坐标为(﹣3,0).
设抛物线的解析式为y=a(x﹣x 1)(x﹣x 2),点A的坐标为(﹣3,0),点B的坐标为(1,0),
∴y=a(x+3)(x﹣1).
∵点C的坐标为(0,﹣1),
∴﹣3a=﹣1,得a=,
∴抛物线的解析式为y=x 2+x﹣1;
(2)设点E的坐标为(m,m+3),线段EF的长度为y,
则点F的坐标为(m,m 2+m﹣1)
∴y=(m+3)﹣( m 2+m﹣1)=﹣ m 2+m+4
即y=(m﹣) 2+,
此时点E的坐标为(,);
(3)点G的坐标为(2,1),(﹣2,﹣2﹣1),(2,2﹣1),(﹣4,3).
理由:①如图1,当四边形CGDE为菱形时.
∴EG垂直平分CD
∴点E的纵坐标y==1,
将y=1代入y=x+3,得x=﹣2.
∵EG关于y轴对称,
∴点G的坐标为(2,1);
②如图2,当四边形CDEG为菱形时,以点D为圆心,DC的长为半径作圆,交AD于点E,可得DC=DE,构造菱形CDEG
设点E的坐标为(n,n+3),
点D的坐标为(0,3)
∴DE==∵DE=DC=4,
∴=4,解得n1=﹣2,n2=2.
∴点E的坐标为(﹣2,﹣2+3)或(2,2+3)
将点E向下平移4个单位长度可得点G,
点G的坐标为(﹣2,﹣2﹣1)(如图2)或(2,2﹣1)(如图3)
③如图4,“四边形CDGE为菱形时,以点C为圆心,以CD的长为半径作圆,交直线AD于点E,
设点E的坐标为(k,k+3),点C的坐标为(0,﹣1).
∴EC==.
∵EC=CD=4,
∴2k2+8k+16=16,
解得k1=0(舍去),k2=﹣4.
∴点E的坐标为(﹣4,﹣1)
将点E上移4个单位长度得点G.
∴点G的坐标为(﹣4,3).
综上所述,点G的坐标为(2,1),(﹣2,﹣2﹣1),(2,2﹣1),(﹣4,3).
考点三:二次函数背景下的矩形存在性问题
【例3】.综合与探究
如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+2x+c(a≠0)与x轴交于点A、B,与y轴交于点C,连接BC,OA=1,对称轴为直线x=2,点D为此抛物线的顶点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)抛物线上C、D两点之间的距离是 2 ;
(3)点E是第一象限内抛物线上的动点,连接BE和CE,求△BCE面积的最大值;
(4)点P在抛物线对称轴上,平面内存在点Q,使以点B、C、P、Q为顶点的四边形为矩形,请直接写出点Q的坐标.
解:(1)∵OA=1,
∴A(﹣1,0),
又∵对称轴为x=2,
∴B(5,0),
将A,B代入解析式得:
,
解得,
∴,自变量x为全体实数;
(2)由(1)得:C(0,),D(2,),
∴CD=,
故答案为2;
(3)∵B(5,0),C(0,),
∴直线BC的解析式为:,
设E(x,),且0<x<5,
作EF∥y轴交BC于点F,
则F(x,),
∴EF=﹣()=,
∴,
当x=时,S△BCE有最大值为;
(4)设P(2,y),Q(m,n),
由(1)知B(5,0),C(0,),
若BC为矩形的对角线,
由中点坐标公式得:,
解得:,
又∵∠BPC=90°,
∴PC2+PB2=BC2,
即:,
解得y=4或y=﹣,
∴n=或n=4,
∴Q(3,)或Q(3,4),
若BP为矩形的对角线,
由中点坐标公式得,
解得,
又∵∠BCP=90°,
BC2+CP2=BP2,
即:,
解得y=,
∴Q(7,4),
若BQ为矩形的对角线,
由中点坐标公式得,
解得:,
又∵∠BCQ=90°,
∴BC2+CQ2=BQ2,
即:,
解得n=,
∴Q(﹣3,﹣),
综上,点Q的坐标为(3,)或(3,4),或(7,4)或(﹣3,﹣).
变式训练
【变3-1】.如图1,若二次函数y=﹣x2+3x+4的图象与x轴交于点A、B,与y轴交于点C,连接AC、BC.
(1)求三角形ABC的面积;
(2)若点P是抛物线在一象限内BC上方一动点,连接PB、PC,是否存在点P,使四边形ABPC的面积为18,若存在,求出点P的坐标;若不存在,说明理由;
(3)如图2,若点Q是抛物线上一动点,在平面内是否存在点K,使以点B、C、Q、K为顶点,BC为边的四边形是矩形?若存在,请直接写出点K的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)令x=0,则y=4,
∴C(0,4),
令y=0,则﹣x2+3x+4=0,
解得x=4或x=﹣1,
∴A(﹣1,0),B(4,0),
∴AB=5,
∴S△ABC=×5×4=10;
(2)存在,理由如下:
∵四边形ABPC的面积为18,S△ABC=10,
∴△BCP的面积为8,
设直线BC的解析式为y=kx+4,将点B(4,0)代入,得k=﹣1,
∴直线BC的解析式为y=﹣x+4,
过P点作PM⊥x轴,交BC于点M,
设P(t,﹣t2+3t+4),则M(t,﹣t+4),
∴S△BCP=×4×PM=2(﹣t2+3t+4+t﹣4)=2(﹣t2+4t)=8,
∴t=2,
∴P(2,6);
(3)存在,理由如下:
设Q(m,﹣m2+3m+4),
当m>0时,如图1,
∵矩形是以BC为边,
∴QK∥BC,CQ⊥BC,KB⊥BC,
过点Q作QH⊥y轴交H点,过K作KG⊥x轴交G点,
∵CQ=BK,∠OCB=∠OBC=45°,
∴∠HCQ=∠GBK=45°,
∴△CHQ≌△BGK(AAS),
∴HC=HQ=BG=GK,
∴m=﹣m2+3m+4﹣4,
∴m=2或m=0(舍),
∴HQ=2,
∴K(6,2);
当m<0时,如图2,
∵矩形是以BC为边,
∴QK∥BC,KC⊥BC,BQ⊥BC,
设KC与x轴的交点为F,BQ与y轴的交点为H,
过点Q作QG⊥y轴交G点,过K作KE⊥x轴交E点,
∵∠OCB=∠OBC=45°,
∴∠OBH=∠OHB=45°,∠FCO=∠CFO=45°,
∴OF=OC=OB=OH=4,∠HQG=∠EFK=45°,
∵KC=BQ,CF=HB,
∴FK=QH,
∴△QHG≌△KFE(AAS),
∴QG=HG=EF=EK,
∴﹣m=﹣4﹣(﹣m2+3m+4),
∴m=﹣2或m=4(舍),
∴GQ=2,
∴K(﹣6,﹣2);
综上所述,K点的坐标为(﹣6,﹣2)或(6,2).
考点四:二次函数背景下的正方形存在性问题
【例4】.已知O为坐标原点,抛物线y=x2﹣3x﹣4与x轴交于A,B两点(点A在点B的右侧),有点C(﹣2,6).
(1)求A,B两点的坐标.
(2)若点D(1,﹣3),点E在线段OA上,且∠ACB=∠ADE,延长ED交y轴于点F,求△EFO的面积.
(3)若M在直线AC上,点Q在抛物线上,是否存在点M和点N,使以Q,M,N,A为顶点的四边形是正方形?若存在,直接写出M点的坐标.若不存在,请说明理由.
解:(1)令x2﹣3x﹣4=0,解得x=4或x=﹣1,
∵A(4,0),B(﹣1,0);
(2)过点B作BG⊥AC,过点E作EH⊥OA,
设E(m,0),
∵C(﹣2,6),D(1,﹣3),
AC=6,AD=3,BC=,
由△ABC的面积可得,5×6=6BG,
∴BG=,
由△ADE的面积可得,3|4﹣m|=3EH,
∴EH=|4﹣m|,
∵∠ACB=∠ADE
∴=,
∴=,
∴2m2﹣41m+57=0,
∴m=或m=19,
∵点E在线段OA上,
∴E(,0),
则ED的直线解析式为y=6x﹣9,
∴F(0,﹣9),
∴△EFO的面积=×OE×OF=××9=;
(3)直线AC的解析式为y=﹣x+4,
∴∠CAO=45°,
设M(t,﹣t+4),
如图1:当AC为正方形QAMN边时,M点与N点关于x轴对称,
∴N(t,t﹣4),
∴M、N的中点为(t,0),
∴A、Q中点也为(t,0),
∴Q(2t﹣4,0),
∵点Q在抛物线上,
∴2t﹣4=﹣1,
∴t=,
∴M(,);
如图2:当M、Q关于x轴对称时,M(0,4),此时Q(0,﹣4)在抛物线上;
如图3:当Q(0,﹣4)时,M(8,﹣4);
如图4:当Q(﹣1,0)时,M(﹣1,5);
综上所述:M(,)或M(0,4)或M(8,﹣4)或M(﹣1,5).
变式训练
【变4-1】.如图,抛物线y=﹣x2+bx+c经过A(﹣1,0),B(3,0)两点,且与y轴交于点C,点D是抛物线的顶点,抛物线的对称轴DE交x轴于点E,连接BD.
(1)求经过A,B,C三点的抛物线的函数表达式;
(2)点Q在该抛物线的对称轴上,若△BCQ是以BC为直角边的直角三角形,求点Q的坐标;
(3)若P为BD的中点,过点P作PF⊥x轴于点F,G为抛物线上一动点,M为x轴上一动点,N为直线PF上一动点,当以F、M、N、G为顶点的四边形是正方形时,请求出点M的坐标.
解:(1)∵抛物线y=﹣x2+bx+c经过A(﹣1,0),B(3,0)两点,
∴,
解得,,
∴经过A,B,C三点的抛物线的函数表达式为y=﹣x2+2x+3.
(2)如图1,连接BC,CD.
