- 15.16 MB
- 2021-05-13 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
中考数学综合提高训练
第一部分 函数图象中点的存在性问题
1.1 因动点产生的相似三角形问题
例 1 如图 1,已知抛物线 21 1 ( 1)4 4 4
by x b x (b 是实数且 b>2)与 x 轴的正
半轴分别交于点 A、B(点 A 位于点 B 是左侧),与 y 轴的正半轴交于点 C.
(1)点 B 的坐标为______,点 C 的坐标为__________(用含 b 的代数式表示);
(2)请你探索在第一象限内是否存在点 P,使得四边形 PCOB 的面积等于 2b,且△PBC
是以点 P 为直角顶点的等腰直角三角形?如果存在,求出点 P 的坐标;如果不存在,请说
明理由;
(3)请你进一步探索在第一象限内是否存在点 Q,使得△QCO、△QOA 和△QAB 中的
任意两个三角形均相似(全等可看作相似的特殊情况)?如果存在,求出点 Q 的坐标;如
果不存在,请说明理由.
图 1
满分解答
(1)B 的坐标为(b, 0),点 C 的坐标为(0,
4
b ).
(2)如图 2,过点 P 作 PD⊥x 轴,PE⊥y 轴,垂足分别为 D、E,那么△PDB≌△PEC.
因此 PD=PE.设点 P 的坐标为(x, x).
如图 3,联结 OP.
所以 S 四边形 PCOB=S△PCO+S△PBO= 1 1 5
2 4 2 8
b x b x bx =2b.
解得 16
5x .所以点 P 的坐标为(16 16,5 5
).
图 2 图 3
(3)由 21 1 1( 1) ( 1)( )4 4 4 4
by x b x x x b ,得 A(1, 0),OA=1.
①如图 4,以 OA、OC 为邻边构造矩形 OAQC,那么△OQC≌△QOA.
当 BA QA
QA OA
,即 2QA BA OA 时,△BQA∽△QOA.
所以 2( ) 14
b b .解得 8 4 3b .所以符合题意的点 Q 为(1,2 3 ).
②如图 5,以 OC 为直径的圆与直线 x=1 交于点 Q,那么∠OQC=90°。
因此△OCQ∽△QOA.
当 BA QA
QA OA
时,△BQA∽△QOA.此时∠OQB=90°.
所以 C、Q、B 三点共线.因此 BO QA
CO OA
,即
1
4
b QA
b .解得 4QA .此时 Q(1,4).
图 4 图 5
考点伸展
第(3)题的思路是,A、C、O 三点是确定的,B 是 x 轴正半轴上待定的点,而∠QOA
与∠QOC 是互余的,那么我们自然想到三个三角形都是直角三角形的情况.
这样,先根据△QOA 与△QOC 相似把点 Q 的位置确定下来,再根据两直角边对应成比
例确定点 B 的位置.
如图中,圆与直线 x=1 的另一个交点会不会是符合题意的点 Q 呢?
如果符合题意的话,那么点 B 的位置距离点 A 很近,这与 OB=4OC 矛盾.
例 2 如图 1,已知抛物线的方程 C1: 1 ( 2)( )y x x mm
(m>0)与 x 轴交于点 B、C,
与 y 轴交于点 E,且点 B 在点 C 的左侧.
(1)若抛物线 C1 过点 M(2, 2),求实数 m 的值;
(2)在(1)的条件下,求△BCE 的面积;
(3)在(1)的条件下,在抛物线的对称轴上找一点 H,使得 BH+EH 最小,求出点 H
的坐标;
(4)在第四象限内,抛物线 C1 上是否存在点 F,使得以点 B、C、F 为顶点的三角形
与△BCE 相似?若存在,求 m 的值;若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)将 M(2, 2)代入 1 ( 2)( )y x x mm
,得 12 4(2 )mm
.解得 m=4.
(2)当 m=4 时, 21 1 1( 2)( 4) 24 4 2y x x x x .所以 C(4, 0),E(0, 2).
所以 S△BCE= 1 1 6 2 62 2BC OE .
(3)如图 2,抛物线的对称轴是直线 x=1,当 H 落在线段 EC 上时,BH+EH 最小.
设对称轴与 x 轴的交点为 P,那么 HP EO
CP CO
.
因此 2
3 4
HP .解得 3
2HP .所以点 H 的坐标为 3(1, )2
.
(4)①如图 3,过点 B 作 EC 的平行线交抛物线于 F,过点 F 作 FF′⊥x 轴于 F′.
由于∠BCE=∠FBC,所以当 CE BC
CB BF
,即 2BC CE BF 时,△BCE∽△FBC.
设点 F 的坐标为 1( , ( 2)( ))x x x mm
,由 '
'
FF EO
BF CO
,得
1 ( 2)( ) 2
2
x x mm
x m
.
解得 x=m+2.所以 F′(m+2, 0).
由 'CO BF
CE BF
,得
2
4
4
m m
BFm
.所以
2( 4) 4m mBF m
.
由 2BC CE BF ,得
2
2 2 ( 4) 4( 2) 4 m mm m m
.
整理,得 0=16.此方程无解.
图 2 图 3 图 4
②如图 4,作∠CBF=45°交抛物线于 F,过点 F 作 FF′⊥x 轴于 F′,
由于∠EBC=∠CBF,所以 BE BC
BC BF
,即 2BC BE BF 时,△BCE∽△BFC.
在 Rt△BFF′中,由 FF′=BF′,得 1 ( 2)( ) 2x x m xm
.
解得 x=2m.所以 F′(2 ,0)m .所以 BF′=2m+2, 2(2 2)BF m .
由 2BC BE BF ,得 2( 2) 2 2 2(2 2)m m .解得 2 2 2m .
综合①、②,符合题意的 m 为 2 2 2 .
考点伸展
第(4)题也可以这样求 BF 的长:在求得点 F′、F 的坐标后,根据两点间的距离公式
求 BF 的长.
例 3 直线 1 13y x 分别交 x 轴、y 轴于 A、B 两点,△AOB 绕点 O 按逆时针方向旋转
90°后得到△COD,抛物线 y=ax2+bx+c 经过 A、C、D 三点.
(1) 写出点 A、B、C、D 的坐标;
(2) 求经过 A、C、D 三点的抛物线表达式,并求抛物线顶点 G 的坐标;
(3) 在直线 BG 上是否存在点 Q,使得以点 A、B、Q 为顶点的三角形与△COD 相似?
若存在,请求出点 Q 的坐标;若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)A(3,0),B(0,1),C(0,3),D(-1,0).
(2)因为抛物线 y=ax2+bx+c 经过 A(3,0)、C(0,3)、D(-1,0) 三点,所以
9 3 0,
3,
0.
a b c
c
a b c
解得
1,
2,
3.
a
b
c
所以抛物线的解析式为 y=-x2+2x+3=-(x-1)2+4,顶点 G 的坐标为(1,4).
(3)如图 2,直线 BG 的解析式为 y=3x+1,直线 CD 的解析式为 y=3x+3,因此 CD//BG.
因为图形在旋转过程中,对应线段的夹角等于旋转角,所以 AB⊥CD.因此 AB⊥BG,
即∠ABQ=90°.
因为点 Q 在直线 BG 上,设点 Q 的坐标为(x,3x+1),那么 2 2(3 ) 10BQ x x x .
Rt△COD 的两条直角边的比为 1∶3,如果 Rt△ABQ 与 Rt△COD 相似,存在两种情况:
①当 3BQ
BA
时, 10 3
10
x .解得 3x .所以 1(3,10)Q , 2 ( 3, 8)Q .
②当 1
3
BQ
BA
时, 10 1
310
x .解得 1
3x .所以 3
1( ,2)3Q , 4
1( ,0)3Q .
图 2 图 3
考点伸展
第(3)题在解答过程中运用了两个高难度动作:一是用旋转的性质说明 AB⊥BG;二
是 2 2(3 ) 10BQ x x x .
