题目内容
【题目】如图,在平面直角标系中,抛物线C:y=
与x轴交于A、B两点(点A在点B的左侧),与y轴交于点C,点D为y轴正半轴上一点.且满足OD=
OC,连接BD,
(1)如图1,点P为抛物线上位于x轴下方一点,连接PB,PD,当S△PBD最大时,连接AP,以PB为边向上作正△BPQ,连接AQ,点M与点N为直线AQ上的两点,MN=2且点N位于M点下方,连接DN,求DN+MN+
AM的最小值
(2)如图2,在第(1)问的条件下,点C关于x轴的对称点为E,将△BOE绕着点A逆时针旋转60°得到△B′O′E′,将抛物线y=
沿着射线PA方向平移,使得平移后的抛物线C′经过点E,此时抛物线C′与x轴的右交点记为点F,连接E′F,B′F,R为线段E’F上的一点,连接B′R,将△B′E′R沿着B′R翻折后与△B′E′F重合部分记为△B′RT,在平面内找一个点S,使得以B′、R、T、S为顶点的四边形为矩形,求点S的坐标.
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【答案】解:(1)
;(2)(
,3+
)或(﹣
,
)或(﹣2,2
).
【解析】
(1)由抛物线解析式求点A、B、C坐标,由OD=
OC求点D坐标.设点P横坐标为t,可用待定系数法求得用t表示的直线PB解析式,即能用t表示PB与y轴交点G的坐标,进而用t表示DG的长.以DG为界把△PBD分成左右两边的△PDG与△BDG,则以DG为底计算易求得△PBD面积与t的二次函数关系式,求对称轴即得到△PBD最大时t的值,进而得到点P坐标.求得∠ABP=30°,即x轴平分∠PBQ,故点P、Q关于x轴对称,得到点Q坐标,进而得到直线AQ解析式,发现∠QAB=∠PAB=60°.作直线AP,可得直线AQ与AP夹角为60°,过点M作MH⊥AP于H,即构造出特殊Rt△MAN,得到MH=
AM.把点D平移到D',使DD'∥MN且DD'=MN,构造平行四边形MNDD',故DN=D'M.所以DN+MN+
AM可转化为MN+D'M+MH.易得当点D'、M、H在同一直线上时,线段和会最短,即过D'作D'K⊥AP于K,D'K的值为所求.根据平移性质求D'坐标,求直线D'K与直线AP解析式,联立方程组求得K的坐标,即求得D'K的长.
(2)抛物线平移不改变开口方向和大小,再求得点E坐标和点A坐标,可用待定系数法求平移后的解析式,进而求得点F.由旋转性质可得△ABB'与△AEE'为等边三角形,求出点E'、B'坐标,B'F⊥x轴且△B'E'F为含30°的直角三角形.把点R从E'移动到F的过程,发现∠RB'T一定小于90°,不可能成为矩形内角,故只能是∠B'RT或∠B'TR=90°.点T可以在E'F上,也可以在B'F上,画出图形,根据含30°的直角三角形三边关系计算各线段长,即能求点S坐标.
解:(1)如图1,过点D作DD'∥MN,且DD'=MN=2,连接D'M;过点D'作D'J⊥y轴于点J;
作直线AP,过点M作MH⊥AP于点H,过点D'作D'K⊥AP于点K
∵y=
=0
解得:x1=﹣3,x2=1
∴A(﹣3,0),B(1,0)
∵x=0时,y=
=﹣![]()
∴C(0,﹣
),OC=![]()
∴OD=
OC=
,D(0,
)
设P(t,
t2+
t﹣
)(﹣3<t<1)
设直线PB解析式为y=kx+b,与y轴交于点G
∴
解得:![]()
∴直线PB:y=(
t+
)x﹣
t﹣
,G(0,﹣
t﹣
)
∴DG=
﹣(﹣
t﹣
)=
t+![]()
∴S△BPD=S△BDG+S△PDG=
DGxB+
DG|xP|=
DG(xB﹣xP)=
(
t+
)(1﹣t)=﹣
(t2+4t﹣5)
∴t=﹣
=﹣2时,S△BPD最大
∴P(﹣2,﹣
),直线PB解析式为y=
x﹣
,直线AP解析式为y=﹣
x﹣3![]()
∴tan∠ABP=
=![]()
∴∠ABP=30°
∵△BPQ为等边三角形
∴∠PBQ=60°,BP=PQ=BQ