由题意,C(0,3),B(3,0),
∴OB=OC=3,
∵∠BOC=90°,
∴∠OBC=∠OCB=45°
∵y=﹣(x﹣1)2+4,
∴抛物线顶点D的坐标为(1,4),
∵△BCQ是以BC为直角边的直角三角形,
当∠Q′BC=90′时,∠ABQ′=45°,
∴EB=EQ′=2,
∴Q′(1,﹣2),
当∠QCB=90°时,此时点Q与点D重合,Q(1,4),
综上所述,满足条件的点Q的坐标为(1,4)或(1,﹣2).
(3)如图2中,设点M的坐标为(a,0),则点G的坐标为(a,﹣a2+2a+3),
∵以F、M、N、G为顶点的四边形是正方形,
∴FM=MG,即|2﹣a|=|﹣a2+2a+3|,
当2﹣a=﹣a2+2a+3时,
整理得,a2﹣3a﹣1=0,
解得,a=,
当2﹣a=﹣(﹣a2+2a+3)时,
整理得,a2﹣a﹣5=0,
解得,a=,
∴当以F、M、N、G为顶点的四边形是正方形时,点M的坐标为(,0),(,0),(,0),(,0).
1.综合与探究
如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx﹣4交x轴于A,B两点,交y轴于点C,且OA=2OC=8OB,点P是第三象限内抛物线上的一动点,连接AC,过点P作PE∥y轴,与AC交于点E.
(1)求此抛物线的解析式;
(2)当PC∥AB时,求点P的坐标;
(3)用含x的代数式表示PE的长,并求出当PE的长取最大值时对应的点P的坐标;
(4)在(3)的条件下,平面内是否存在点Q,使以A、P、C、Q为顶点的四边形是平行四边形,若存在,直接写出点Q的坐标,若不存在,请说明理由.
解:(1)令x=0,则y=﹣4,
∴C(0,﹣4),
∴OC=4,
∵OA=2OC=8OB,
∴OA=8,OB=1,
∴A(﹣8,0),B(1,0),
将A、B代入y=ax2+bx﹣4,得
,
∴,
∴y=x2+x﹣4;
(2)当PC∥AB时,P点的纵坐标为﹣4,
∴x2+x﹣4=﹣4,
∴x=0或x=﹣7,
∵P点在第三象限,
∴P(﹣7,﹣4);
(3)设AC的直线解析式为y=kx+b,
∴,
解得,
∴y=﹣x﹣4,
设P(x,x2+x﹣4),则E(x,﹣x﹣4),
∴PE=﹣x﹣4﹣(x2+x﹣4)=﹣x2﹣4x=﹣(x+4)2+8,
∴当x=﹣4时,PE有最大值8,
此时P(﹣4,﹣10);
(4)存在点Q,使得以A、P、C、Q为顶点的四边形是平行四边形,理由如下:
设Q(m,n),
①当AC为对角线时,AC的中点为(﹣4,﹣2),PQ的中点为(,),
∴﹣4=,﹣2=,
∴m=﹣4,n=6,
∴Q(﹣4,6);
②当AP为对角线时,AP的中点为(﹣6,﹣5),CQ的中点为(,),
∴﹣6=,﹣5=,
∴m=﹣12,n=﹣6,
∴Q(﹣12,﹣6);
③当AQ为对角线时,AQ的中点为(,),CP的中点为(﹣2,﹣7),
∴=﹣2,=﹣7,
∴m=4,n=﹣14,
∴Q(4,﹣14);
综上所述:以A、P、C、Q为顶点的四边形是平行四边形时,Q点坐标为(﹣4,6)或(﹣12,﹣6)或(4,﹣14).
2.如图,二次函数y=x2+bx+c的图象交x轴于点A(﹣3,0),B(1,0),交y轴于点 C.点P(m,0)是x轴上的一动点,PM⊥x轴,交直线AC于点M,交抛物线于点N.
(1)求这个二次函数的表达式;
(2)①若点P仅在线段AO上运动,如图,求线段MN的最大值;
②若点P在x轴上运动,则在y轴上是否存在点Q,使以M,N,C,Q为顶点的四边形为菱形.若存在,请直接写出所有满足条件的点Q的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)把A(﹣3,0),B(1,0)代入y=x2+bx+c中,得,
解得,
∴y=x2+2x﹣3.
(2)①设直线AC的表达式为y=kx+b,把A(﹣3,0),C(0,﹣3)代入y=kx+b′.得,
解得,
∴y=﹣x﹣3,
∵点P(m,0)是x轴上的一动点,且PM⊥x轴.
∴M(m,﹣m﹣3),N(m,m2+2m﹣3),
∴MN=(﹣m﹣3)﹣(m2+2m﹣3)=﹣m2﹣3m=﹣(m+)2+,
∵a=﹣1<0,
∴此函数有最大值.
又∵点P在线段OA上运动,且﹣3<﹣<0,
∴当m=﹣时,MN有最大值.
②如图2﹣1中,当点M在线段AC上,MN=MC,四边形MNQC是菱形时.
∵MN=﹣m2﹣3m,MC=﹣m,
∴﹣m2﹣3m=﹣m,
解得m=﹣3+或0(舍弃)
∴MN=3﹣2,
∴CQ=MN=3﹣2,
∴OQ=3+1,
∴Q(0,﹣3﹣1).
如图2﹣2中,当MC是菱形的对角线时,四边形MNCQ是正方形,此时CN=MN=CQ=2,可得Q(0,﹣1).
如图2﹣3中,当点M在CA延长线上时,MN=CM,四边形MNQC是菱形时,
则有,m2+3m=﹣m,
解得m=﹣3﹣或0(舍弃),
∴MN=CQ=3+2,
∴OQ=CQ﹣OC=3﹣1,
∴Q(0,3﹣1).
当点P在y轴的右侧时,显然MN>CM,此时满足条件的菱形不存在.
综上所述,满足条件的点Q的坐标为(0,﹣3﹣1)或(0,﹣1)或(0,3﹣1).
3.如图,抛物线y=ax2+2x+c的对称轴是直线x=1,与x轴交于点A,B(3,0),与y轴交于点C,连接AC.
(1)求此抛物线的解析式;
(2)已知点D是第一象限内抛物线上的一个动点,过点D作DM⊥x轴,垂足为点M,DM交直线BC于点N,是否存在这样的点N,使得以A,C,N为顶点的三角形是等腰三角形.若存在,请求出点N的坐标,若不存在,请说明理由;
(3)已知点E是抛物线对称轴上的点,在坐标平面内是否存在点F,使以点B、C、E、F为顶点的四边形为矩形,若存在,请直接写出点F的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)抛物线y=ax2+2x+c的对称轴是直线x=1,与x轴交于点A,B(3,0),
∴A(﹣1,0),
∴,解得,
∴抛物线的解析式y=﹣x2+2x+3;
(2)∵y=﹣x2+2x+3,
∴C(0,3),
设直线BC的解析式为y=kx+3,
将点B(3,0)代入得:0=3k+3,
解得:k=﹣1,
∴直线BC的解析式为y=﹣x+3;
设点D坐标为(t,﹣t2+2t+3),则点N(t,﹣t+3),
∵A(﹣1,0),C(0,3),
∴AC2=12+32=10,
AN2=(t+1)2+(﹣t+3)2=2t2﹣4t+10,
CN2=t2+(3+t﹣3)2=2t2,
①当AC=AN时,AC2=AN2,
∴10=2t2﹣4t+10,
解得t1=2,t2=0(不合题意,舍去),
∴点N的坐标为(2,1);
②当AC=CN时,AC2=CN2,
∴10=2t2,
解得t1=,t2=﹣(不合题意,舍去),
∴点N的坐标为(,3﹣);
③当AN=CN时,AN2=CN2,
∴2t2﹣4t+10=2t2,
解得t=,
∴点N的坐标为(,);
综上,存在,点N的坐标为(2,1)或(,3﹣)或(,);
(3)设E(1,a),F(m,n),
∵B(3,0),C(0,3),
∴BC=3,
①以BC为对角线时,BC2=CE2+BE2,
∴(3)2=12+(a﹣3)2+a2+(3﹣1)2,
解得:a=,或a=,
∴E(1,)或(1,),
∵B(3,0),C(0,3),
∴m+1=0+3,n+=0+3或n+=0+3,
∴m=2,n=或n=,
∴点F的坐标为(2,)或(2,);
②以BC为边时,BE2=CE2+BC2或CE2=BE2+BC2,
∴a2+(3﹣1)2=12+(a﹣3)2+(3)2或12+(a﹣3)2=a2+(3﹣1)2+(3)2,
解得:a=4或a=﹣2,
∴E(1,4)或(1,﹣2),
∵B(3,0),C(0,3),
∴m+0=1+3,n+3=0+4或m+3=1+0,n+0=3﹣2,
∴m=4,n=1或m=﹣2,n=1,
∴点F的坐标为(4,1)或(﹣2,1),
综上所述:存在,点F的坐标为(2,)或(2,)或(4,1)或(﹣2,1).
4.如图1,在平面直角坐标系xOy中,抛物线C:y=﹣x2+bx+c与x轴相交于A,B两点,顶点为D,其中A(﹣4,0),B(4,0),设点F(m,0)是x轴的正半轴上一点,将抛物线C绕点F旋转180°,得到新的抛物线C'.
(1)求抛物线C的函数解析式;
(2)若抛物线C'与抛物线C在y轴的右侧有两个不同的公共点,求m的取值范围;
(3)如图2,P是第一象限内抛物线C上一点,它到两坐标轴的距离相等,点P在抛物线C'上的对应点P',设M是C上的动点,N是C'上的动点,试探究四边形PMP'N能否成为正方形?若能,求出m的值;若不能,请说明理由.
解:(1)由题意把点A(﹣4,0),B(4,0),代入y=﹣x2+bx+c中,
得:,
解得:,
∴抛物线C的函数解析式为:y=﹣x2+8;
(2)如图1,由题意抛物线C′的顶点坐标为(2m,﹣8),
设抛物线C′的解析式为:y=(x﹣2m)2﹣8,
由,
消去y得到:,
∵抛物线C′与抛物线C在y轴的右侧有两个不同的公共点,
∴,
解得:,
∴满足条件的m的取值范围为:4<m<4;
(3)结论:四边形PMP'N能成为正方形.