我们换个思路解答第(3)题:
如图 3,作 GH⊥y 轴,QN⊥y 轴,垂足分别为 H、N.
通过证明△AOB≌△BHG,根据全等三角形的对应角相等,可以证明∠ABG=90°.
在 Rt△BGH 中, 1sin 1
10
, 3cos 1
10
.
①当 3BQ
BA
时, 3 10BQ .
在 Rt△BQN 中, sin 1 3QN BQ , cos 1 9BN BQ .
当 Q 在 B 上方时, 1(3,10)Q ;当 Q 在 B 下方时, 2 ( 3, 8)Q .
②当 1
3
BQ
BA
时, 1 103BQ .同理得到 3
1( ,2)3Q , 4
1( ,0)3Q .
例 4 Rt△ABC 在直角坐标系内的位置如图 1 所示,反比例函数 ( 0)ky kx
在第一象限
内的图象与 BC 边交于点 D(4,m),与 AB 边交于点 E(2,n),△BDE 的面积为 2.
(1)求 m 与 n 的数量关系;
(2)当 tan∠A= 1
2
时,求反比例函数的解析式和直线 AB 的表达式;
(3)设直线 AB 与 y 轴交于点 F,点 P 在射线 FD 上,在(2)的条件下,如果△AEO
与△EFP 相似,求点 P 的坐标.
图 1
解答
(1)如图 1,因为点 D(4,m)、E(2,n)在反比例函数 ky x
的图象上,所以 4 ,
2 .
m k
n k
整理,得 n=2m.
(2)如图 2,过点 E 作 EH⊥BC,垂足为 H.在 Rt△BEH 中,tan∠BEH=tan∠A= 1
2
,
EH=2,所以 BH=1.因此 D(4,m),E(2,2m),B(4,2m+1).
已知△BDE 的面积为 2,所以 1 1 ( 1) 2 22 2BD EH m .解得 m=1.因此 D(4,
1),E(2,2),B(4,3).
因为点 D(4,1)在反比例函数 ky x
的图象上,所以 k=4.因此反比例函数的解析
式为 4y x
.
设直线 AB 的解析式为 y=kx+b,代入 B(4,3)、E(2,2),得 3 4 ,
2 2 .
k b
k b
解得 1
2k ,
1b .
因此直线 AB 的函数解析式为 1 12y x .
图 2 图 3 图 4
(3)如图 3,因为直线 1 12y x 与 y 轴交于点 F(0,1),点 D 的坐标为(4,1),
所以 FD// x 轴,∠EFP=∠EAO.因此△AEO 与△EFP 相似存在两种情况:
①如图 3,当 EA EF
AO FP
时, 2 5 5
2 FP
.解得 FP=1.此时点 P 的坐标为(1,1).
②如图 4,当 EA FP
AO EF
时, 2 5
2 5
FP .解得 FP=5.此时点 P 的坐标为(5,1).
考点伸展
本题的题设部分有条件“Rt△ABC 在直角坐标系内的位置如图 1 所示”,如果没有这个
条件限制,保持其他条件不变,那么还有如图 5 的情况:
第(1)题的结论 m 与 n 的数量关系不变.第(2)题反比例函数的解析式为 12y x
,
直线 AB 为 1 72y x .第(3)题 FD 不再与 x 轴平行,△AEO 与△EFP 也不可能相似.
图 5
例 5 如图 1,已知梯形 OABC,抛物线分别过点 O(0,0)、A(2,0)、B(6,3).
(1)直接写出抛物线的对称轴、解析式及顶点 M 的坐标;
(2)将图 1 中梯形 OABC 的上下底边所在的直线 OA、CB 以相同的速度同时向上平移,
分别交抛物线于点 O1、A1、C1、B1,得到如图 2 的梯形 O1A1B1C1.设梯形 O1A1B1C1 的面积
为 S,A1、 B1 的坐标分别为 (x1,y1)、(x2,y2).用含 S 的代数式表示 x2-x1,并求出当 S=36
时点 A1 的坐标;
(3)在图 1 中,设点 D 的坐标为(1,3),动点 P 从点 B 出发,以每秒 1 个单位长度的
速度沿着线段 BC 运动,动点 Q 从点 D 出发,以与点 P 相同的速度沿着线段 DM 运动.P、
Q 两点同时出发,当点 Q 到达点 M 时,P、Q 两点同时停止运动.设 P、Q 两点的运动时间
为 t,是否存在某一时刻 t,使得直线 PQ、直线 AB、x 轴围成的三角形与直线 PQ、直线 AB、
抛物线的对称轴围成的三角形相似?若存在,请求出 t 的值;若不存在,请说明理由.
图 1 图 2
解答
(1)抛物线的对称轴为直线 1x ,解析式为 21 1
8 4y x x ,顶点为 M(1, 1
8
).
( 2 ) 梯 形 O1A1B1C1 的 面 积 1 2
1 2
2( 1 1) 3( ) 62
x xS x x , 由 此 得 到
1 2 23
sx x .由于 2 1 3y y ,所以 2 2
2 1 2 2 1 1
1 1 1 1 38 4 8 4y y x x x x .整理,得
2 1 2 1
1 1( ) ( ) 38 4x x x x
.因此得到 2 1
72x x S
.
当 S=36 时, 2 1
2 1
14,
2.
x x
x x
解得 1
2
6,
8.
x
x
此时点 A1 的坐标为(6,3).
(3)设直线 AB 与 PQ 交于点 G,直线 AB 与抛物线的对称轴交于点 E,直线 PQ 与 x
轴交于点 F,那么要探求相似的△GAF 与△GQE,有一个公共角∠G.
在△GEQ 中,∠GEQ 是直线 AB 与抛物线对称轴的夹角,为定值.
在△GAF 中,∠GAF 是直线 AB 与 x 轴的夹角,也为定值,而且∠GEQ≠∠GAF.
因此只存在∠GQE=∠GAF 的可能,△GQE∽△GAF.这时∠GAF=∠GQE=∠PQD.
由于 3tan 4GAF , tan 5
DQ tPQD QP t
,所以 3
4 5
t
t
.解得 20
7t .
图 3 图 4
考点伸展
第(3)题是否存在点 G 在 x 轴上方的情况?如图 4,假如存在,说理过程相同,求得
的 t 的值也是相同的.事实上,图 3 和图 4 都是假设存在的示意图,实际的图形更接近图 3.
例 6 如图 1,已知点 A (-2,4) 和点 B (1,0)都在抛物线 2 2y mx mx n 上.
(1)求 m、n;
(2)向右平移上述抛物线,记平移后点 A 的对应点为 A′,点 B 的对应点为 B′,若四边
形 A A′B′B 为菱形,求平移后抛物线的表达式;
(3)记平移后抛物线的对称轴与直线 AB′ 的交点为 C,试在 x 轴上找一个点 D,使得
以点 B′、C、D 为顶点的三角形与△ABC 相似.
图 1
动感体验
请打开几何画板文件名“10 宝山 24”,拖动点 A′向右平移,可以体验到,平移 5 个单位
后,四边形 A A′B′B 为菱形.再拖动点 D 在 x 轴上运动,可以体验到,△B′CD 与△ABC 相
似有两种情况.
思路点拨
1.点 A 与点 B 的坐标在 3 个题目中处处用到,各具特色.第(1)题用在待定系数法
中;第(2)题用来计算平移的距离;第(3)题用来求点 B′ 的坐标、AC 和 B′C 的长.
2.抛物线左右平移,变化的是对称轴,开口和形状都不变.
3.探求△ABC 与△B′CD 相似,根据菱形的性质,∠BAC=∠CB′D,因此按照夹角的
两边对应成比例,分两种情况讨论.
满分解答
(1) 因 为 点 A (-2 , 4) 和 点 B (1 , 0) 都 在 抛 物 线 2 2y mx mx n 上 , 所 以
4 4 4,
2 0.
m m n
m m n
解得 4
3m , 4n .
