题目内容
【题目】二次函数=++的顶点M是直线=-和直线=+的交点.
(1)若直线=+过点D(0,-3),求M点的坐标及二次函数=++的解析式;
(2)试证明无论取任何值,二次函数=++的图象与直线=+总有两个不同的交点;
(3)在(1)的条件下,若二次函数=++的图象与轴交于点C,与的右交点为A,试在直线=-上求异于M的点P,使P在△CMA的外接圆上.
【答案】(1)M点坐标为M(2,-1),二次函数=++的解析式为: =-4+3;
(2)证明见解析;
(3)P(-, )
【解析】(本小题满分14分)
解:(1)把D(0,-3)坐标代入直线=+中,
得=-3,从而得直线=-3.……………………………………………1分
由M为直线=-与直线=-3的交点,
得,………………………………………………………………………2分
解得,∴得M点坐标为M(2,-1).…………………………………3分
∵M为二次函数=++的顶点,∴其对称轴为=2,
由对称轴公式: =-,得-=2,∴=-4;
由=-1,得=-1,得=3.
∴二次函数=++的解析式为: =-4+3;………………4分
[也可用顶点式求得解析式:由M(2,-1),
得=-1,展开得=-4+3]
(2)∵M是直线=-和=+的交点,得,
解得,∴得M点坐标为M(-, ).…………………………1分
从而有-=-和=,
解得=; =+.…………………………………………………3分
由,得+(-1)+-=0,……………………4分
该一元二次方程根的判别式
⊿=(-1)2-4(-)
=(-1)2-4(+-)=1>0,…………………………5分
∴二次函数=++的图象与直线=+总有两个不同的交点;
(3)解法①:
由(1)知,二次函数的解析式为: =-4+3,
当=0时, =3.∴点C的坐标为C(0,3).……………………………1分
令=0,即-4+3=0,解得=1, =3,
∴点A的坐标为A(3,0).………………………………………………………2分
由勾股定理,得AC=3.∵M点的坐标为M(2,-1),
过M点作轴的垂线,垂足的坐标应为(2,0),由勾股定理,
得AM=;过M点作轴的垂线,垂足的坐标应为(0,-1),
由勾股定理,得CM===2.
∵AC2+AM2=20=CM2,∴△CMA是直角三角形,……………………3分
CM为斜边,∠CAM=90°.
直线=-与△CMA的外接圆的一个交点为M,另一个交点为P,
则∠CPM=90°.即△CPM为Rt△.………………………………………4分
设P点的横坐标为,则P(,- ).过点P作轴垂线,
过点M作轴垂线,两条垂线交于点E(如图4),则E(,-1).
过P作PF⊥轴于点F,则F(0,- ).
在Rt△PEM中,PM2=PE2+EM2
=(-+1)2+(2-)2=-5+5.
在Rt△PCF中,PC2=PF2+CF2=+(3+)2
=+3+9.在Rt△PCM中,PC2+PM2=CM2,
得+3+9+-5+5=20,
化简整理得5-4-12=0,解得=2, =-.
当=2时, =-1,即为M点的横、纵坐标.
∴P点的横坐标为-,纵坐标为.
∴P(-, ).……………………………………………………………………5分
解法②[运用现行高中基本知识(解析几何):线段中点公式及两点间距离公式]:
设线段CM的中点(即△CMA内接圆的圆心)为H,则由线段中点公式,可求出H的坐标为H(1,1).∵点P在⊙H上,∴点P到圆心H的距离等于半径.
设点P的坐标为:P(,- ),由两点间的距离公式,得PH的长度为:
,从而有: =,即
=5,化简,整理,得化简整理得5-4-12=0,解得=2, =-.当=2时, =-1,即为M点的横、纵坐标.
∴P点的横坐标为-,纵坐标为.
∴P(-, ).