理由:情形1,如图2,作PE⊥x轴于E,MH⊥x轴于H.
由题意易知P(4,4),
当△PFM是等腰直角三角形时,四边形PMP'N是正方形,
∴PF=FM,∠PFM=90°,
∵∠PEF=∠FHM=90°,
∴∠PFE+∠FPE=90°,∠PFE+∠MFH=90°,
在△PFE和△FMH中,
∴,
∴△PFE≌△FMH(AAS),
∴PE=FH=4,EF=HM=4﹣m,
∴M(m+4,m﹣4),
∵点M在y=﹣x2+8上,
∴m﹣4=﹣(m+4)2+8,
解得或(舍),
∴m=﹣6+2时,四边形PMP'N是正方形.
情形2,如图,四边形PMP′N是正方形,同法可得M(m﹣4,4﹣m),
把M(m﹣4,4﹣m)代入y=﹣x2+8中,4﹣m=﹣(m﹣4)2+8,
解得m=12或m=0(舍去),
∴m=12时,四边形PMP′N是正方形.
综上,四边形PMP′N能成为正方形,m=﹣6+2或12.
5.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx﹣4(a≠0)与x轴交于点A(﹣1,0),B(4,0),与y轴交于点C.
(1)求该抛物线的解析式;
(2)直线l为该抛物线的对称轴,点D与点C关于直线l对称,点F为直线AD下方抛物线上一动点,连接FA,FD,求△FAD面积的最大值;
(3)在(2)的条件下,将抛物线y=ax2+bx﹣4(a≠0)沿射线AD平移4个单位,得到新的抛物线y1,点E为点F的对应点,点P为y1的对称轴上任意一点,在y1上确定一点Q,使得以点D,E,P,Q为顶点的四边形是平行四边形,请直接写出所有符合条件的点Q的坐标.
解:(1)将A(﹣1,0),B(4,0)代入y=ax2+bx﹣4得,
∴,
∴y=x2﹣3x﹣4,
(2)当x=0时,y=﹣4,
∴点C(0,﹣4),
∵点D与点C关于直线l对称,且对称轴为直线x=,
∴D(3,﹣4),
∵A(﹣1,0),
∴直线AD的函数关系式为:y=﹣x﹣1,
设F(m,m2﹣3m﹣4),
作FH∥y轴交直线AD于H,
∴H(m,﹣m﹣1),
∴FH=﹣m﹣1﹣(m2﹣3m﹣4)
=﹣m2+2m+3,
∴S△AFD=S△AFH+S△DFH==2(﹣m2+2m+3)=﹣2m2+4m+6,
当m=﹣=1时,S△AFD最大为8,
(3)∵直线AD与x轴正方向夹角为45°,
∴沿AD方向平移,实际可看成向右平移4个单位,再向下平移4个单位,
∵F(1,﹣6),
∴E(5,﹣10),
抛物线y=x2﹣3x﹣4平移后y1=x2﹣11x+20,
∴抛物线y1的对称轴为:直线x=,
当DE为平行四边形的边时:
若D平移到对称轴上F点,
则Q的横坐标为,
代入y1=x2﹣11x+20得y=﹣,
∴Q(,﹣),
若E平移到对称轴上F点,
则Q的横坐标为,
代入y1=x2﹣11x+20得y=,
∴Q(,﹣),
若DE为平行四边形的对角线时,
若E平移到对称轴上F点,
则Q平移到D点,
∴Q的横坐标为,
代入y1=x2﹣11x+20得y=﹣,
∴Q(,﹣),
∴Q()或Q()或Q().
6.如图,直线y=﹣x+4分别交x轴、y轴于A、C两点,抛物线y=﹣x2+mx+4经过点A,且与x轴的另一个交点为点B.连接BC,过点C作CD∥x轴交抛物线于点D
(1)求抛物线的函数表达式;
(2)若点E是抛物线上的点,求满足∠ECD=∠BCO的点E的坐标;
(3)点M在y轴上且位于点C上方,点N在直线AC上,点P为第一象限内的抛物线上一点,若以点C、M、N、P为顶点的四边形是菱形,求菱形的边长.
解:(1)y=﹣x+4,令x=0,则y=4,令y=0,则x=4,
则点A、C的坐标分别为(4,0)、(0,4),
将点A的坐标代入抛物线的表达式并解得:m=3,
故抛物线的表达式为:y=﹣x2+3x+4…①,
令y=0,则x=﹣1或4,故点B(﹣1,0);
(2)①当点E在CD上方时,
tan∠BCO==,
则直线CE的表达式为:y=x+4…②,
联立①②并解得:x=0或(舍去0),
则点E(,);
②当点E在CD下方时,
同理可得:点E′(,);
故点E的坐标为E(,)或(,);
(3)①如图2,当CM为菱形的一条边时,
过点P作PQ∥x轴,∵OA=OC=4,
∴∠PMQ=∠CAO=45°,
设点P(x,﹣x2+3x+4),
则PM=PQ=x,
C、M、N、P为顶点的四边形是菱形,则PM=PN,
即:x=﹣x2+3x+4﹣(﹣x+4),解得:x=0或4﹣(舍去0),
故菱形边长为x=4﹣2;
②如图3,当CM为菱形的对角线时,
同理可得:菱形边长为2;
故:菱形边长为4﹣2或2.
7.如图,已知直线y=2x+n与抛物线y=ax2+bx+c相交于A,B两点,抛物线的顶点是A(1,﹣4),点B在x轴上.
(1)求抛物线的解析式;
(2)若点M是y轴上一点,点N是坐标平面内一点,当以A、B、M、N为顶点的四边形是矩形时,求点M的坐标.
(3)在抛物线上是否存在点Q,使∠BAQ=45°,若存在,请直接写出点Q的横坐标;若不存在,说明理由.
解:(1)将点A(1,﹣4)代入直线y=2x+n得,
2+n=﹣4,
∴n=﹣6,
∴直线y=2x﹣6,
当y=0时,代入直线得:0=2x﹣6,
解得:x=3,
∴点B坐标(3,0),
设抛物线表达式为y=a(x﹣1)2﹣4,将点B代入抛物线得,
0=4a﹣4,
解得:a=1,
∴抛物线表达式y=(x﹣1)2﹣4;
(2)当以A、B、M、N为顶点的四边形是矩形时,有两种情况:
①如图,当AB为边时,
设点M(0,m),
已知点A(1,﹣4),点B(3,0)
∴MA2=12+(m+4)2,AB2=(1﹣3)2+(﹣4﹣0)2=20,BM2=32+m2,
∴MB2=AM2+AB2,即12+(m+4)2+20=32+m2,
解得m=﹣,
即点M的坐标(0,﹣),
延长BN交y轴于点M′,作AG⊥y轴于G,BH⊥GA交GA的延长线于点H.
由△BOM′∽△BHA,可得=,
∴=,
∴OM′=,
∴M′(0,),
②如图,当AB为对角线时,
取线段AB的中点P,作辅助圆⊙P,与y轴交于点M1,M2,作PG⊥y轴于点G,
点P坐标(,),即(2,﹣2),
由①可得线段AB==2,
∴⊙P半径,
在Rt△PM1G中,PM1=,PG=2,
M1G==1,
根据垂径定理可得,M2G=1,
∴点M1坐标(0,﹣1),点M2坐标(0,﹣3);
综上所述,当以A、B、M、N为顶点的四边形是矩形时,点M坐标为:(0,﹣)或(0,)或(0,﹣1)或(0,﹣3);
(3)存在点Q的横坐标为﹣2或,使∠BAQ=45°.
理由如下:假设存在满足条件的点Q,如图,
当四边形ADBC为正方形,且点Q1,Q2分别在直线AD和直线AC上时,∠BAQ=45°,
设过线段AB中点P,且与线段AB垂直的直线:y=﹣+b,
将点P(2,﹣2)代入得:﹣2=﹣1+b,
解得b=﹣1,
∴直线为y=﹣,
设点C点坐标(n,﹣n﹣1),
在Rt△ABD中,∠BAQ=45°,AB=2,
sin45°=,
解得BD=,
∴BD==,
解得n1=0,n2=4,
∴点C坐标(0,﹣1),点D坐标(4,﹣3),
设直线AD表达式为:y=qx+p,将点A(1,﹣4),点D(4,﹣3)代入得,
,
解得,
∴直线AD的表达式为y=﹣,
同理可得直线AC的表达式为y=﹣3x﹣1,
联立直线AD与抛物线y=(x﹣1)2﹣4可得,
﹣=(x﹣1)2﹣4,
解得x1=1,x2=,
同理联立直线AC与抛物线可解得x3=1,x4=﹣2,
∴点Q的横坐标为﹣2或.
8.如图,在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=ax2+bx+c经过A、B、C三点,已知点A(﹣3,0),B(0,3),C(1,0).
(1)求此抛物线的解析式.
(2)点P是直线AB上方的抛物线上一动点,(不与点A、B重合),过点P作x轴的垂线,垂足为F,交直线AB于点E,作PD⊥AB于点D.