(2)如图 2,由点 A (-2,4) 和点 B (1,0),可得 AB=5.因为四边形 A A′B′B 为菱形,所
以 A A′=B′B= AB=5.因为 43
8
3
4 2 xxy 24 1613 3x ,所以原抛物线的对
称轴 x=-1 向右平移 5 个单位后,对应的直线为 x=4.
因此平移后的抛物线的解析式为
3
1643
4 2, xy .
图 2
(3) 由点 A (-2,4) 和点 B′ (6,0),可得 A B′= 4 5 .
如图 2,由 AM//CN,可得 ' '
' '
B N B C
B M B A
,即 2 '
8 4 5
B C .解得 ' 5B C .所以
3 5AC .根据菱形的性质,在△ABC 与△B′CD 中,∠BAC=∠CB′D.
①如图 3,当 '
'
AB B C
AC B D
时, 5 5
'3 5 B D
,解得 ' 3B D .此时 OD=3,点 D 的坐
标为(3,0).
②如图 4,当 '
'
AB B D
AC B C
时, 5 '
3 5 5
B D ,解得 5' 3B D .此时 OD=13
3
,点 D 的
坐标为(13
3
,0).
图 3 图 4
考点伸展
在本题情境下,我们还可以探求△B′CD 与△AB B′相似,其实这是有公共底角的两个等
腰三角形,容易想象,存在两种情况.
我们也可以讨论△B′CD 与△CB B′相似,这两个三角形有一组公共角∠B,根据对应边
成比例,分两种情况计算.
例 7 2009 年临沂市中考第 26 题
如图 1,抛物线经过点 A(4,0)、B(1,0)、C(0,-2)三点.
(1)求此抛物线的解析式;
(2)P 是抛物线上的一个动点,过 P 作 PM⊥x 轴,垂足为 M,是否存在点 P,使得以
A、P、M 为顶点的三角形与△OAC 相似?若存在,请求出符合条件的 点 P 的坐标;若不
存在,请说明理由;
(3)在直线 AC 上方的抛物线是有一点 D,使得△DCA 的面积最大,求出点 D 的坐标.
,
图 1
动感体验
请打开几何画板文件名“09 临沂 26”,拖动点 P 在抛物线上运动,可以体验到,△PAM
的形状在变化,分别双击按钮“P 在 B 左侧”、“ P 在 x 轴上方”和“P 在 A 右侧”,可以显
示△PAM 与△OAC 相似的三个情景.
双击按钮“第(3)题”, 拖动点 D 在 x 轴上方的抛物线上运动,观察△DCA 的形状和面
积随 D 变化的图象,可以体验到,E 是 AC 的中点时,△DCA 的面积最大.
思路点拨
1.已知抛物线与 x 轴的两个交点,用待定系数法求解析式时,设交点式比较简便.
2.数形结合,用解析式表示图象上点的坐标,用点的坐标表示线段的长.
3.按照两条直角边对应成比例,分两种情况列方程.
4.把△DCA 可以分割为共底的两个三角形,高的和等于 OA.
满分解答
(1 )因为抛物线与 x 轴交于 A(4,0)、B(1,0)两点,设抛物线的解析式为
)4)(1( xxay ,代入点 C 的 坐标(0,-2),解得
2
1a .所以抛物线的解析式为
22
5
2
1)4)(1(2
1 2 xxxxy .
(2)设点 P 的坐标为 ))4)(1(2
1,( xxx .
①如图 2,当点 P 在 x 轴上方时,1<x<4, )4)(1(2
1 xxPM , xAM 4 .
如果 2
CO
AO
PM
AM ,那么 24
)4)(1(2
1
x
xx
.解得 5x 不合题意.
如果
2
1
CO
AO
PM
AM ,那么
2
1
4
)4)(1(2
1
x
xx
.解得 2x .
此时点 P 的坐标为(2,1).
②如图 3,当点 P 在点 A 的右侧时,x>4, )4)(1(2
1 xxPM , 4 xAM .
解方程 24
)4)(1(2
1
x
xx
,得 5x .此时点 P 的坐标为 )2,5( .
解方程
2
1
4
)4)(1(2
1
x
xx
,得 2x 不合题意.
③如图 4,当点 P 在点 B 的左侧时,x<1, )4)(1(2
1 xxPM , xAM 4 .
解方程 24
)4)(1(2
1
x
xx
,得 3x .此时点 P 的坐标为 )14,3( .
解方程
2
1
4
)4)(1(2
1
x
xx
,得 0x .此时点 P 与点 O 重合,不合题意.
综上所述,符合条件的 点 P 的坐标为(2,1)或 )14,3( 或 )2,5( .
图 2 图 3 图 4
(3)如图 5,过点 D 作 x 轴的垂线交 AC 于 E.直线 AC 的解析式为 22
1 xy .
设点 D 的横坐标为 m )41( m ,那么点 D 的坐标为 )22
5
2
1,( 2 mmm ,点 E 的
坐标为 )22
1,( mm .所以 )22
1()22
5
2
1( 2 mmmDE mm 22
1 2 .
因此 4)22
1(2
1 2 mmS DAC mm 42 4)2( 2 m .
当 2m 时,△DCA 的面积最大,此时点 D 的坐标为(2,1).
图 5 图 6
考点伸展
第(3)题也可以这样解:
如图 6,过 D 点构造矩形 OAMN,那么△DCA 的面积等于直角梯形 CAMN 的面积减去
△CDN 和△ADM 的面积.
设点 D 的横坐标为(m,n) )41( m ,那么
42)4(2
1)2(2
14)22(2
1 nmmnnmnS .
由于 22
5
2
1 2 mmn ,所以 mmS 42 .
例 8 如图 1,△ABC 中,AB=5,AC=3,cosA= 3
10
.D 为射线 BA 上的点(点 D 不与点
B 重合),作 DE//BC 交射线 CA 于点 E..
(1) 若 CE=x,BD=y,求 y 与 x 的函数关系式,并写出函数的定义域;
(2) 当分别以线段 BD,CE 为直径的两圆相切时,求 DE 的长度;
(3) 当点 D 在 AB 边上时,BC 边上是否存在点 F,使△ABC 与△DEF 相似?若存在,
请求出线段 BF 的长;若不存在,请说明理由.
图 1 备用图 备用图
解答
(1)如图 2,作 BH⊥AC,垂足为点 H.在 Rt△ABH 中,AB=5,cosA= 3
10
AH
AB
,
所以 AH= 3
2
= 1
2 AC.所以 BH 垂直平分 AC,△ABC 为等腰三角形,AB=CB=5.
因为 DE//BC,所以 AB AC
DB EC
,即 5 3
y x
.于是得到 5
3y x ,( 0x ).
(2)如图 3,图 4,因为 DE//BC,所以 DE AE
BC AC
, MN AN
BC AC
,即 | 3 |
5 3
DE x ,
1| 3 |2
5 3
xMN
.因此 5| 3 |
3
xDE ,圆心距 5| 6 |
6
xMN .
图 2 图 3 图 4
在⊙M 中, 1 1 5
2 2 6Mr BD y x ,在⊙N 中, 1 1
2 2Nr CE x .
①当两圆外切时, 5 1
6 2x x 5| 6 |
6
x .解得 30
13x 或者 10x .
如图 5,符合题意的解为 30
13x ,此时 5(3 ) 15
3 13
xDE .
②当两圆内切时, 5 1
6 2x x 5| 6 |
6
x .
当 x<6 时,解得 30
7x ,如图 6,此时 E 在 CA 的延长线上, 5( 3) 15
3 7
xDE ;
当 x>6 时,解得 10x ,如图 7,此时 E 在 CA 的延长线上, 5( 3) 35
3 3
xDE .
图 5 图 6 图 7
(3)因为△ABC 是等腰三角形,因此当△ABC 与△DEF 相似时,△DEF 也是等腰三
角形.
如图 8,当 D、E、F 为△ABC 的三边的中点时,DE 为等腰三角形 DEF 的腰,符合题
意,此时 BF=2.5.根据对称性,当 F 在 BC 边上的高的垂足时,也符合题意,此时 BF=4.1.
