题目内容

【题目】如图1,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+c分别交x轴于A(4,0)、B(﹣1,0),交y轴于点C(0,﹣3),过点A的直线y=﹣ x+3交抛物线于另一点D.

(1)求抛物线的解析式及点D的坐标;
(2)若点P位x轴上的一个动点,点Q在线段AC上,且Q到x轴的距离为 ,连接PC、PQ,当△PCQ的周长最小时,求出点P的坐标;
(3)如图2,在(2)的结论下,连接PD,在平面内是否存在△A1P1D1 , 使△A1P1D1≌△APD(点A1、P1、D1的对应点分别是A、P、D,A1P1平行于y轴,点P1在点A1上方),且△A1P1D1的两个顶点恰好落在抛物线上?若存在,请求出点A1的横坐标m,若不存在,请说明理由.

【答案】
(1)

解:∵抛物线经过A(4,0)和B(﹣1,0),

设抛物线的解析式为y=a(x﹣4)(x+1),

把C(0,﹣3)代入y=a(x﹣4)(x+1),

∴﹣3=﹣4a,

∴a=

∴抛物线的解析式为y= (x﹣4)(x+1)= x2 x﹣3,

联立

解得:x=﹣2或x=4(舍去),

把x=﹣2代入y=﹣ x+3,

y=

∴D的坐标为(﹣2, );


(2)

解:要使△PCQ的周长最小,

即只需要PC+PQ最小,

由题意知:Q到x轴的距离为

即点Q的纵坐标为﹣

设直线AC的解析式为y=k1x+b1

把A(4,0)和C(0,﹣3)代入y=k1x+b1

解得:

∴直线AC的解析式为y= x﹣3,

把y=﹣ 代入y= x﹣3,

∴x=

∴Q的坐标为( ,﹣ ),

设C关于x轴对称的点为E,如图1,

∴E的坐标为(0,3),

设直线EQ的解析式为y=k2x+b2

把Q( ,﹣ )和E(0,3)代入y=k2x+b2

∴直线EQ的解析式为y=﹣3x+3,

令y=0代入y=﹣3x+3,

∴x=1,

∴P的坐标为(1,0)时,△PCQ的周长最小;


(3)

解:过点D作DF⊥x轴于点F,

过点D1作D1F1⊥A1P1,交A1P1的延长线于点F1

∵△A1P1D1≌△APD,

∴AF=A1F1=6,PF=P1F1=3,DF=

当A1与P1在抛物线上时,

∵A1P1∥y轴,

∴此情况不存在;

当P1与D1在抛物线上时,

∵A1的横坐标为m,

∴P1的坐标为(m, m2 m﹣3),

若点D1在直线A1P1的右侧时,如图2,

此时D的横坐标为m+

把x=m+ 代入y= x2 x﹣3,

∴D1的坐标为(m+ m2+ m+ ),

∴F1的坐标为(m, m2+ m+ ),

∴P1F1=( m2+ m+ )﹣( m2 m﹣3)

= m+

m+ =3,

∴m=﹣

若点D1在直线A1P1的左侧时,如图3,

此时D的横坐标为m﹣

把x=m﹣ 代入y= x2 x﹣3,

∴D1的坐标为(m+ m2﹣9m+ ),

∴F1的坐标为(m, m2﹣9m+ ),

∴P1F1=( m2﹣9m+ )﹣( m2 m﹣3)

=﹣ m+ =3,

∴m=

当A1与D1在抛物线上时,

∵A1的横坐标为m,

∴A1的坐标为(m, m2 m﹣3),

若点D1在直线A1P1的右侧时,如图2,

此时D的横坐标为m+

把x=m+ 代入y= x2 x﹣3,

∴D1的坐标为(m+ m2+ m+ ),

∴F1的坐标为(m, m2+ m+ ),

∴A1F1=( m2+ m+ )﹣( m2 m﹣3)

= m+

m+ =6,

∴m=

若点D1在直线A1P1的左侧时,如图3,

此时D的横坐标为m﹣

把x=m﹣ 代入y= x2 x﹣3,

∴D1的坐标为(m+ m2﹣9m+ ),

∴F1的坐标为(m, m2﹣9m+ ),

∴A1F1=( m2﹣9m+ )﹣( m2 m﹣3)

=﹣ m+ =6,

∴m=﹣

综上所述,当m=﹣ 、﹣ 时,能满足题意.


【解析】(1)已知抛物线与x轴的两个交点为(4,0)和(﹣1,0),所以可设抛物线的解析式为y=a(x﹣4)(x+1),然后把(0,3)代入解析式即可求出抛物线的解析式,联立直线解析式和抛物线解析式即可求出D的坐标;(2)要求△PCQ的最小值,由于点Q是固定点,所以CQ是固定不变的,所以还需要求出PC+PQ最短即可,作出点C关于x轴的对称点E,连接EQ后与x轴交于点P,此时P点能够使得PC+PQ最短;(3)由题意画出图形可知,点D1的位置有两种情况,一种是D1在直线A1P1的左边,另一种是D1在直线A1P1的右边,另外△A1P1D1的两个顶点恰好落在抛物线上有三种情况,一是A1与P1在抛物线上,二是P1与D1在抛物线上,三是A1与D1在抛物线上,然后根据题意用含m的式子表示A1、P1、D1的坐标出来,然后利用全等三角形的性质即可求出m的值.
【考点精析】利用抛物线与坐标轴的交点对题目进行判断即可得到答案,需要熟知一元二次方程的解是其对应的二次函数的图像与x轴的交点坐标.因此一元二次方程中的b2-4ac,在二次函数中表示图像与x轴是否有交点.当b2-4ac>0时,图像与x轴有两个交点;当b2-4ac=0时,图像与x轴有一个交点;当b2-4ac<0时,图像与x轴没有交点.

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