①动点P在什么位置时,△PDE的周长最大,求出此时P点的坐标;
②连接PA,以AP为边作图示一侧的正方形APMN,随着点P的运动,正方形的大小、位置也随之改变.当顶点M或N恰好落在抛物线对称轴上时,求出对应的P点的坐标.(结果保留根号)
解:(1)∵抛物线y=ax2+bx+c经过点A(﹣3,0),B(0,3),C(1,0),
∴,
解得,
所以,抛物线的解析式为y=﹣x2﹣2x+3;
(2)①∵A(﹣3,0),B(0,3),
∴OA=OB=3,
∴△AOB是等腰直角三角形,
∴∠BAO=45°,
∵PF⊥x轴,
∴∠AEF=90°﹣45°=45°,
又∵PD⊥AB,
∴△PDE是等腰直角三角形,
∴PD越大,△PDE的周长越大,
易得直线AB的解析式为y=x+3,
设与AB平行的直线解析式为y=x+m,
联立,
消掉y得,x2+3x+m﹣3=0,
当△=32﹣4×1×(m﹣3)=0,
即m=时,直线与抛物线只有一个交点,PD最长,
此时x=﹣,y=﹣+=,
∴点P(﹣,)时,△PDE的周长最大;
②抛物线y=﹣x2﹣2x+3的对称轴为直线x=﹣=﹣1,
(i)如图1,点M在对称轴上时,过点P作PQ⊥对称轴于Q,
在正方形APMN中,AP=PM,∠APM=90°,
∴∠APF+∠FPM=90°,∠QPM+∠FPM=90°,
∴∠APF=∠QPM,
∵在△APF和△MPQ中,
,
∴△APF≌△MPQ(AAS),
∴PF=PQ,
设点P的横坐标为n(n<0),则PQ=﹣1﹣n,
即PF=﹣1﹣n,
∴点P的坐标为(n,﹣1﹣n),
∵点P在抛物线y=﹣x2﹣2x+3上,
∴﹣n2﹣2n+3=﹣1﹣n,
整理得,n2+n﹣4=0,
解得n1=(舍去),n2=,
﹣1﹣n=﹣1﹣=,
所以,点P的坐标为(,);
(ii)如图2,点N在对称轴上时,设抛物线对称轴与x轴交于点Q,
∵∠PAF+∠FPA=90°,∠PAF+∠QAN=90°,
∴∠FPA=∠QAN,
又∵∠PFA=∠AQN=90°,PA=AN,
∴△APF≌△NAQ,
∴PF=AQ,
设点P坐标为P(x,﹣x2﹣2x+3),
则有﹣x2﹣2x+3=﹣1﹣(﹣3)=2,
解得x=﹣1(不合题意,舍去)或x=﹣﹣1,
此时点P坐标为(﹣﹣1,2).
综上所述,当顶点M恰好落在抛物线对称轴上时,点P坐标为(,),当顶点N恰好落在抛物线对称轴上时,点P的坐标为(﹣﹣1,2).
9.如图,抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)的图象经过A(1,0),B(3,0),C(0,6)三点.
(1)求抛物线的解析式.
(2)抛物线的顶点M与对称轴l上的点N关于x轴对称,直线AN交抛物线于点D,点E为抛物线在直线AD下方的一个动点,连接AE、DE,问:△ADE的面积是否存在最大值?若存在,请求出面积的最大值和点E的坐标.若不存在,请说明理由.
(3)P为抛物线上的一动点,Q为对称轴上一动点,若以A、D、P、Q为顶点的四边形为平行四边形,请直接写出点P的坐标(至少写两个).
解:(1)∵抛物线 y=ax2+bx+c(a≠0)的图象经过点 A(1,0),B(3,0),
∴设抛物线的解析式为 y=a(x﹣1)(x﹣3),
把点 C(0,6)代入,
∴6=a(0﹣1)(0﹣3),
∴a=2,
∴y=2(x﹣1)(x﹣3)=2x2﹣8x+6,
∴抛物线解析式为y=2x2﹣8x+6;
(2)∵y=2x2﹣8x+6=2(x﹣2)2﹣2,
∴顶点M的坐标为(2,﹣2),
∵抛物线的顶点M与对称轴l上的点N关于x轴对称,
∴点N(2,2),
设直线AN的解析式为:y=kx+b,
由题意可得:,解得:,
∴直线AN解析式为:y=2x﹣2,
联立y=2x2﹣8x+6得:,
解得:,,
∴点D(4,6),
设△ADE的面积为S,点E(e,2e2﹣8e+6),
过点E作EF⊥x轴交直线AD于点F,则点F坐标为(e,2e﹣2),
∴EF=(2e﹣2)﹣(2e2﹣8e+6)=﹣2e2+10e﹣8,
∴S=•EF•|Dx﹣Ax|=×3×(﹣2e2+10e﹣8)=﹣3(e2﹣5e﹣4)=,
所以,当时,△ADE的面积,此时点E坐标为;
(3)由(2)知,A(1,0),D(4,6),
设Q(2,m),P(x,2x2﹣8x+6),
①以AD为对角线时,
∵以 A,D,P,Q 为顶点的四边形为平行四边形,
∴,解得:,
∴P(3,0);
②以AP为对角线时,
∵以 A,D,P,Q 为顶点的四边形为平行四边形,
∴,解得:,
∴P(5,16);
③以AQ为对角线时,
∵以 A,D,P,Q 为顶点的四边形为平行四边形,
∴,解得:,
∴P(﹣1,16);
综上所述,当点 P 的坐标为 (5,16)或 (﹣1,16)或 (3,0)时,以 A,D,P,Q 为顶点的四边形为平行四边形.
10.如图,一次函数y=x﹣图象与坐标轴交于点A、B,二次函数y=x2+bx+c图象过A、B两点.
(1)求二次函数解析式;
(2)点B关于抛物线对称轴的对称点为点C,点P是对称轴上一动点,在抛物线上是否存在点Q,使得以B、C、P、Q为顶点的四边形是菱形?若存在,求出Q点坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)在y=x﹣中,令x=0得y=﹣,令y=0得x=3,
∴A(3,0),B(0,﹣),
∵二次函数y=x2+bx+c图象过A、B两点,
∴,解得,
∴二次函数解析式为y=x2﹣x﹣;
(2)存在,理由如下:
由二次函数y=x2﹣x﹣可得其对称轴为直线x==1,
设P(1,m),Q(n,n2﹣n﹣),而B(0,﹣),
∵C与B关于直线x=1对称,
∴C(2,﹣),
①当BC、PQ为对角线时,如图:
此时BC的中点即是PQ的中点,即,
解得,
∴当P(1,﹣),Q(1,﹣)时,四边形BQCP是平行四边形,
由P(1,﹣),B(0,﹣),C(2,﹣)可得PB2==PC2,
∴PB=PC,
∴四边形BQCP是菱形,
∴此时Q(1,﹣);
②BP、CQ为对角线时,如图:
同理BP、CQ中点重合,可得,
解得,
∴当P(1,0),Q(﹣1,0)时,四边形BCPQ是平行四边形,
由P(1,0),B(0,﹣),C(2,﹣)可得BC2=4=PC2,
∴四边形BCPQ是菱形,
∴此时Q(﹣1,0);
③以BQ、CP为对角线,如图:
BQ、CP中点重合,可得,
解得,
∴P(1,0),Q(3,0)时,四边形BCQP是平行四边形,
由P(1,0),B(0,﹣),C(2,﹣)可得BC2=4=PC2,
∴四边形BCQP是菱形,
∴此时Q(3,0);
综上所述,Q的坐标为:(1,﹣)或(﹣1,0)或(3,0).
11.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=﹣x2+x+4与x轴交于A,B两点,与y轴交于点C,抛物线的对称轴与x轴交于点D.
(1)点B与点D的坐标;
(2)点P是第一象限内抛物线上位于对称轴右侧的一个动点,设点P点的横坐标为m,且S△CDP=S△ABC,求m的值;
(3)K是抛物线上一个动点,在平面直角坐标系中是否存在点H,使B、C、K、H为顶点的四边形成为矩形?若存在,直接写出点H的坐标;若不存在,说明理由.
解:(1)当y=0时,由y=﹣x2+x+4=0,得x1=﹣2,x2=8,
∴A(﹣2,0),B(8,0);
∵点D为线段AB的中点,
∴D(3,0).
(2)如图1,作PG⊥x轴,交CD的延长线于点G,作PE⊥CD于点E,
∵抛物线y=﹣x2+x+4=0与y轴交于点C,
∴C(0,4),
∴CD==5;
∵∠PEG=∠DOC=90°,∠G=∠OCD,
∴=sin∠DCO=;
设直线CD的解析式为y=kx+4,则3k+4=0,解得k=,
∴y=x+4,
∴P(m,﹣m2+m+4),G(m,m+4),
∴PG=﹣m2+m+4﹣(m+4)=﹣m2+m,
∴PE=(﹣m2+m)= m2+m,
∴×5( m2+m)=(8+2)×4,
整理,得3m2﹣34m+88=0,
解得m1=4,m2=.
∴m的值为4或;
(3)存在.
①如图1,BC为矩形BKCH的对角线,连结KH交BC于点Q.
∵Q为BC的中点,
∴Q(4,2),
∴QK2=QC2=42+(4﹣2)2=20,
∵K(m,﹣m2+m+4),
∴(m﹣4)2+(﹣m2+m+4﹣2)2=20,
整理,得m4﹣12m3+36m2﹣32m=0,即m2(m2﹣12m+32)+4m(m﹣8)=0,
∴m(m﹣2)(m﹣8)=0
解得m1=2,m2=0(不符合题意,舍去),m3=8(不符合题意,舍去),
∴K(2,6),
∵点H与点K(2,6)关于点Q(4,2)对称,
∴H(6,﹣2);
②如图3,作平行四边形ACBH.
∵∠AOC=∠COB=90°,=,
∴△AOC∽△COB,
∴∠ACO=∠CBO,
∴∠ACB=∠ACO+∠OCB=∠CBO+∠OCB=90°,
∴当点K与点A重合时,四边形KCBH是矩形,
∵点H与点C(0,4)关于点D(3,0)对称,
∴H(6,﹣4);
③如图4,作BK∥AC交抛物线于另一点K,作平行四边形BCHK,则四边形BCHK是矩形;
连结CK、BH交于点R.
设直线AC的解析式为y=px+4,则﹣2p+4=0,解得p=2,
∴y=2x+4;
设直线BK的解析式为y=2x+q,则16+q=0,解得q=﹣16,
∴y=2x﹣16.
由,得,,
∴K(﹣10,﹣36),
∴R(﹣5,﹣16),
∵点H与点B(8,0)关于点R(﹣5,﹣16)对称,
∴H(﹣18,﹣32).