如图 9,当 DE 为等腰三角形 DEF 的底边时,四边形 DECF 是平行四边形,此时
125
34BF .
图 8 图 9 图 10 图 11
考点伸展
第(3)题的情景是一道典型题,如图 10,如图 11,AH 是△ABC 的高,D、E、F 为△
ABC 的三边的中点,那么四边形 DEHF 是等腰梯形.
例 9
图 1
解答
(1) 1OH , 3
3k , 2 3
3b .
(2)由抛物线的解析式 ( 1)( 5)y a x x ,得
点 M 的坐标为 ( 1,0) ,点 N 的坐标为 (5,0) .
因此 MN 的中点 D 的坐标为(2,0),DN=3.
因为△AOB 是等腰直角三角形,如果△DNE 与△AOB 相似,那么△DNE 也是等腰直角
三角形.
①如图 2,如果 DN 为直角边,那么点 E 的坐标为 E1(2,3)或 E2(2,-3).
将 E1(2,3)代入 ( 1)( 5)y a x x ,求得 1
3a .
此时抛物线的解析式为 21 1 4 5( 1)( 5)3 3 3 3y x x x x .
将 E2(2,-3)代入 ( 1)( 5)y a x x ,求得
3
1a .
此时抛物线的解析式为
3
5
3
4
3
1)5)(1(3
1 2 xxxxy .
②如果 DN 为斜边,那么点 E 的坐标为 E3
1 1(3 ,1 )2 2
或 E4 )2
11,2
13( .
将 E3
1 1(3 ,1 )2 2
代入 ( 1)( 5)y a x x ,求得 2
9a .
此时抛物线的解析式为 22 2 8 10( 1)( 5)9 9 9 9y x x x x .
将 E4 )2
11,2
13( 代入 ( 1)( 5)y a x x ,求得
9
2a .
此时抛物线的解析式为
9
10
9
8
9
2)5)(1(9
2 2 xxxxy .
图 2 图 3
对于点 E 为 E1(2,3)和 E3
1 1(3 ,1 )2 2
,直线 NE 是相同的,∠ENP=45°.
又∠OBP=45°,∠P=∠P,所以△POB∽△PGN.
因此 2101472 PNPOPGPB .
对于点 E 为 E2(2,-3)和 E4 )2
11,2
13( ,直线 NE 是相同的.
此时点 G 在直线 5x 的右侧, 33
14PG .
又 33
4PB ,所以 2103
41433
433
14 PGPB .
考点伸展
在本题情景下,怎样计算 PB 的长?
如图 3,作 AF⊥AB 交 OP 于 F,那么△OBC≌△OAF,OF=OC= 2 33
,PF= 22 33
,
PA= 3 3 2(2 3) 3 12 2 3PF ,所以 3 1PB .
1.2 因动点产生的等腰三角形问题
例 1 如图 1,抛物线 y=ax2+bx+c 经过 A(-1,0)、B(3, 0)、C(0 ,3)三点,直线 l 是抛物线
的对称轴.
(1)求抛物线的函数关系式;
(2)设点 P 是直线 l 上的一个动点,当△PAC 的周长最小时,求点 P 的坐标;
(3)在直线 l 上是否存在点 M,使△MAC 为等腰三角形,若存在,直接写出所有符合
条件的点 M 的坐标;若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)因为抛物线与 x 轴交于 A(-1,0)、B(3, 0)两点,设 y=a(x+1)(x-3),
代入点 C(0 ,3),得-3a=3.解得 a=-1.
所以抛物线的函数关系式是 y=-(x+1)(x-3)=-x2+2x+3.
(2)如图 2,抛物线的对称轴是直线 x=1.
当点 P 落在线段 BC 上时,PA+PC 最小,△PAC 的周长最小.
设抛物线的对称轴与 x 轴的交点为 H.
由 BH PH
BO CO
,BO=CO,得 PH=BH=2.
所以点 P 的坐标为(1, 2).
图 2
(3)点 M 的坐标为(1, 1)、(1, 6 )、(1, 6 )或(1,0).
考点伸展
第(3)题的解题过程是这样的:
设点 M 的坐标为(1,m).
在△MAC 中,AC2=10,MC2=1+(m-3)2,MA2=4+m2.
①如图 3,当 MA=MC 时,MA2=MC2.解方程 4+m2=1+(m-3)2,得 m=1.
此时点 M 的坐标为(1, 1).
②如图 4,当 AM=AC 时,AM2=AC2.解方程 4+m2=10,得 6m .
此时点 M 的坐标为(1, 6 )或(1, 6 ).
③如图 5,当 CM=CA 时,CM2=CA2.解方程 1+(m-3)2=10,得 m=0 或 6.
当 M(1, 6)时,M、A、C 三点共线,所以此时符合条件的点 M 的坐标为(1,0).
图 3 图 4 图 5
例 2 如图 1,点 A 在 x 轴上,OA=4,将线段 OA 绕点 O 顺时针旋转 120°至 OB 的位置.
(1)求点 B 的坐标;
(2)求经过 A、O、B 的抛物线的解析式;
(3)在此抛物线的对称轴上,是否存在点 P,使得以点 P、O、B 为顶点的三角形是等
腰三角形?若存在,求点 P 的坐标;若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)如图 2,过点 B 作 BC⊥y 轴,垂足为 C.
在 Rt△OBC 中,∠BOC=30°,OB=4,所以 BC=2, 2 3OC .
所以点 B 的坐标为 ( 2, 2 3) .
(2)因为抛物线与 x 轴交于 O、A(4, 0),设抛物线的解析式为 y=ax(x-4),
代入点 B( 2, 2 3) , 2 3 2 ( 6)a .解得 3
6a .
所以抛物线的解析式为 23 3 2 3( 4)6 6 3y x x x x .
(3)抛物线的对称轴是直线 x=2,设点 P 的坐标为(2, y).
①当 OP=OB=4 时,OP2=16.所以 4+y2=16.解得 2 3y .
当 P 在(2,2 3) 时,B、O、P 三点共线(如图 2).
②当 BP=BO=4 时,BP2=16.所以 2 24 ( 2 3) 16y .解得 1 2 2 3y y .
③当 PB=PO 时,PB2=PO2.所以 2 2 2 24 ( 2 3) 2y y .解得 2 3y .
综合①、②、③,点 P 的坐标为 (2, 2 3) ,如图 2 所示.
图 2 图 3
考点伸展
如图 3,在本题中,设抛物线的顶点为 D,那么△DOA 与△OAB 是两个相似的等腰三
角形.
由 23 3 2 3( 4) ( 2)6 6 3y x x x ,得抛物线的顶点为 2 3(2, )3D .
因此 2 3tan 3DOA .所以∠DOA=30°,∠ODA=120°.
例 3 如图 1,已知正方形 OABC 的边长为 2,顶点 A、C 分别在 x、y 轴的正半轴上,M 是
BC 的中点.P(0,m)是线段 OC 上一动点(C 点除外),直线 PM 交 AB 的延长线于点 D.
(1)求点 D 的坐标(用含 m 的代数式表示);
(2)当△APD 是等腰三角形时,求 m 的值;
(3)设过 P、M、B 三点的抛物线与 x 轴正半轴交于点 E,过点 O 作直线 ME 的垂线,
垂足为 H(如图 2).当点 P 从 O 向 C 运动时,点 H 也随之运动.请直接写出点 H 所经过
的路长(不必写解答过程).
图 1 图 2
解答
(1)因为 PC//DB,所以 1CP PM MC
BD DM MB
.因此 PM=DM,CP=BD=2-m.所以
AD=4-m.于是得到点 D 的坐标为(2,4-m).
(2)在△APD 中, 2 2(4 )AD m , 2 2 4AP m , 2 2 2(2 ) 4 4(2 )PD PM m .
①当 AP=AD 时, 2(4 )m 2 4m .解得 3
2m (如图 3).
