题目内容

15.如图,在平面直角坐标系中,矩形OABC的边OA在x轴的负半轴上,边OC在y轴的正半轴上,且OA=1,tan∠ACB=2,将矩形OABC绕点O按顺时针方向旋转90°后得到矩形ODEF.点A的对应点为点D,点B的对应点为点E,点C的对应点为点F,抛物线y=ax2+bx+2的图象过点A,C,F.
(1)求抛物线所对应函数的表达式;
(2)在边DE上是否存在一点M,使得以O,D,M为顶点的三角形与△ODE相似,若存在,求出经过M点的反比例函数的表达式,若不存在,请说明理由;
(3)在x轴的上方是否存在点P,Q,使以O,F,P,Q为顶点的平行四边形的面积是矩形OABC面积的2倍,且点P在抛物线上,若存在,请求出P,Q两点的坐标;若不能存在,请说明理由;
(4)在抛物线的对称轴上是否存在一点H,使得HA-HC的值最大,若存在,直接写出点H的坐标;若不存在,请说明理由.

分析 (1)由OA=1,tan∠ACB=2可以得到点C坐标,再利用旋转的性质得出F点坐标,通过待定系数法就可以求出抛物线的表达式了;
(2)若以O,D,M为顶点的三角形与△ODE相似,由于两个三角形都为直角三角形,则还需一个角相等,从图上位置可以判断只有一种可能是∠DOM=∠DEO,利用对应边的比可以求出DM的长,从而得到点M坐标,代入反比例函数表达式就可以得出结果;
(3)求出矩形OABC面积就得出了以O,F,P,Q为顶点平行四边形的面积,求出平行四边形的高代入二次函数解析式中,可以得到点P的坐标,结合平行四边形的性质就能得出Q点的坐标了;
(4)要使得HA-HC的值最大,根据三角形的任意两边之差小于第三边可知当点H、A、C在同一直线上时,HA-HC的值最大,先求出直线AC的解析式,代入对称轴x=$\frac{1}{2}$求出y的值,即为点H的坐标.

解答 解:(1)∵矩形OABC,
∴BC=OA=1,OC=AB,∠B=90°,
∵tan∠ACB=2,
∴$\frac{AB}{BC}$=2
∴$\frac{OC}{AO}$=2,则OC=2,
∵将矩形OABC绕点O按顺时针方向旋转90°后得到矩形ODEF,
∴OF=2,则有A(-1,0)C(0,2)F(2,0)
∵抛物线y=ax2+bx+2的图象过点A,C,F,把点A、C、F坐标代入
得$\left\{\begin{array}{l}{a-b+c=0}\\{4a+2b+c=0}\\{c=2}\end{array}\right.$∴解得$\left\{\begin{array}{l}{a=-1}\\{b=1}\\{c=2}\end{array}\right.$
∴函数表达式为y=-x2+x+2,
(2)存在,当∠DOM=∠DEO时,△DOM∽△DEO
∴此时有$\frac{DM}{DO}=\frac{DO}{DE}$  
∴DM2=$\frac{D{O}^{2}}{DE}$=$\frac{{1}^{2}}{2}=\frac{1}{2}$
∴点M坐标为($\frac{1}{2}$,1),
设经过点M的反比例函数表达式为y=$\frac{k}{x}$,把点M代入解得k=$\frac{1}{2}$
∴经过M点的反比例函数的表达式为y=$\frac{1}{2x}$,
(3)存在符合条件的点P,Q.
∵S矩形ABCD=2×1=2,
∴以O,F,P,Q为顶点平行四边形的面积为4,
∵OF=2,
∴以O,F,P,Q为顶点平行四边形的高为2,
∵点P在抛物线上,设点P坐标为(m,2),
∴-m2+m+2=2,解得m1=0,m2=1,
∴点P坐标为P1(0,2),P2(1,2)
∵以O,F,P,Q为顶点的四边形为平行四边形,
∴PQ∥OF,PQ=OF=2.
∴当点P坐标为P1(0,1)时,点Q的坐标分别为Q1(2,2),Q2(-2,2);
当点P坐标为P2(1,2)时,点Q的坐标分别为Q3(3,2),Q4(-1,2);
(4)若使得HA-HC的值最大,则此时点A、C、H应在同一直线上,
设直线AC的函数解析式为y=kx+b,把点A(-1,0),点C(0,2)代入得
$\left\{\begin{array}{l}{-k+b=0}\\{b=2}\end{array}\right.$ 解得$\left\{\begin{array}{l}{k=2}\\{b=2}\end{array}\right.$
∴直线AC的函数解析式为y=2x+2,
∵抛物线函数表达式为y=-x2+x+2,
∴对称轴为x=$\frac{1}{2}$
∴把x=$\frac{1}{2}$代入y=2x+2 解得y=3
∴点H的坐标为($\frac{1}{2}$,3)

点评 本题考查了二次函数的性质、相似三角形性质、平行四边形性质及三角形三边的关系,在(2)中关键是要找到相等的角来确认对应边,(3)中的要点是利用已知面积得出平行四边形的高从而确定点坐标,(4)的关键是对三角形三边关系的熟悉及灵活运用.

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