综上所述,点H的坐标为(6,﹣2)或(6,﹣4)或(﹣18,﹣32).
12.如图1,抛物线y=ax2﹣2ax﹣3a(a≠0)与x轴交于点A,B.与y轴交于点C.连接AC,BC.已知△ABC的面积为2.
(1)求抛物线的解析式;
(2)平行于x轴的直线与抛物线从左到右依次交于P,Q两点.过P,Q向x轴作垂线,垂足分别为G,H.若四边形PGHQ为正方形,求正方形的边长;
(3)如图2,平行于y轴的直线交抛物线于点M,交x轴于点N(2,0).点D是抛物线上A,M之间的一动点,且点D不与A,M重合,连接DB交MN于点E.连接AD并延长交MN于点F.在点D运动过程中,3NE+NF是否为定值?若是,求出这个定值;若不是,请说明理由.
解:(1)如图1,y=ax2﹣2ax﹣3a=a(x2﹣2x﹣3)=a(x﹣3)(x+1),
∴A(﹣1,0),B(3,0),
∴AB=4,
∵△ABC的面积为2,即,
∴,
∴OC=1,
∴C(0,1),
将C(0,1)代入y=ax2﹣2ax﹣3a,得:﹣3a=1,
∴a=﹣,
∴该二次函数的解析式为y=﹣x2+x+1;
(2)分两种情况:
①当PQ在x轴的上方时,如图2,设点P的纵坐标为m,当y=m时,﹣x2+x+1=m,
解得:x1=1+,x2=1﹣,
∴点P的坐标为(1﹣,m),点Q的坐标为(1+,m),
∴点G的坐标为(1﹣,0),点H的坐标为(1+,0),
∵矩形PGHQ为正方形,
∴1+﹣(1﹣)=m,
解得:m1=﹣6﹣2(舍),m2=﹣6+2;
②当PQ在x轴的下方时,m<0,
同理可得m=﹣6﹣2;
∴当四边形PGHQ为正方形时,边长为6+2或2﹣6;
(3)如图3,设点D(n,﹣n2+n+1),延长BD交y轴于K,
∵A(﹣1,0),
设AD的解析式为:y=kx+b,
则,解得:,
∴AD的解析式为:y=(﹣)x﹣,
当x=2时,y=﹣n+2﹣n+1=﹣n+3,
∴F(2,3﹣n),
∴FN=3﹣n,
同理得直线BD的解析式为:y=(﹣)x+n+1,
∴K(0,n+1),
∴OK=n+1,
∵N(2,0),B(3,0),
∴,
∵EN∥OK,
∴,
∴OK=3EN,
∴3EN+FN=OK+FN=n+1+3﹣n=4,
∴在点D运动过程中,3NE+NF为定值4.
13.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+3(a≠0)与y轴交于点C,与x轴交于A、B两点(点A在点B的左侧),且A(﹣2,0),直线BC的解析式为y=﹣+3.
(1)求抛物线的解析式;
(2)过点A作AD∥BC,交抛物线于点D,点E为直线BC上方抛物线上一动点,连接CE、EB、BD、DC,求四边形BECD面积的最大值及相应点E的坐标;
(3)将抛物线y=ax2+bx+3(a≠0)向左平移2个单位,已知点M为抛物线y=ax2+bx+3(a≠0)的对称轴上一动点,点N为平移后的抛物线上一动点.在(2)中,当四边形BECD的面积最大时,是否存在以A,E,M,N为顶点的四边形为平行四边形?若存在,直接写出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)∵直线BC的解析式为y=﹣+3,
∴令y=0,则x=6,令x=0,则y=3,
∴点B、C的坐标分别为(6,0)、(0,3);
∵A(﹣2,0),
∴代入抛物线得:,
解得:,
∴抛物线的表达式为:y=﹣x2+x+3;
(2)∵AD∥BC,
∴设直线AD的表达式为:y=﹣x+m,
将A(﹣2,0)代入直线AD即可求得:m=﹣1,
∴直线AD:y=﹣x﹣1,
设过点E与直线BC平行的直线:y=﹣x+n,
∵四边形BECD面积最大值时,E点到直线BC的距离最远,即此时直线y=﹣x+n与抛物线只有一个交点,
∴令y=﹣x+n=﹣x2+x+3,
化简得:x2﹣6x+4n﹣12=0①,
由Δ=36﹣4(4n﹣12)=0得:n=,
∴方程①的解为:x1=x2=3,
∴四边形BECD面积最大值时相应点E的坐标为(3,);
(3)存在,理由:①当AE是平行四边形的对角线时,
∵y=﹣(x+2)2+(x+2)+3=﹣x2+4,
∴新抛物线的表达式为:y=﹣x2+4,且原抛物线对称轴为直线x=2,
∵点A、E的坐标分别为(﹣2,0)、(3,),
∴AE中点的坐标为(,),
设点M(2,t),点N(s,﹣t2+4),
则由中点公式得:=,=,
解得:s=﹣1,t=2+(负值舍去),
∴N(﹣1,2+);
②当AE是平行四边形的边时,
设M(2,t'),点N(s',﹣s'2+4),
则s'﹣2=5,解得s'=7,N(7,﹣),
s'﹣2=﹣5,解得s'=﹣3,N(﹣3,),
综上,点N的坐标为:(﹣1,2+)或(7,﹣)或(﹣3,).
14.如图,抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于点A和点B,与y轴交于点C,点B坐标为(6,0),点C坐标为(0,6),点D是抛物线的顶点,过点D作x轴的垂线,垂足为E,连接BD.
(1)求抛物线的解析式及点D的坐标;
(2)点F是抛物线上的动点,当∠FBA=∠BDE时,求点F的坐标;
(3)若点P是x轴上方抛物线上的动点,以PB为边作正方形PBFG,随着点P的运动,正方形的大小、位置也随着改变,当顶点F或G恰好落在y轴上时,请直接写出点P的横坐标.
解:(1)把点B坐标为(6,0),点C坐标为(0,6)代入抛物线y=﹣x2+bx+c得:
,
解得:,
∴y=﹣x2+2x+6=﹣(x﹣2)2+8,
∴D(2,8);
(2)如图1,过F作FG⊥x轴于点G,
设F(x,﹣x2+2x+6),则FG=|﹣x2+2x+6|,
∵∠FBA=∠BDE,∠FGB=∠BED=90°,
∴△FBG∽△BDE,
∴,
∵B(6,0),D(2,8),
∴E(2,0),BE=4,DE=8,OB=6,
∴BG=6﹣x,
∴,
当点F在x轴上方时,有6﹣x=2(﹣+2x+6),
解得x=﹣1或x=6(舍去),
此时F点的坐标为(﹣1,);
当点F在x轴下方时,有6﹣x=2(),
解得x=﹣3或x=6(舍去),
此时F点的坐标为(﹣3,﹣);
综上可知F点的坐标为(﹣1,)或(﹣3,﹣);
(3)设P(m,),
有四种情况:
①如图2,当G在y轴上时,过P作PQ⊥y轴于Q,作PM⊥x轴于M,
∵四边形PBFG是正方形,
∴PG=PB,
∵∠PQG=∠PMB=90°,∠QPG=∠MPB,
∴△PQG≌△PMB,
∴PQ=PM,
即m=﹣m2+2m+6,
解得:m1=1+,m2=1﹣(舍),
∴P的横坐标为1+,
②当F在y轴上时,如图3,过P作PM⊥x轴于M,
同理得:△PMB≌△BOF,
∴OB=PM=6,
即﹣m2+2m+6=6,
m1=0(舍),m2=4,
∴P的横坐标为4,
③当F在y轴上时,如图4,此时P与C重合,
此时P的横坐标为0,
④当G在y轴上时,如图5,过P作PM⊥x轴于M,作PN⊥y轴于N,
同理得:△GPN≌△BPM,
∴PN=PM,
∴﹣m=,
解得:m=3±,
由图5可知:P在第二象限,
∴m=3﹣,
此时P的横坐标为3﹣,
综上所述,点P的横坐标为1+或4或0或3﹣.
15.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2﹣2ax﹣3a(a>0)与x轴交于A、B两点(点A在点B左侧),经过点A的直线l:y=kx+b与y轴交于点C,与抛物线的另一个交点为D,且CD=4AC.
(1)直接写出点A的坐标,并用含a的式子表示直线l的函数表达式(其中k、b用含a的式子表示).
(2)点E为直线l下方抛物线上一点,当△ADE的面积的最大值为时,求抛物线的函数表达式;
(3)设点P是抛物线对称轴上的一点,点Q在抛物线上,以点A、D、P、Q为顶点的四边形能否为矩形?若能,求出点P的坐标;若不能,请说明理由.
解:(1)令y=0,则ax2﹣2ax﹣3a=0,
解得x1=﹣1,x2=3
∵点A在点B的左侧,
∴A(﹣1,0),
如图1,作DF⊥x轴于F,
∴DF∥OC,
∴=,
∵CD=4AC,
∴==4,
∵OA=1,
∴OF=4,
∴D点的横坐标为4,
代入y=ax2﹣2ax﹣3a得,y=5a,
∴D(4,5a),
把A、D坐标代入y=kx+b得,
解得,
∴直线l的函数表达式为y=ax+a.
(2)如图2,过点E作EH∥y轴,交直线l于点H,
设E(x,ax2﹣2ax﹣3a),则H(x,ax+a).
∴HE=(ax+a)﹣(ax2﹣2ax﹣3a)=﹣ax2+3ax+4a,
∴S△ADE=S△AEH+S△DEH=(﹣ax2+3ax+4a)=﹣a(x﹣)2+a.
∴△ADE的面积的最大值为a,
∴a=,
解得:a=.
∴抛物线的函数表达式为y=x2﹣x﹣.
(3)已知A(﹣1,0),D(4,5a).