②当 PA=PD 时, 2 4m 24 4(2 )m .解得 4
3m (如图 4)或 4m (不合题意,
舍去).
③当 DA=DP 时, 2(4 )m 24 4(2 )m .解得 2
3m (如图 5)或 2m (不合题意,
舍去).
综上所述,当△APD 为等腰三角形时,m 的值为 3
2
, 4
3
或 2
3
.
图 3 图 4 图 5
(3)点 H 所经过的路径长为 5
4
.
考点伸展
第(2)题解等腰三角形的问题,其中①、②用几何说理的方法,计算更简单:
① 如 图 3 , 当 AP = AD 时 , AM 垂 直 平 分 PD , 那 么 △ PCM ∽ △ MBA . 所 以
1
2
PC MB
CM BA
.因此 1
2PC , 3
2m .
②如图 4,当 PA=PD 时,P 在 AD 的垂直平分线上.所以 DA=2PO.因此 4 2m m .解
得 4
3m .
第(2)题的思路是这样的:
如图 6,在 Rt△OHM 中,斜边 OM 为定值,因此以 OM 为直径的⊙G 经过点 H,也就
是说点 H 在圆弧上运动.运动过的圆心角怎么确定呢?如图 7,P 与 O 重合时,是点 H 运
动的起点,∠COH=45°,∠CGH=90°.
图 6 图 7
例 4 如图 1,已知一次函数 y=-x+7 与正比例函数 4
3y x 的图象交于点 A,且与 x 轴交
于点 B.
(1)求点 A 和点 B 的坐标;
(2)过点 A 作 AC⊥y 轴于点 C,过点 B 作直线 l//y 轴.动
点 P 从点 O 出发,以每秒 1 个单位长的速度,沿 O—C—A
的路线向点 A 运动;同时直线 l 从点 B 出发,以相同速度
向左平移,在平移过程中,直线 l 交 x 轴于点 R,交线段 BA
或线段 AO 于点 Q.当点 P 到达点 A 时,点 P 和直线 l 都
停止运动.在运动过程中,设动点 P 运动的时间为 t 秒.
①当 t 为何值时,以 A、P、R 为顶点的三角形的面积
为 8?
②是否存在以 A、P、Q 为顶点的三角形是等腰三角形?
若存在,求 t 的值;若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)解方程组
7,
4 ,3
y x
y x
得 3,
4.
x
y
所以点 A 的坐标是(3,4).
令 7 0y x ,得 7x .所以点 B 的坐标是(7,0).
(2)①如图 2,当 P 在 OC 上运动时,0≤t<4.由 8APR ACP PORCORAS S S S △ △ △梯形 ,
得 1 1 13+7 ) 4 4 (4 ) (7 ) 82 2 2t t t t ( .整理,得 2 8 12 0t t .解得 t=2 或 t=6
(舍去).如图 3,当 P 在 CA 上运动时,△APR 的最大面积为 6.
因此,当 t=2 时,以 A、P、R 为顶点的三角形的面积为 8.
图 2 图 3 图 4
②我们先讨论 P 在 OC 上运动时的情形,0≤t<4.
如图 1,在△AOB 中,∠B=45°,∠AOB>45°,OB=7, 4 2AB ,所以 OB>AB.因
此∠OAB>∠AOB>∠B.
如图 4,点 P 由 O 向 C 运动的过程中,OP=BR=RQ,所以 PQ//x 轴.
因此∠AQP=45°保持不变,∠PAQ 越来越大,所以只存在∠APQ=∠AQP 的情况.
此时点 A 在 PQ 的垂直平分线上,OR=2CA=6.所以 BR=1,t=1.
我们再来讨论 P 在 CA 上运动时的情形,4≤t<7.
在△APQ 中, 3cos 5A 为定值, 7AP t , 5 5 20
3 3 3AQ OA OQ OA OR t .
如图 5,当 AP=AQ 时,解方程 5 207 3 3t t ,得 41
8t .
如图 6,当 QP=QA 时,点 Q 在 PA 的垂直平分线上,AP=2(OR-OP).解方程
7 2[(7 ) ( 4)]t t t ,得 5t .
如 7 , 当 PA = PQ 时 , 那 么
1
2cos
AQ
A AP
. 因 此 2 cosAQ AP A . 解 方 程
5 20 32(7 )3 3 5t t ,得 226
43t .
综上所述,t=1 或 41
8
或 5 或 226
43
时,△APQ 是等腰三角形.
图 5 图 6 图 7
例 5 如图 1,在直角坐标平面内有点 A(6, 0),B(0, 8),C(-4, 0),点 M、N 分别为线段 AC
和射线 AB 上的动点,点 M 以 2 个单位长度/秒的速度自 C 向 A 方向作匀速运动,点 N 以 5
个单位长度/秒的速度自 A 向 B 方向作匀速运动,MN 交 OB 于点 P.
(1)求证:MN∶NP 为定值;
(2)若△BNP 与△MNA 相似,求 CM 的长;
(3)若△BNP 是等腰三角形,求 CM 的长.
图 1
解答
(1)如图 2,图 3,作 NQ⊥x 轴,垂足为 Q.设点 M、N 的运动时间为 t 秒.
在 Rt△ANQ 中,AN=5t,NQ=4t ,AQ=3t.
在图 2 中,QO=6-3t,MQ=10-5t,所以 MN∶NP=MQ∶QO=5∶3.
在图 3 中,QO=3t-6,MQ=5t-10,所以 MN∶NP=MQ∶QO=5∶3.
(2)因为△BNP 与△MNA 有一组邻补角,因此这两个三角形要么是一个锐角三角形和一
个钝角三角形,要么是两个直角三角形.只有当这两个三角形都是直角三角形时才可能相似.
如图 4,△BNP∽△MNA,在 Rt△AMN 中, 3
5
AN
AM
,所以 5 3
10 2 5
t
t
.解得 30
31t .此
时 CM 60
31
.
图 2 图 3 图 4
(3)如图 5,图 6,图 7 中, OP MP
QN MN
,即 2
4 5
OP
t
.所以 8
5OP t .
①当 N 在 AB 上时,在△BNP 中,∠B 是确定的, 88 5BP t , 10 5BN t .
(Ⅰ)如图 5,当 BP=BN 时,解方程 88 10 55 t t ,得 10
17t .此时 CM 20
17
.
(Ⅱ)如图 6,当 NB=NP 时, 4
5BE BN .解方程 1 8 48 10 52 5 5t t
,得 5
4t .此
时 CM 5
2
.
(Ⅲ)当 PB=PN 时,1 4
2 5BN BP .解方程 1 4 810 5 82 5 5t t
,得 t 的值为负数,
因此不存在 PB=PN 的情况.
②如图 7,当点 N 在线段 AB 的延长线上时,∠B 是钝角,只存在 BP=BN 的可能,此
时 5 10BN t .解方程 88 5 105 t t ,得 30
11t .此时 CM 60
11
.
图 5 图 6 图 7
考点伸展
如图 6,当 NB=NP 时,△NMA 是等腰三角形, 1 4
2 5BN BP ,这样计算简便一些.
例 6 如图 1,在矩形 ABCD 中,AB=m(m 是大于 0 的常数),BC=8,E 为线段 BC 上的
动点(不与 B、C 重合).连结 DE,作 EF⊥DE,EF 与射线 BA 交于点 F,设 CE=x,BF
=y.
(1)求 y 关于 x 的函数关系式;
(2)若 m=8,求 x 为何值时,y 的值最大,最大值是多少?
(3)若 12y m
,要使△DEF 为等腰三角形,m 的值应为多少?
图 1
解答
(1)因为∠EDC 与∠FEB 都是∠DEC 的余角,所以∠EDC=∠FEB.又因为∠C=∠B=
90°,所以△DCE∽△EBF.因此 DC EB
CE BF
,即 8m x
x y
.整理,得 y 关于 x 的函数关
系为 21 8y x xm m
.
