题目内容

15.已知y是关于x的函数,且x,y满足方程组$\left\{\begin{array}{l}{x+3y=4-a}\\{x-y=3a}\end{array}\right.$
(1)求函数y与x的表达式,并在如图所示的坐标系中画出它的图象;
(2)设(1)中的函数与x轴交于点A,过点C(-1,0)作BC⊥x轴交(1)中函数图象于点B,请在x轴上找一点D,连接BD,使得△BCD与△ABC相似(不包括全等),并求出点D的坐标
(3)若点P的坐标为(m,0),求以P为圆心,1为半径的圆与(1)函数的图象有交点时,求m的取值范围
(4)(2)的条件下,如M、N分别是边AB、AD上的动点,连接MN,设AM=DN=n,问是否存在这样的n,使得△AMN与△ADB相似?若存在,请直接写出n的值;若不存在,说明理由.

分析 (1)由$\left\{\begin{array}{l}{x=3y=4-a}&{①}\\{x-y=3a}&{②}\end{array}\right.$,①×3+②得到,4x+8y=12,即y=-$\frac{1}{2}$x+$\frac{3}{2}$,画出一次函数的图象即可.
(2)由△BCD与△ABC相似(不包括全等),推出∠ABD=90°,由△BCD∽△ACB,推出$\frac{BC}{CA}$=$\frac{DC}{BC}$,求出CD可得D(-2,0),再根据对称轴可得D′坐标(1,0)也满足条件.
(3)如图3中,当⊙P与直线AB相切时,设切点为E,连接PE,由sin∠BAC=$\frac{BC}{AB}$=$\frac{PE}{AP}$,可得$\frac{2}{2\sqrt{5}}$=$\frac{1}{AP}$,推出AP=$\sqrt{5}$,推出OP=3-$\sqrt{5}$,此时m=3-$\sqrt{5}$,当⊙P与直线AB相切于点F时,同法可得AP′=$\sqrt{5}$,此时m=3+$\sqrt{5}$,由此即可解决问题.
(4)这样的m存在.当d(-2,0)时,分两种情形讨论①当MN∥BD时,△AMN∽△ABD.②当MN⊥AD时,△AMN∽△ADB.分别列方程即可解决问题;当D(-1,0)时同法可求.

解答 解:(1)由$\left\{\begin{array}{l}{x=3y=4-a}&{①}\\{x-y=3a}&{②}\end{array}\right.$,
①×3+②得到,4x+8y=12,
∴y=-$\frac{1}{2}$x+$\frac{3}{2}$.
函数图象如图1所示.


(2)如图2中,

∵△BCD与△ABC相似(不包括全等),
∴∠ABD=90°,
∵C(-1,0),B(-1,2),A(3,0),
BC=2,AC=4,
∵∠DBC+∠BDC=90°,∠BDC+∠BAC=90°,
∴∠DBC=∠BAC,∵∠BCD=∠BCA,
∴△BCD∽△ACB,
∴$\frac{BC}{CA}$=$\frac{DC}{BC}$,
∴$\frac{2}{4}$=$\frac{DC}{2}$,
∴CD=1,
∴D(-2,0).
根据对称性当D′(1,0)时,△BCD′与△ABC相似,
综上所述,当点D坐标为(-2,0)或(1,0)时,△BCD与△ABC相似(不包括全等).

(3)如图3中,

当⊙P与直线AB相切时,设切点为E,连接PE,
在Rt△APE中,∵∠AEP=90°,PE=1,
由sin∠BAC=$\frac{BC}{AB}$=$\frac{PE}{AP}$,
∴$\frac{2}{2\sqrt{5}}$=$\frac{1}{AP}$,
∴AP=$\sqrt{5}$,
∴OP=3-$\sqrt{5}$,此时m=3-$\sqrt{5}$,
当⊙P与直线AB相切于点F时,同法可得AP′=$\sqrt{5}$,此时m=3+$\sqrt{5}$,
∴以P为圆心,1为半径的圆与(1)函数的图象有交点时,m的取值范围为3-$\sqrt{5}$≤m≤3+$\sqrt{5}$.

(4)这样的m存在.如图4中,

在Rt△ABC中,由勾股定理得AB=2$\sqrt{5}$,
当MN∥BD时,△AMN∽△ABD,则$\frac{AM}{AB}$=$\frac{AN}{AD}$,
∴$\frac{n}{2\sqrt{5}}$=$\frac{5-n}{5}$,
解得n=10$\sqrt{5}$-20,
如图5中,

当MN⊥AD时,△AMN∽△ADB,
则 $\frac{AM}{AD}$=$\frac{AN}{AB}$,
∴$\frac{n}{5}$=$\frac{5-n}{2\sqrt{5}}$,
解得n=25-10$\sqrt{5}$,
当D(1,0)时,同法可得n的值为$\frac{5-\sqrt{5}}{2}$或$\frac{\sqrt{5}-1}{2}$,
综上所述,满足条件的n的值为10$\sqrt{5}$-20或25-10$\sqrt{5}$或$\frac{5-\sqrt{5}}{2}$或$\frac{\sqrt{5}-1}{2}$.

点评 本题考查相似三角形的判定和性质、圆与直线的位置关系、二元一次方程组、勾股定理、平行线的性质等知识,解题的关键是灵活运用所学知识解决问题,学会利用图形的特殊位置解决问题,学会用分类讨论的思想思考问题,属于中考压轴题.

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