∴BA平分∠PBQ
∴PQ⊥x轴,PQ与x轴交点I为PQ中点
∴Q(﹣2,
)
∴Rt△AQI中,tan∠QAI=![]()
∴∠QAI=∠PAI=60°
∴∠MAH=180°﹣∠PAI﹣∠QAI=60°
∵MH⊥AP于点H
∴Rt△AHM=90°,sin∠MAH=![]()
∴MH=
AM
∵DD'∥MN,DD'=MN=2
∴四边形MNDD'是平行四边形
∴D'M=DN
∴DN+MN+
AM=2+D'M+MH
∵D'K⊥AP于点K
∴当点D'、M、H在同一直线上时,DN+MN+
AM=2+D'M+MH=2+D'K最短
∵DD'∥MN,D(0,
)
∴∠D'DJ=30°
∴D'J=
DD'=1,DJ=
DD'=![]()
∴D'(1,
)
∵∠PAI=60°,∠ABP=30°
∴∠APB=180°﹣∠PAI﹣∠ABP=90°
∴PB∥D'K
设直线D'K解析式为y=
x+d,
把点D'代入得:
+d=![]()
解得:d=![]()
∴直线D'K:y=
x+![]()
把直线AP与直线D'K解析式联立得:
解得:![]()
∴K(﹣
,
)
∴D'K=![]()
∴DN+MN+
AM的最小值为![]()
(2)连接B'A、BB'、EA、E'A、EE',如图2
∵点C(0,﹣
)关于x轴的对称点为E
∴E(0,
)
∴tan∠EAB=![]()
∴∠EAB=30°
∵抛物线C'由抛物线C平移得到,且经过点E
∴设抛物线C'解析式为:y=
x2+mx+
∵抛物线C'经过点A(﹣3,0)
∴
×9﹣3m+
=0
解得:m=![]()
∴抛物线C'解析式为:y=
x2+
x+![]()
∵
x2+
x+
=0,解得:x1=﹣3,x2=﹣1
∴F(﹣1,0)
∵将△BOE绕着点A逆时针旋转60°得到△B′O′E′
∴∠BAB'=∠EAE'=60°,AB'=AB=1﹣(﹣3)=4,AE'=AE=![]()
∴△ABB'、△AEE'是等边三角形
∴∠E'AB=∠E'AE+∠EAB=90°,点B'在AB的垂直平分线上
∴E'(﹣3,2
),B'(﹣1,2
)
∴B'E'=2,∠FB'E'=90°,E'F=![]()
∴∠B'FE'=30°,∠B'E'F=60°
①如图3,点T在E'F上,∠B'TR=90°
过点S作SW⊥B'E'于点W,设翻折后点E'的对应点为E'
∴∠E'B'T=30°,B'T=
B'E'=![]()
∵△B′E′R翻折得△B'E'R
∴∠B'E'R=∠B'E'R=60°,B'E'=B'E'=2
∴E'T=B'E'﹣B'T=2﹣![]()
∴Rt△RTE'中,RT=
E'T=2
﹣3
∵四边形RTB'S是矩形
∴∠SB'T=90°,SB'=RT=2
﹣3
∴∠SB'W=∠SB'T﹣∠E'B'T=60°
∴B'W=
SB'=
﹣
,SW=
SB'=3﹣![]()
∴xS=xB'﹣B'W=
,yS=yB'+SW=3+
∴S(
,3+
)
②如图4,点T在E'F上,∠B'RT=90°
过点S作SX⊥B'F于点X
∴E'R=
B'E'=1,点E'翻折后落在E'F上即为点T
∴B'S=RT=E'R=1
∵∠SB'X=90°﹣∠RB'F=30°
∴XS=
B'S=
,B'X=
B'S=![]()
∴xS=xB'+XS=﹣
,yS=yB'﹣B'X=![]()
∴S(﹣
,
)
③如图5,点T在B'F上,∠B'TR=90°
∴RE'∥E'B',∠E'=∠B'E'R=60°
∴∠E'BE'=∠E'RE'=120°
∴四边形B'E'RE'是平行四边形
∵E'R=E'R
∴B'E'RE'是菱形
∴B'E'=E'R
∴△B'E'R是等边三角形
∵∠B'SR=90°,即RS⊥B'E'
∴点S为B'E'中点
∴S(﹣2,2
)
综上所述,使得以B′、R、T、S为顶点的四边形为矩形的点S坐标为(
,3+
)或(﹣
,
)或(﹣2,2
).
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