∵y=ax2﹣2ax﹣3a,
∴抛物线的对称轴为x=1,
设P(1,m),
①若AD为矩形的边,且点Q在对称轴左侧时,则AD∥PQ,且AD=PQ,
则Q(﹣4,21a),
m=21a+5a=26a,则P(1,26a),
∵四边形ADPQ为矩形,
∴∠ADP=90°,
∴AD2+PD2=AP2,
∴52+(5a)2+(1﹣4)2+(26a﹣5a)2=(﹣1﹣1)2+(26a)2,
即a2=,
∵a>0,
∴a=,
∴P1(1,),
②若点Q在对称轴右侧时,则AD∥PQ,且AD=PQ,
则Q点的横坐标为6,
此时QD显然不垂直于AD,不符合题意,舍去;
③若AD是矩形的一条对角线,则AD与PQ互相平分且相等.
∴xD+xA=xP+xQ,yD+yA=yP+yQ,
∴xQ=2,
∴Q(2,﹣3a).
∴yP=8a
∴P(1,8a).
∵四边形APDQ为矩形,
∴∠APD=90°
∴AP2+PD2=AD2
∴(﹣1﹣1)2+(8a)2+(1﹣4)2+(8a﹣5a)2=52+(5a)2
即a2=,
∵a>0,
∴a=
∴P2(1,4)
综上所述,以点A、D、P、Q为顶点的四边形能成为矩形,点P的坐标为(1,)或(1,4).
16.如图,已知二次函数y=﹣x2+bx+c的图象与x轴交于点A、C,与y轴交于点B,直线y=x+3经过A、B两点.
(1)求b、c的值.
(2)若点P是直线AB上方抛物线上的一动点,过点P作PF⊥x轴于点F,交直线AB于点D,求线段PD的最大值.
(3)在(2)的结论下,连接CD,点Q是抛物线对称轴上的一动点,在抛物线上是否存在点G,使得以C、D、G、Q为顶点的四边形是平行四边形,若存在,请直接写出点G的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)∵直线y=x+3经过A、B两点.
∴当x=0时,y=3,当y=0时,x=﹣4,
∴直线y=x+3与坐标轴的交点坐标为A(﹣4,0),B(0,3).
分别将x=0,y=3,x=﹣4,y=0代入y=﹣x2+bx+c得,,
解得,b=﹣,c=3,
(2)由(1)得y=﹣x2﹣x+3,
设点P(m,﹣m+3),则D(m,m+3),
∴PD=﹣=﹣,
∴当m=﹣2时,PD最大,最大值是.
(3)存在点G,使得以C、D、G、Q为顶点的四边形是平行四边形,G点的坐标为或或;
∵y=﹣x2﹣x+3,
∴y=0时,x=﹣4或x=2,
∴C(2,0),
由(2)可知D(﹣2,),抛物线的对称轴为x=﹣1,
设G(n,﹣n+3),Q(﹣1,p),CD与y轴交于点E,E为CD的中点,
①当CD为对角线时,
n+(﹣1)=0,
∴n=1,
此时G(1,).
②当CD为边时,
若点G在点Q上边,则n+4=﹣1,则n=﹣5,此时点G的坐标为(﹣5,﹣).
若点G在点Q上边,则﹣1+4=n,则n=3,此时点G的坐标为(3,﹣).
综合以上可得使得以C、D、G、Q为顶点的四边形是平行四边形的G点的坐标为或或;
17.如图,在平面直角坐标系xOy中,△ABC的顶点A在y轴上,BC边与x轴重合,过C点作AB的垂线分别交AB和y轴于点D、H,AB=HC,线段OB、OC(OB<OC)的长是方程x2﹣6x+8=0的根.
(1)求直线CD的解析式;
(2)点P是线段BC上的一动点,点Q是线段OA上的一动点且2BP=3OQ,设BP=t,△OPQ的面积为S,请求出S与t的函数关系;
(3)在(2)的条件下,在平面上是否存在一点M,使得以P,Q,O,M为顶点的四边形是正方形?若存在,请直接写出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)∵CD⊥AB,
∴∠BAO+∠ABO=∠OCH+∠ABO=90°,
∴∠BAO=∠OCH,
在△AOB和△COH中,
,
∴△AOB≌△COH(AAS),
∴OB=OH,
解方程x2﹣6x+8=0可得x=2或x=4,
∴OB=2,OC=4,
∴OH=2,
∴C(4,0),H(0,2),
设直线CD解析式为y=kx+b,
把C、H两点的坐标代入可得,
解得.
∴直线CD解析式为y=﹣x+2;
(2)当点P在原点左侧,即0<t≤2时,连接PQ,如图1,
则OP=OB﹣BP=2﹣t,
∵2BP=3OQ,
∴OQ=BP=t,
∴S=OP•OQ=•t(2﹣t)=﹣t2+t;
当P在原点右侧,即2<t≤6时,连接PQ,如图2,
则OP=BP﹣OB=t﹣2,
∵2BP=3OQ,
∴OQ=BP=t,
∴S=OP•OQ=•t(t﹣2)=t2﹣t;
综上可知S与t的关系式为S=;
(3)当P点在原点左侧时,如图3,
由(2)可知OP=2﹣t,OQ=t,
∵四边形OPMQ为正方形,
∴OP=OQ,
∴2﹣t=t,解得t=,
∴OP=OM=2﹣t=,
∴M(﹣,);
当P点在原点右侧时,如图4,
由(2)可知OP=t﹣2,OQ=t,
∵四边形OPMQ为正方形,
∴OP=OQ,
∴t﹣2=t,解得t=6,
∴OP=OM=t﹣2=4,
∴M(4,4);
综上可知存在满足条件的点M,点M的坐标为(﹣,)或(4,4).
18.如图,抛物线y=x2﹣4x+3与坐标轴交于A、B、C三点,过点B的直线与抛物线交于另一点E,若经过A、B、E三点的⊙M满足∠EAM=45°.
(1)求直线BE的解析式;
(2)若D点是直线BE下方的抛物线上一动点,连接BD和ED,求△BED面积的最大值;
(3)点P在抛物线的对称轴上,平面内是否存在一点Q,使得以点A,C,P,Q为顶点的四边形为矩形,若存在,请直接写出Q点坐标.
解:(1)令y=0,则x2﹣4x+3=0,
解得x1=1,x2=3,
∴点A(3,0),B(1,0),
令x=0,则y=3,
∴点C(0,3),
设线段BC的垂直平分线与抛物线的对称轴交于点M,设M(2,a),
∵MB=MC,
∴(2﹣1)2+a2=22+(3﹣a)2,
解得a=2,
∴点M(2,2),
∵BC=,MC=,BM=,
∴BC2=MC2+BM2,
∴∠CMB=90°,
∵MC=MB,
∴△MCB是等腰直角三角形,
∴∠MBC=45°,
作点C关于直线x=2的对称点E,则E(4,3)在抛物线上,
根据对称性可知:∠EAM=∠MBC=45°
设直线BE的解析式为y=kx+b(k≠0),
则,
解得,
∴直线BE的解析式为y=x﹣1.
(2)如图,过点D作DN∥y轴交BE于点N,
设点D(m,m2﹣4m+3),则N(m,m﹣1),
∴S△BDE=×(xE﹣xB)×|DN|
=×3×[m﹣1﹣(m2﹣4m+3)]
=﹣(m﹣)2+,
∴当m=时,S△BDE取最大值;此时D(,﹣);
(3)存在,理由如下:
根据轴对称的公式可知,x=2,
∴设P(2,y),Q(m,n),
由(1)知A(3,0),C(0,3),
∴AC=3,AP2=12+y2,CP2=22+(y﹣3)2,
若AP为矩形的对角线,
由中点坐标公式得,
解得,
∴Q(5,y﹣3),
又∵∠ACP=90°,
∴AC2+CP2=AP2,
即:18+22+(y﹣3)2=12+y2,
解得y=5,
∴Q(5,2),
若CP为矩形的对角线,
由中点坐标公式得,
解得:,
∴Q(﹣1,y+3),
又∵∠CAP=90°,
∴AC2+AP2=CP2,
即:18+12+y2=22+(y﹣3)2,
解得y=﹣1,
∴Q(﹣1,2),
若AC为矩形的对角线,
由中点坐标公式得,
解得,
又∵∠APC=90°,
∴AP2+CP2=AC2,
即:12+y2+22+(y﹣3)2=18,
解得y=+或y=,
∴Q(1,+)或Q(1,﹣).
综上,点Q的坐标为(5,2)或(﹣1,2)或(1,+)或(1,﹣).
19.如图,直线y=x+2与x轴,y轴分别交于点A,C,抛物线y=﹣x2+bx+c经过A,C两点,与x轴的另一交点为B,点D是抛物线上一动点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当点D在直线AC上方时,连接BC,CD,BD,BD交AC于点E,令△CDE的面积为S1,△BCE的面积为S2,求的最大值;
(3)点F是该抛物线对称轴上一动点,是否存在以点B,C,D,F为顶点的平行四边形?若存在,请直接写出点D的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)令y=x+2=0,得x=﹣4,
令x=0,得y=2,
∴A(﹣4,0),C(0,2),
∵抛物线y=﹣x2+bx+c经过A.C两点,
∴,
解得:,
∴y=﹣x2﹣x+2;
(2)如图1,过D作DM⊥x轴交AC于M,过B作BN⊥x轴交AC于N,
令y=﹣x2﹣x+2=0,
解得:x1=﹣4,x2=1,
∴B(1,0),
∴DM∥BN,
∴△DME∽△BNE,
∴S1:S2=DE:BE=DM:BN,
设D(a,﹣a2﹣a+2),
∴M(a,a+2),
∵B(1,0),
∴N(1,),
∴=DM:BN=(﹣a2﹣2a):=﹣(a+2)2+;
∴当a=﹣2时,的最大值是;
(3)∵y=﹣x2﹣x+2,
∴对称轴为直线x==,
设D(t,﹣t2﹣t+2),F(,s),
①若四边形为平行四边形BCDF,
则,
∴,
解得:t=﹣,﹣t2﹣t+2=,
∴D的坐标为(﹣,);
②若四边形为平行四边形BCFD,
则,
∴,
解得:t=﹣,﹣t2﹣t+2=,
∴D的坐标为(﹣,);
③若四边形为平行四边形BDCF,
则,
∴,
解得:t=,﹣t2﹣t+2=,
∴D的坐标为(,);
综上,D的坐标为(﹣,)或(﹣,)或(,).