(2)如图 2,当 m=8 时, 2 21 1 ( 4) 28 8y x x x .因此当 x=4 时,y 取得最大
值为 2.
(3) 若 12y m
,那么 212 1 8x xm m m
.整理,得 2 8 12 0x x .解得 x=2 或 x=6.要
使△DEF 为等腰三角形,只存在 ED=EF 的情况.因为△DCE∽△EBF,所以 CE=BF,即
x=y.将 x=y =2 代入 12y m
,得 m=6(如图 3);将 x=y =6 代入 12y m
,得 m=2(如
图 4).
图 2 图 3 图 4
例 7 已知:如图 1,在平面直角坐标系 xOy 中,矩形 OABC 的边 OA 在 y 轴的正半轴上,
OC 在 x 轴的正半轴上,OA=2,OC=3,过原点 O 作∠AOC 的平分线交 AB 于点 D,连结
DC,过点 D 作 DE⊥DC,交 OA 于点 E.
(1)求过点 E、D、C 的抛物线的解析式;
(2)将∠EDC 绕点 D 按顺时针方向旋转后,角的一边与 y 轴的正半轴交于点 F,另一
边与线段 OC 交于点 G.如果 DF 与(1)中的抛物线交于另一点 M,点 M 的横坐标为
5
6 ,
那么 EF=2GO 是否成立?若成立,请给予证明;若不成立,请说明理由;
(3)对于(2)中的点 G,在位于第一象限内的该抛物线上是否存在点 Q,使得直线
GQ 与 AB 的交点 P 与点 C、G 构成的△PCG 是等腰三角形?若存在,请求出点 Q 的坐标;
若不存在成立,请说明理由.
图 1
解答
(1)由于 OD 平分∠AOC,所以点 D 的坐标为(2,2),因此 BC=AD=1.
由于△BCD≌△ADE,所以 BD=AE=1,因此点 E 的坐标为(0,1).
设过 E、D、C 三点的抛物线的解析式为 cbxaxy 2 ,那么
.039
,224
,1
cba
cba
c
解
得
6
5a ,
6
13b 1c .因此过 E、D、C 三点的抛物线的解析式为 16
13
6
5 2 xxy .
(2)把
5
6x 代入 16
13
6
5 2 xxy ,求得
5
12y .所
以点 M 的坐标为
5
12,5
6 .
如图 2,过点 M 作 MN⊥AB,垂足为 N,那么
DA
DN
FA
MN ,
即
2
5
6225
12
FA
.解得 1FA .
因为∠EDC 绕点 D 旋转的过程中,△DCG≌△DEF,所
以 CG=EF=2.因此 GO=1,EF=2GO.
(3)在第(2)中,GC=2.设点 Q 的坐标为
16
13
6
5, 2 xxx .
①如图 3,当 CP=CG=2 时,点 P 与点 B(3,2)重合,△PCG 是等腰直角三角形.此
时 GQQ xxy ,因此 116
13
6
5 2 xxx 。由此得到点 Q 的坐标为
5
7,5
12 .
②如图 4,当 GP=GC=2 时,点 P 的坐标为(1,2).此时点 Q 的横坐标为 1,点 Q
图 2
的坐标为
6
13,1 .
③如图 5,当 PG=PC 时,点 P 在 GC 的垂直平分线上,点 P、Q 与点 D 重合.此时点
Q 的坐标为(2,2).
图 3 图 4 图 5
考点伸展
在第(2)题情景下,∠EDC 绕点 D 旋转的过程中,FG 的长怎样变化?
设 AF 的长为 m,那么 82)2()2( 222 mmmFG .
点 F 由 E 开始沿射线 EA 运动的过程中,FG 先是越来越小,F 与 A 重合时,FG 达到
最小值 22 ;F 经过点 A 以后,FG 越来越大,当 C 与 O 重合时,FG 达到最大值 4.
例 8 如图 1,在等腰梯形 ABCD 中,AD//BC,E 是 AB 的中点,过点 E 作 EF//BC 交 CD
于点 F,AB=4,BC=6,∠B=60°.
(1)求点 E 到 BC 的距离;
(2)点 P 为线段 EF 上的一个动点,过点 P 作 PM⊥EF 交 BC 于 M,过 M 作 MN//AB
交折线 ADC 于 N,连结 PN,设 EP=x.
①当点 N 在线段 AD 上时(如图 2),△PMN 的形状是否发生改变?若不变,求出△PMN
的周长;若改变,请说明理由;
②当点 N 在线段 DC 上时(如图 3),是否存在点 P,使△PMN 为等腰三角形?若存在,
请求出所有满足条件的 x 的值;若不存在,请说明理由.
图 1 图 2 图 3
解答
(1)如图 4,过点 E 作 EG⊥BC 于 G.
在 Rt△BEG 中, 22
1 ABBE ,∠B=60°,
所以 160cos BEBG , 360sin BEEG .
所以点 E 到 BC 的距离为 3 .
(2)因为 AD//EF//BC,E 是 AB 的中点,所以 F 是 DC 的中点.
因此 EF 是梯形 ABCD 的中位线,EF=4.
①如图 4,当点 N 在线段 AD 上时,△PMN 的形状不是否发生改变.
过点 N 作 NH⊥EF 于 H,设 PH 与 NM 交于点 Q.
在矩形 EGMP 中,EP=GM=x,PM=EG= 3 .
在平行四边形 BMQE 中,BM=EQ=1+x.
所以 BG=PQ=1.
因为 PM 与 NH 平行且相等,所以 PH 与 NM 互相平分,PH=2PQ=2.
在 Rt△PNH 中,NH= 3 ,PH=2,所以 PN= 7 .
在平行四边形 ABMN 中,MN=AB=4.
因此△PMN 的周长为 3 + 7 +4.
图 4 图 5
②当点 N 在线段 DC 上时,△CMN 恒为等边三角形.
如图 5,当 PM=PN 时,△PMC 与△PNC 关于直线 PC 对称,点 P 在∠DCB 的平分线
上.
在 Rt△PCM 中,PM= 3 ,∠PCM=30°,所以 MC=3.
此时 M、P 分别为 BC、EF 的中点,x=2.
如图 6,当 MP=MN 时,MP=MN=MC= 3 ,x=GM=GC-MC=5- 3 .
如图 7,当 NP=NM 时,∠NMP=∠NPM=30°,所以∠PNM=120°.
又因为∠FNM=120°,所以 P 与 F 重合.
此时 x=4.
综上所述,当 x=2 或 4 或 5- 3 时,△PMN 为等腰三角形.
图 6 图 7 图 8
1.3 因动点产生的直角三角形问题
例 1 如图 1,抛物线 23 3 38 4y x x 与 x 轴交于 A、B 两点(点 A 在点 B 的左侧),与 y
轴交于点 C.
(1)求点 A、B 的坐标;
(2)设 D 为已知抛物线的对称轴上的任意一点,当△ACD 的面积等于△ACB 的面积
时,求点 D 的坐标;
(3)若直线 l 过点 E(4, 0),M 为直线 l 上的动点,当以 A、B、M 为顶点所作的直角三
角形有且只有....三个时,求直线 l 的解析式.
图 1
解答
(1)由 23 3 33 ( 4)( 2)8 4 8y x x x x ,
得抛物线与 x 轴的交点坐标为 A(-4, 0)、B(2, 0).对称轴是直线 x=-1.
(2)△ACD 与△ACB 有公共的底边 AC,当△ACD 的面积等于△ACB 的面积时,点 B、
D 到直线 AC 的距离相等.
过点 B 作 AC 的平行线交抛物线的对称轴于点 D,在 AC 的另一侧有对应的点 D′.
设抛物线的对称轴与 x 轴的交点为 G,与 AC 交于点 H.
由 BD//AC,得∠DBG=∠CAO.所以 3
4
DG CO
BG AO
.
所以 3 9
4 4DG BG ,点 D 的坐标为 9(1, )4
.
因为 AC//BD,AG=BG,所以 HG=DG.
