题目内容
如图,已知抛物线m的解析式为y=x2-4,与x轴交于A、C两点,B是抛物线m上的动点(B不与A、C重合),且B在x轴的下方,抛物线n与抛物线m关于x轴对称,以AC为对角线的平行四边形ABCD的第四个顶点为D.(1)求证:点D一定在抛物线n上.
(2)平行四边形ABCD能否为矩形?若能为矩形,求出这些矩形公共部分的面积(若只有一个矩形符合条件,则求此矩形的面积);若不能为矩形,请说明理由.
(3)若(2)中过A、B、C、D的圆交y轴于E、F,而P是弧CF上一动点(不包括C、F两点),连接AP交y轴于N,连接EP交x轴于M.当P在运动时,四边形AEMN的面积是否改变?若不变,则求其面积;若变化,请说明理由.
分析:(1)根据m的解析式可求m与x轴的交点为A(-2,0),C(2,0),顶点坐标是(0,-4),n与m关于x轴对称,实际上是n与m的顶点关于x轴对称,即l2的顶点为(0,4),设顶点式,可求抛物线n的解析式,利用平行四边形是中心对称图形,A、C关于原点对称,则B、D也关于原点对称,设点B(m,n),则点D(-m,-n),由于B(m,n)点是y=x2-4上任意一点,则n=m2-4,∴-n=-(m2-4)=-m2+4=-(-m)2+4,可知点D(-m,-n)在n,y=-x2+4的图象上;
(2)构造∠ABC=90°是关键,连接OB,只要证明OB=OC即可,
(3)求出OB长,过点B作BH⊥x轴于H,用B的坐标为(x0,x02-4),可求OB,用OB=OC求x0,再计算面积.
(2)构造∠ABC=90°是关键,连接OB,只要证明OB=OC即可,
(3)求出OB长,过点B作BH⊥x轴于H,用B的坐标为(x0,x02-4),可求OB,用OB=OC求x0,再计算面积.
解答:
(1)证明:设n的解析式为y=ax2+bx+c(a≠0),
∵n与x轴的交点为A(-2,0),C(2,0),顶点坐标是(0,-4),m与n关于x轴对称,
∴m过A(-2,0),C(2,0),顶点坐标是(0,4),
∴
∴a=-1,b=0,c=4,
即n的解析式为y=-x2+4,
设点B(m,n)为m:y=x2-4上任意一点,则n=m2-4,
∵四边形ABCD是平行四边形,点A、C关于原点O对称,
∴B、D关于原点O对称,
∴点D的坐标为D(-m,-n).
由式方程式可知,-n=-(m2-4)=-(-m)2+4,
即点D的坐标满足y=-x2+4,
∴点D在n上.
(2)解:?ABCD能为矩形.
过点B作BH⊥x轴于H,由点B在m:y=x2-4上,可设点B的坐标为(x0,x02-4),
则OH=|x0|,BH=|x02-4|.
易知,当且仅当BO=AO=2时,?ABCD为矩形.
在Rt△OBH中,由勾股定理得,|x0|2+|x02-4|2=22,
(x02-4)(x02-3)=0,
∴x0=±2(舍去)、x0=±
.(7分)
所以,当点B坐标为B(
,-1)或B′(-
,-1)时,?ABCD为矩形,
此时,点D的坐标分别是D(-
,1)、D′(
,1).
因此,符合条件的矩形有且只有2个,即矩形ABCD和矩形AB′CD′.
(3)解:设直线AB与y轴交于E,显然,△AOE∽△AHB,
∴
=
,
∴
=
.
∴EO=4-2
.
由该图形的对称性知矩形ABCD与矩形AB′CD′重合部分是菱形,其面积为
S=2S△ACE=2×
×AC×EO=2×
×4×(4-2
)=16-8
.即四边形AEMN的面积不改变,为16-8
.
∵n与x轴的交点为A(-2,0),C(2,0),顶点坐标是(0,-4),m与n关于x轴对称,
∴m过A(-2,0),C(2,0),顶点坐标是(0,4),
∴
|
∴a=-1,b=0,c=4,
即n的解析式为y=-x2+4,
设点B(m,n)为m:y=x2-4上任意一点,则n=m2-4,
∵四边形ABCD是平行四边形,点A、C关于原点O对称,
∴B、D关于原点O对称,
∴点D的坐标为D(-m,-n).
由式方程式可知,-n=-(m2-4)=-(-m)2+4,
即点D的坐标满足y=-x2+4,
∴点D在n上.
(2)解:?ABCD能为矩形.
过点B作BH⊥x轴于H,由点B在m:y=x2-4上,可设点B的坐标为(x0,x02-4),
则OH=|x0|,BH=|x02-4|.
易知,当且仅当BO=AO=2时,?ABCD为矩形.
在Rt△OBH中,由勾股定理得,|x0|2+|x02-4|2=22,
(x02-4)(x02-3)=0,
∴x0=±2(舍去)、x0=±
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所以,当点B坐标为B(
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此时,点D的坐标分别是D(-
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因此,符合条件的矩形有且只有2个,即矩形ABCD和矩形AB′CD′.
(3)解:设直线AB与y轴交于E,显然,△AOE∽△AHB,
∴
| EO |
| AO |
| BH |
| AH |
∴
| EO |
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| 1 | ||
2+
|
∴EO=4-2
| 3 |
由该图形的对称性知矩形ABCD与矩形AB′CD′重合部分是菱形,其面积为
S=2S△ACE=2×
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| 2 |
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| 2 |
| 3 |
| 3 |
| 3 |
点评:此题主要考查了二次函数、相似形、四边形等知识,三个小题的坡度设计很恰当,能较好地体现出试题的区分度,对第2题的证明过程要仔细领悟.
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