20.如图1,平面直角坐标系中,O是坐标原点,二次函数y=x2+bx+c的图象与x轴交于A,B两点(点A在点B的左侧),与y轴交于点C(0,﹣3),点B坐标是(3,0),点P是抛物线的顶点.
(1)请直接写出二次函数的表达式及顶点P的坐标;
(2)如图2,设二次函数图象的对称轴PH与x轴交于点H,
①连接AC,BC,CP,点D为对称轴PH上的一点,且△CDP与△ABC相似,求点D的坐标;
②点M为对称轴PH上一点且在x轴下方,在x轴负半轴上有一点E,在y轴负半轴上有一点F,且满足OF=4EO=4MH,已知点N在抛物线上,以E,F,M,N为顶点的四边形为平行四边形,请直接写出点E的坐标.
解:(1)将B(3,0),C(0,﹣3)两点的坐标代入y=x2+bx+c得:
,
解得,
∴二次函数的表达式为:y=x2﹣2x﹣3,
∵y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴顶点P的坐标为(1,﹣4);
(2)①∵y=x2﹣2x﹣3,令y=0,则x2﹣2x﹣3=0,
解得x=3或﹣1,
∴A(﹣1,0),
∵B(3,0),C(0,﹣3),P(1,﹣4),
∴∠ABC=∠CDH=45°,
AB=4,AC==,BC=3,CP==,
∴点D在点P的上方,
△CDP与△ABC相似,分两种情况:
△CDP∽△CAB时,
∴,即,
∴DP=,
∴点D的坐标为(1,﹣);
△CDP∽△ACB时,
∴,即,
∴DP=,
∴点D的坐标为(1,﹣);
综上所述,点D的坐标为(1,﹣)或(1,﹣);
②∵点M为对称轴PH上一点且在x轴下方,在x轴负半轴上有一点E,在y轴负半轴上有一点F,且满足OF=4EO=4MH,
∴设点E(m,0),则M(1,m),F(0,4m),
以E,F,M,N为顶点的四边形为平行四边形,分三种情况:
以EM为对角线时,
点N的横坐标为m+1﹣0=m+1,纵坐标为m+0﹣4m=﹣3m,
∵点N在抛物线y=x2﹣2x﹣3上,
∴(m+1)2﹣2(m+1)﹣3=﹣3m,解得m=﹣4或1,
∵点E在x轴负半轴上,
∴m=﹣4,
∴点E的坐标为(﹣4,0);
以EF为对角线时,
点N的横坐标为m+0﹣1=m﹣1,纵坐标为0+4m﹣m=3m,
∵点N在抛物线y=x2﹣2x﹣3上,
∴(m﹣1)2﹣2(m﹣1)﹣3=3m,解得m=7或0,
∵点E在x轴负半轴上,
∴此种情况不存在;
以MF为对角线时,
点N的横坐标为0+1﹣m=1﹣m,纵坐标为m+4m﹣0=5m,
∵点N在抛物线y=x2﹣2x﹣3上,
∴(1﹣m)2﹣2(1﹣m)﹣3=5m,解得m=或,
∵点E在x轴负半轴上,
∴m=,
∴点E的坐标为(,0);
综上所述,点E的坐标为(﹣4,0)或(,0).
21.在平面直角坐标系中,抛物线y=﹣x2+bx+c交x轴于A(﹣3,0),B(4,0)两点,交y轴于点C.
(1)求抛物线的表达式;
(2)如图,直线y=与抛物线交于A,D两点,与直线BC交于点E.若M(m,0)是线段AB上的动点,过点M作x轴的垂线,交抛物线于点F,交直线AD于点G,交直线BC于点H.
①当点F在直线AD上方的抛物线上,且S△EFG=S△OEG时,求m的值;
②在平面内是否存在点P,使四边形EFHP为正方形?若存在,请直接写出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)∵抛物线y=﹣x2+bx+c交x轴于A(﹣3,0),B(4,0)两点,
∴y=﹣(x+3)(x﹣4)=﹣;
(2)①如图1,∵B(4,0),C(0,4),
∴设BC的解析式为:y=kx+n,
则,解得,
∴BC的解析式为:y=﹣x+4,
∴﹣x+4=,
解得:x=1,
∴E(1,3),
∵M(m,0),且MH⊥x轴,
∴G(m,),F(m,﹣),
∵S△EFG=S△OEG,
∴=×ON(xE﹣xG),
[(﹣)﹣()](1﹣m)=,
解得:m1=,m2=﹣2;
②存在,由①知:E(1,3),
∵四边形EFHP是正方形,
∴FH=EF,∠EFH=∠FHP=∠HPE=90°,
∵M(m,0),且MH⊥x轴,
∴H(m,﹣m+4),F(m,﹣),
分两种情况:
i)当﹣3≤m<1时,如图2,点F在EP的左侧,
∴FH=(﹣m+4)﹣(﹣)=,
∵EF=FH,
∴,
解得:m1=(舍),m2=,
∴H(,),
∴P(1,),
ii)当1<m<4时,点F在PE的右边,如图3,
同理得﹣=m﹣1,
解得:m1=,m2=(舍),
同理得P(1,);
综上,点P的坐标为:或.
22.如图,抛物线y=ax2+bx﹣3经过点A(2,﹣3),与x轴负半轴交于点B,与y轴交于点C,
且OC=3OB.
(1)求抛物线的解析式,并写出x为何值时y=0.
(2)点M在抛物线上,点N在抛物线的对称轴上,是否存在以点A,B,M,N为顶点的四边形是平行四边形?若存在,求出所有符合条件的点M的坐标;若不存在,请说明理由.
【提示】①以AB为边时,求点M的坐标.②以AB为对角线时,求点M的坐标.
解:(1)令x=0,则y=﹣3,
∴OC=3,
∵OC=3OB,
∴OB=1,
∴B(﹣1,0),
∵A(2,﹣3),B(﹣1,0)在抛物线y=ax2+bx﹣3上,
∴,
解得:,
∴抛物线的解析式为y=x2﹣2x﹣3;
令y=0,即x2﹣2x﹣3=0,
解得:x1=﹣1,x2=3;
∴当x=﹣1或x=3时y=0;
(2)由(1)知,抛物线的解析式为y=x2﹣2x﹣3,
∴抛物线的对称轴直线为x=1,
设点N(1,n),M(m,m2﹣2m﹣3),
∵A(2,﹣3),B(﹣1,0),
①当AB与MN为对角线时,AB与MN互相平分,
∴(2﹣1)=(m+1),
∴m=0,
∴M(0,﹣3);
②当AN与BM为对角线时,AN与BM互相平分,
∴(1+2)=(m﹣1),
∴m=4,
∴M(4,5),
③当AM与BN为对角线时,AM与BN互相平分,
(m+2)=(1﹣1),
∴m=﹣2,
∴M(﹣2,5),
即:满足条件的点M坐标为(0,﹣3)或M(4,5)或(﹣2,5).
23.如图1(注:与图2完全相同)所示,抛物线y=﹣+bx+c经过B、D两点,与x轴的另一个交点为A,与y轴相交于点C.
(1)求抛物线的解析式.
(2)设抛物线的顶点为M,求四边形ABMC的面积.(请在图1中探索)
(3)设点Q在y轴上,点P在抛物线上.要使以点A、B、P、Q为顶点的四边形是平行四边形,求所有满足条件的点P的坐标.(请在图2中探索)
解:(1)把B(3,0)和D(﹣2,﹣)代入抛物线的解析式得,
,
解得,,
∴抛物线的解析式为:;
(2)令x=0,得=,
∴,
令y=0,得=0,
解得,x=﹣1,或x=3,
∴A(﹣1,0),
∵=,
∴M(1,2),
∴S四边形ABMC=S△AOC+S△COM+S△MOB
=
=;
(3)设Q(0,n),
①当AB为平行四边形的边时,有AB∥PQ,AB=PQ,
a).P点在Q点左边时,则P(﹣4,n),
把P(﹣4,n)代入,得
n=,
∴P(﹣4,﹣);
②当AB为平行四边形的边时,有AB∥PQ,AB=PQ,
当P点在Q点右边时,则P(4,n),
把P(4,n)代入,得
n=,
∴P(4,﹣);
③当AB为平行四边形的对角线时,如图2,AB与PQ交于点E,
则E(1,0),
∵PE=QE,
∴P(2,﹣n),
把P(2,﹣n)代入,得
﹣n=,
∴n=﹣,
∴P(2,).
综上,满足条件的P点坐标为:(﹣4,﹣)或(4,﹣)或(2,).
24.如图所示,抛物线与x轴相交于A,B两点(B在A的右边),与y轴相交于点C(0,﹣3),点M(1,﹣4)为抛物线的顶点.
(1)求此抛物线的解析式.
(2)若点N是第四象限内抛物线上的一个动点,连接BN,CN,当△BNC是以BN,NC为腰的等腰三角形时,求点N的坐标.
(3)若点D是抛物线对称轴上的动点,点G是抛物线上的动点,是否存在以点B,C,D,G为顶点的四边形是平行四边形.若存在,求出点G的坐标;若不存在,试说明理由.