而 D′H=DH,所以 D′G=3DG 27
4
.所以 D′的坐标为 27(1, )4
.
图 2 图 3
(3)过点 A、B 分别作 x 轴的垂线,这两条垂线与直线 l 总是有交点的,即 2 个点 M.
以 AB 为直径的⊙G 如果与直线 l 相交,那么就有 2 个点 M;如果圆与直线 l 相切,就
只有 1 个点 M 了.
联结 GM,那么 GM⊥l.
在 Rt△EGM 中,GM=3,GE=5,所以 EM=4.
在 Rt△EM1A 中,AE=8, 1
1
3tan 4
M AM EA AE
,所以 M1A=6.
所以点 M1 的坐标为(-4, 6),过 M1、E 的直线 l 为 3 34y x .
根据对称性,直线 l 还可以是 3 34y x .
例 2 在平面直角坐标系中,反比例函数与二次函数 y=k(x2+x-1)的图象交于点 A(1,k)和点
B(-1,-k).
(1)当 k=-2 时,求反比例函数的解析式;
(2)要使反比例函数与二次函数都是 y 随 x 增大而增大,求 k 应满足的条件以及 x 的
取值范围;
(3)设二次函数的图象的顶点为 Q,当△ABQ 是以 AB 为斜边的直角三角形时,求 k
的值.
解答
(1)因为反比例函数的图象过点 A(1,k),所以反比例函数的解析式是 ky x
.
当 k=-2 时,反比例函数的解析式是 2y x
.
(2)在反比例函数 ky x
中,如果 y 随 x 增大而增大,
那么 k<0.
当 k<0 时,抛物线的开口向下,在对称轴左侧,y 随 x
增大而增大.
抛物线 y=k(x2+x+1)= 21 5( )2 4k x k 的对称轴是直
线 1
2x . 图 1
所以当 k<0 且 1
2x 时,反比例函数与二次函数都是 y 随 x 增大而增大.
(3)抛物线的顶点 Q 的坐标是 1 5( , )2 4 k ,A、B 关于原点 O 中心对称,
当 OQ=OA=OB 时,△ABQ 是以 AB 为直径的直角三角形.
由 OQ2=OA2,得 2 2 2 21 5( ) ( ) 12 4 k k .
解得 1
2 33k (如图 2), 2
2 33k (如图 3).
图 2 图 3
考点伸展
如图 4,已知经过原点 O 的两条直线 AB 与 CD 分别与双曲线 ky x
(k>0)交于 A、B
和 C、D,那么 AB 与 CD 互相平分,所以四边形 ACBD 是平行四边形.
问平行四边形 ABCD 能否成为矩形?能否成为正方形?
如图 5,当 A、C 关于直线 y=x 对称时,AB 与 CD 互相平分且相等,四边形 ABCD 是
矩形.
因为 A、C 可以无限接近坐标系但是不能落在坐标轴上,所以 OA 与 OC 无法垂直,因
此四边形 ABCD 不能成为正方形.
图 4 图 5
例 3 如图 1,已知抛物线 y=x2+bx+c 与 x 轴交于 A、B 两点(点 A 在点 B 左侧),与 y
轴交于点 C(0,-3),对称轴是直线 x=1,直线 BC 与抛物线的对称轴交于点 D.
(1)求抛物线的函数表达式;
(2)求直线 BC 的函数表达式;
(3)点 E 为 y 轴上一动点,CE 的垂直平分线交 CE 于点 F,交抛物线于 P、Q 两点,
且点 P 在第三象限.
①当线段 3
4PQ AB 时,求 tan∠CED 的值;
②当以 C、D、E 为顶点的三角形是直角三角形时,请直接写出点 P 的坐标.
温馨提示:考生可以根据第(3)问的题意,在图中补出图形,以便作答.
图 1
解答
(1)设抛物线的函数表达式为 2( 1)y x n ,代入点 C(0,-3),得 4n .所以抛
物线的函数表达式为 2 2( 1) 4 2 3y x x x .
(2)由 2 2 3 ( 1)( 3)y x x x x ,知 A(-1,0),B(3,0).设直线 BC 的函数表达
式为 y kx b ,代入点 B(3,0)和点 C(0,-3),得 3 0,
3.
k b
b
解得 1k , 3b .所以
直线 BC 的函数表达式为 3y x .
(3)①因为 AB=4,所以 3 34PQ AB .因为 P、Q 关于直线 x=1 对称,所以点 P
的横坐标为 1
2
.于是得到点 P 的坐标为 1 7,2 4
,点 F 的坐标为 70, 4
.所以
7 53 4 4FC OC OF , 52 2EC FC .
进而得到 5 13 2 2OE OC EC ,点 E 的坐标为 10, 2
.
直线 BC: 3y x 与抛物线的对称轴 x=1 的交点 D 的坐标为(1,-2).
过点 D 作 DH⊥y 轴,垂足为 H.
在 Rt△EDH 中,DH=1, 1 32 2 2EH OH OE ,所以 tan∠CED 2
3
DH
EH
.
② 1(1 2, 2)P , 2
6 5(1 , )2 2P .
图 2 图 3 图 4
考点伸展
第(3)题②求点 P 的坐标的步骤是:
如图 3,图 4,先分两种情况求出等腰直角三角形 CDE 的顶点 E 的坐标,再求出 CE 的
中点 F 的坐标,把点 F 的纵坐标代入抛物线的解析式,解得的 x 的较小的一个值就是点 P
的横坐标.
例 4 设直线 l1:y=k1x+b1 与 l2:y=k2x+b2,若 l1⊥l2,垂足为 H,则称直线 l1 与 l2 是点 H
的直角线.
(1)已知直线① 1 22y x ;② 2y x ;③ 2 2y x ;④
2 4y x 和点 C(0,2),则直线_______和_______是点 C 的直角线
(填序号即可);
(2)如图,在平面直角坐标系中,直角梯形 OABC 的顶点 A(3,
0)、B(2,7)、C(0,7),P 为线段 OC 上一点,设过 B、P 两点的直
线为 l1,过 A、P 两点的直线为 l2,若 l1 与 l2 是点 P 的直角线,求
直线 l1 与 l2 的解析式.
图 1
答案
(1)直线①和③是点 C 的直角线.
(2)当∠APB=90°时,△BCP∽△POA.那么 BC PO
CP OA
,即 2
7 3
PO
PO
.解得 OP
=6 或 OP=1.
如图 2,当 OP=6 时,l1: 1 62y x , l2:y=-2x+6.
如图 3,当 OP=1 时,l1:y=3x+1, l2: 1 13y x .
图 2 图 3
例 5 在平面直角坐标系 xOy 中,抛物线 2 21 5 3 24 4
m my x x m m 与 x 轴的交
点分别为原点 O 和点 A,点 B(2,n)在这条抛物线上.
(1)求点 B 的坐标;
(2)点 P 在线段 OA 上,从点 O 出发向点 A 运动,过点 P 作 x 轴的垂线,与直线 OB
交于点 E,延长 PE 到点 D,使得 ED=PE,以 PD 为斜边,在 PD 右侧作等腰直角三角形
PCD(当点 P 运动时,点 C、D 也随之运动).
①当等腰直角三角形 PCD 的顶点 C 落在此抛物线上时,求 OP 的长;
②若点 P 从点 O 出发向点 A 作匀速运动,速度为每秒 1 个单位,同时线段 OA 上另一
个点 Q 从点 A 出发向点 O 作匀速运动,速度为每秒 2 个单位(当点 Q 到达点 O 时停止运动,
点 P 也停止运动).过 Q 作 x 轴的垂线,与直线 AB 交于点 F,延长 QF 到点 M,使得 FM=
QF,以 QM 为斜边,在 QM 的左侧作等腰直角三角形 QMN(当点 Q 运动时,点 M、N 也
随之运动).若点 P 运动到 t 秒时,两个等腰直角三角形分别有一条边恰好落在同一条直线
上,求此刻 t 的值.