(4)直线CM交x轴于点E,若点P是线段EM上的一个动点,是否存在以点P,E,O为顶点的三角形与△ABC相似.若存在,求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)∵点M(1,﹣4)为抛物线的顶点,
∴设此抛物线的解析式为为y=a(x﹣1)2﹣4,
∵抛物线的解析式为y=a(x﹣1)2﹣4经过点C(0,﹣3),
∴y=a(0﹣1)2﹣4,
解得a=1,
∴抛物线的解析式为y=x2﹣2x﹣3;
(2)∵△BNC是以BN,NC为腰的等腰三角形,
∴点N在线段BC的垂直平分线上,
在y=x2﹣2x﹣3中,令y=0,即x2﹣2x﹣3=0,
解得x1=﹣1,x2=3,
∴B(3,0),
∵C(0,﹣3),
∴OB=OC=3,
∴△OBC是等腰直角三角形,
∴ON垂直平分BC,
∴线段BC的中点坐标为(,﹣);
∴直线ON的解析式为y=﹣x,
解方程组得,或,
∵点N是第四象限内抛物线上的一个动点,
∴N(,﹣);
(3)存在以点B、C、D、G为顶点的四边形是平行四边形,理由如下,
∵y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴抛物线的对称轴为直线x=1,
令x=0,则y=﹣3,
∴C(0,﹣3),
∴D点的横坐标为1,
设G(m,m2﹣2m﹣3),
①当BC为平行四边形的对角线时,
∴3=1+m,
∴m=2,
∴G(2,﹣3);
②当BD为平行四边形的对角线时,
∴3+1=m,
∴m=4,
∴G(4,5);
③当BG为平行四边形的对角线时,
∴3+m=1,
∴m=﹣2,
∴G(﹣2,5);
综上所述:G点坐标为(2,﹣3)或(4,5)或(﹣2,5);
(4)存在以点P、E、O为顶点的三角形与△ABC相似,理由如下:
∵y=x2﹣2x﹣3=(x﹣1)2﹣4,
∴M(1,﹣4),
设直线CM的解析式为y=kx+b
∴,
∴,
∴y=﹣x﹣3,
∴E(﹣3,0),
∵OE=OC,
∴∠OEC=45°,
∵OB=OC,
∴∠OBC=45°,
∴∠OEC=∠OBC,
设P(t,﹣t﹣3),
∵点P是线段EM上,
∴﹣3<t<0,
∴EP=(t+3),BC=3,
①当△PEO∽△CBA时,
=,即=,
∴t=﹣,
∴P(﹣,﹣);
②当△PEO∽△ABC时,
=,即=,
∴t=﹣1,
∴P(﹣1,﹣2);
综上所述,P点坐标为(﹣,﹣)或(﹣1,﹣2).
25.如图所示,抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C,且点A的坐标为A(﹣2,0),点C的坐标为C(0,6),对称轴为直线x=1.点D是抛物线上一个动点,设点D的横坐标为m(1<m<4),连接AC,BC,DC,DB.
(1)求抛物线的函数表达式;
(2)当△BCD的面积等于△AOC的面积的时,求m的值;
(3)在(2)的条件下,若点M是x轴上一动点,点N是抛物线上一动点,试判断是否存在这样的点M,使得以点B,D,M,N为顶点的四边形是平行四边形.若存在,请直接写出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)由题意得:,
解得:,
∴抛物线的函数表达式为:y=﹣x2+x+6;
(2)过点D作DE⊥x轴于E,交BC于G,过点C作CF⊥ED交ED的延长线于F,如图1所示:
∵点A的坐标为(﹣2,0),点C的坐标为(0,6),
∴OA=2,OC=6,
∴S△AOC=OA•OC=×2×6=6,
∴S△BCD=S△AOC=×6=,
当y=0时,﹣x2+x+6=0,
解得:x1=﹣2,x2=4,
∴点B的坐标为(4,0),
设直线BC的函数表达式为:y=kx+n,
则,
解得:,
∴直线BC的函数表达式为:y=﹣x+6,
∵点D的横坐标为m(1<m<4),
∴点D的坐标为:(m,﹣m2+m+6),
点G的坐标为:(m,﹣m+6),
∴DG=﹣m2+m+6﹣(﹣m+6)=﹣m2+3m,CF=m,BE=4﹣m,
∴S△BCD=S△CDG+S△BDG=DG•CF+DG•BE=DG×(CF+BE)=×(﹣m2+3m)×(m+4﹣m)=﹣m2+6m,
∴﹣m2+6m=,
解得:m1=1(不合题意舍去),m2=3,
∴m的值为3;
(3)由(2)得:m=3,﹣m2+m+6=﹣×32+×3+6=,
∴点D的坐标为:(3,),
分三种情况讨论:
①当DB为对角线时,如图2所示:
∵四边形BDNM是平行四边形,
∴DN∥BM,
∴DN∥x轴,
∴点D与点N关于直线x=1对称,
∴N(﹣1,),
∴DN=3﹣(﹣1)=4,
∴BM=4,
∵B(4,0),
∴M(8,0);
②当DM为对角线时,如图3所示:
由①得:N(﹣1,),DN=4,
∵四边形BDNM是平行四边形,
∴DN=BM=4,
∵B(4,0),
∴M(0,0);
③当DN为对角线时,
∵四边形BDNM是平行四边形,
∴DM=BN,DM∥BN,
∴∠DMB=∠MBN,
∴点D与点N的纵坐标互为相反数,
∵点D(3,),
∴点N的纵坐标为:﹣,
将y=﹣代入y=﹣x2+x+6中,
得:﹣x2+x+6=﹣,
解得:x1=1+,x2=1﹣,
当x=1+时,如图4所示:
则N(1+,﹣),
分别过点D、N作x轴的垂线,垂足分别为E、Q,
在Rt△DEM和Rt△NQB中,,
∴Rt△DEM≌Rt△NQB(HL),
∴BQ=EM,
∵BQ=1+﹣4=﹣3,
∴EM=﹣3,
∵E(3,0),
∴M(,0);
当x=1﹣时,如图5所示:
则N(1﹣,﹣),
同理得点M(﹣,0);
综上所述,点M的坐标为(8,0)或(0,0)或(,0)或(﹣,0).
26.如图,抛物线y=ax2+bx﹣6与x轴相交于A,B两点,与y轴相交于点C,OA=2,OB=4,直线l是抛物线的对称轴,在直线l右侧的抛物线上有一动点D,连接AD,BD,BC,CD.
(1)求抛物线的函数表达式;
(2)若点D在x轴的下方,当△BCD的面积是时,求△ABD的面积;
(3)在(2)的条件下,点M是x轴上一点,点N是抛物线上一动点,是否存在点N,使得以点B,D,M,N为顶点,以BD为一边的四边形是平行四边形,若存在,求出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)∵OA=2,OB=4,
∴A(﹣2,0),B(4,0),
把A(﹣2,0),B(4,0)代入抛物线y=ax2+bx﹣6中得:,
解得:,
∴抛物线的解析式为:y=x2﹣x﹣6;
(2)如图1,过D作DG⊥x轴于G,交BC于H,
当x=0时,y=﹣6,
∴C(0,﹣6),
设BC的解析式为:y=kx+n,
则,解得:,
∴BC的解析式为:y=x﹣6,
设D(x,x2﹣x﹣6),则H(x,x﹣6),
∴DH=x﹣6﹣(x2﹣x﹣6)=﹣,
∵△BCD的面积是,
∴,
∴,
解得:x=1或3,
∵点D在直线l右侧的抛物线上,
∴D(3,﹣),
∴△ABD的面积===;
(3)分两种情况:
①如图2,N在x轴的上方时,四边形MNBD是平行四边形,
∵B(4,0),D(3,﹣),且M在x轴上,
∴N的纵坐标为,
当y=时,即x2﹣x﹣6=,
解得:x=1+或1﹣,
∴N(1﹣,)或(1+,);
②如图3,点N在x轴的下方时,四边形BDNM是平行四边形,此时M与O重合,
∴N(﹣1,﹣);
综上,点N的坐标为:(1﹣,)或(1+,)或(﹣1,﹣).
27.综合与探究
在平面直角坐标系中,抛物线y=x2+bx+c经过点A(﹣4,0),点M为抛物线的顶点,点B在y轴上,且OA=OB,直线AB与抛物线在第一象限交于点C(2,6),如图①.
(1)求抛物线的解析式;
(2)直线AB的函数解析式为 y=x+4 ,点M的坐标为 (﹣2,﹣2) ,cs∠ABO= ;
连接OC,若过点O的直线交线段AC于点P,将△AOC的面积分成1:2的两部分,则点P的坐标为 (﹣2,2)或(0,4) ;
(3)在y轴上找一点Q,使得△AMQ的周长最小.具体作法如图②,作点A关于y轴的对称点A',连接MA'交y轴于点Q,连接AM、AQ,此时△AMQ的周长最小.请求出点Q的坐标;
(4)在坐标平面内是否存在点N,使以点A、O、C、N为顶点的四边形是平行四边形?若存在,请直接写出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)将点A、C的坐标代入抛物线表达式得:,解得,
故抛物线的表达式为:y=x2+2x;
(2)点A(﹣4,0),OB=OA=4,故点B(0,4),
设直线AB的解析式为y=kx+4,
将点A坐标代入得,﹣4k+4=0,
∴k=1.
∴直线AB的表达式为:y=x+4;
则∠ABO=45°,故cs∠ABO=;
对于y=x2+2x,函数的对称轴为直线x=﹣2,故点M(﹣2,﹣2);
OP将△AOC的面积分成1:2的两部分,则AP=AC或AC,
则,即,解得:yP=2或4,
故点P(﹣2,2)或(0,4);
故答案为:y=x+4;(﹣2,﹣2);;(﹣2,2)或(0,4);
(3)△AMQ的周长=AM+AQ+MQ=AM+A′M最小,
点A′(4,0),
设直线A′M的表达式为:y=kx+b,则,解得,
故直线A′M的表达式为:y=x﹣,
令x=0,则y=﹣,故点Q(0,﹣);
(4)存在,理由:
设点N(m,n),而点A、C、O的坐标分别为(﹣4,0)、(2,6)、(0,0),
①当AC是边时,
点A向右平移6个单位向上平移6个单位得到点C,同样点O(N)向右平移6个单位向上平移6个单位得到点N(O),
即0±6=m,0±6=n,解得:m=n=±6,
故点N(6,6)或(﹣6,﹣6);
②当AC是对角线时,
由中点公式得:﹣4+2=m+0,6+0=n+0,
解得:m=﹣2,n=6,
故点N(﹣2,6);
综上,点N的坐标为(6,6)或(﹣6,﹣6)或(﹣2,6).
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