图 1
解答
(1) 因 为 抛 物 线 2 21 5 3 24 4
m my x x m m 经 过 原 点 , 所 以
2 3 2 0m m . 解得 1 2m , 2 1m (舍去).因此 21 5
4 2y x x .所以点 B 的坐
标为(2,4).
(2) ①如图 4,设 OP 的长为 t,那么 PE=2t,EC=2t,点 C 的坐标为(3t, 2t).当点 C
落在抛物线上时, 21 52 (3 ) 34 2t t t .解得 22
9t OP .
②如图 1,当两条斜边 PD 与 QM 在同一条直线上时,点 P、Q 重合.此时 3t=10.解
得 10
3t .
如图 2,当两条直角边 PC 与 MN 在同一条直线上,△PQN 是等腰直角三角形,PQ=
PE.此时10 3 2t t .解得 2t .
如图 3,当两条直角边 DC 与 QN 在同一条直线上,△PQC 是等腰直角三角形,PQ=
PD.此时10 3 4t t .解得 10
7t .
图 1 图 2 图 3
考点伸展
在本题情境下,如果以 PD 为直径的圆 E 与以 QM 为直径的圆 F 相切,求 t 的值.
如图 5,当 P、Q 重合时,两圆内切, 10
3t .
如图 6,当两圆外切时, 30 20 2t .
图 4 图 5 图 6
例 6 如图 1,已知 A、B 是线段 MN 上的两点, 4MN , 1MA , 1MB .以 A 为中心
顺时针旋转点 M,以 B 为中心逆时针旋转点 N,使 M、N 两点重合成一点 C,构成△ABC,
设 xAB .
(1)求 x 的取值范围;
(2)若△ABC 为直角三角形,求 x 的值;
(3)探究:△ABC 的最大面积?
图 1
解答
(1)在
△
ABC 中, 1AC , xAB , xBC 3 ,所以
.31
,31
xx
xx 解得 21 x .
(2)①若 AC 为斜边,则 22 )3(1 xx ,即 0432 xx ,此方程无实根.
②若 AB 为斜边,则 1)3( 22 xx ,解得
3
5x ,满足 21 x .
③若 BC 为斜边,则 22 1)3( xx ,解得
3
4x ,满足 21 x .
因此当
3
5x 或
3
4x 时,△ABC 是直角三角形.
(3)在
△
ABC 中,作 ABCD 于 D,设 hCD ,
△
ABC 的面积为 S,则 xhS 2
1 .
① 如 图 2 , 若 点 D 在 线 段 AB 上 , 则 xhxh 222 )3(1 . 移 项 , 得
222 1)3( hxhx .两边平方,得 22222 112)3( hhxxhx .整理,
得 431 2 xhx . 两 边 平 方 , 得 16249)1( 222 xxhx . 整 理 , 得
16248 222 xxhx
所以 4624
1 2222 xxhxS 2
1)2
3(2 2 x ( 4 23 x ≤ ).
当
2
3x 时(满足 4 23 x ≤ ), 2S 取最大值
2
1 ,从而 S 取最大值
2
2 .
图 2 图 3
②如图 3,若点 D 在线段 MA 上,则 xhhx 222 1)3( .
同理可得, 4624
1 2222 xxhxS 2
1)2
3(2 2 x ( 41 3x ≤ ).
易知此时
2
2S .
综合①②得,
△
ABC 的最大面积为
2
2 .
考点伸展
第(3)题解无理方程比较烦琐,迂回一下可以避免烦琐的运算:设 aAD ,
例如在图 2 中,由 2222 BDBCADAC 列方程 222 )()3(1 axxa .
整理,得
x
xa 43 .所以
21 a 2
22 16248431
x
xx
x
x
.
因此
462)1(4
1 2222 xxaxS .
例 7 如图 1,直线 43
4 xy 和 x 轴、y 轴的交点分别为 B、C,点 A 的坐标是(-2,0).
(1)试说明△ABC 是等腰三角形;
(2)动点 M 从 A 出发沿 x 轴向点 B 运动,同时动点 N 从点 B 出发沿线段 BC 向点 C
运动,运动的速度均为每秒 1 个单位长度.当其中一个动点到达终点时,他们都停止运动.设
M 运动 t 秒时,△MON 的面积为 S.
① 求 S 与 t 的函数关系式;
② 设点 M 在线段 OB 上运动时,是否存在 S=4 的情形?若存在,求出对应的 t 值;若
不存在请说明理由;
③在运动过程中,当△MON 为直角三角形时,求 t 的值.
图 1
解答
(1)直线 43
4 xy 与 x 轴的交点为 B(3,0)、与 y 轴的交点 C(0,4).Rt△BOC
中,OB=3,OC=4,所以 BC=5.点 A 的坐标是(-2,0),所以 BA=5.因此 BC=BA,
所以△ABC 是等腰三角形.
(2)①如图 2,图 3,过点 N 作 NH⊥AB,垂足为 H.在 Rt△BNH 中,BN=t, 4sin 5B ,
所以 4
5NH t .
如图 2,当 M 在 AO 上时,OM=2-t,此时
21 1 4 2 4(2 )2 2 5 5 5S OM NH t t t t .
定义域为 0<t≤2.
如图 3,当 M 在 OB 上时,OM=t-2,此时
21 1 4 2 4( 2)2 2 5 5 5S OM NH t t t t .
定义域为 2<t≤5.
图 2 图 3
②把 S=4 代入 22 4
5 5S t t ,得 22 4 45 5t t .解得 1 2 11t , 2 2 11t (舍
去负值).因此,当点 M 在线段 OB 上运动时,存在 S=4 的情形,此时 2 11t .
③如图 4,当∠OMN=90°时,在 Rt△BNM 中,BN=t,BM 5 t , 3cos 5B ,所
以 5 3
5
t
t
.解得 25
8t .
如图 5,当∠OMN=90°时,N 与 C 重合, 5t .不存在∠ONM=90°的可能.
所以,当 25
8t 或者 5t 时,△MON 为直角三角形.
图 4 图 5
考点伸展
在本题情景下,如果△MON 的边与 AC 平行,求 t 的值.
如图 6,当 ON//AC 时,t=3;如图 7,当 MN//AC 时,t=2.5.
图 6 图 7
例 8 如图 1,直线 43
4 xy 和 x 轴、y 轴的交点分别为 B、C,点 A 的坐标是(-2,0).
(1)试说明△ABC 是等腰三角形;
(2)动点 M 从 A 出发沿 x 轴向点 B 运动,同时动点 N 从点 B 出发沿线段 BC 向点 C
运动,运动的速度均为每秒 1 个单位长度.当其中一个动点到达终点时,他们都停止运动.设
M 运动 t 秒时,△MON 的面积为 S.
① 求 S 与 t 的函数关系式;
② 设点 M 在线段 OB 上运动时,是否存在 S=4 的情形?若存在,求出对应的 t 值;若
不存在请说明理由;
③在运动过程中,当△MON 为直角三角形时,求 t 的值.
图 1
解答
(1)直线 43
4 xy 与 x 轴的交点为 B(3,0)、与 y 轴的交点 C(0,4).
Rt△BOC 中,OB=3,OC=4,所以 BC=5.
点 A 的坐标是(-2,0),所以 BA=5.
因此 BC=BA,所以△ABC 是等腰三角形.
(2)①如图 2,图 3,过点 N 作 NH⊥AB,垂足为 H.
在 Rt△BNH 中,BN=t, 4sin 5B ,所以 4
5NH t .
如图 2,当 M 在 AO 上时,OM=2-t,此时
21 1 4 2 4(2 )2 2 5 5 5S OM NH t t t t .定义域为 0<t≤2.
如图 3,当 M 在 OB 上时,OM=t-2,此时
21 1 4 2 4( 2)2 2 5 5 5S OM NH t t t t .定义域为 2<t≤5.
图 2 图 3
②把 S=4 代入 22 4
5 5S t t ,得 22 4 45 5t t .
解得 1 2 11t , 2 2 11t (舍去负值).
因此,当点 M 在线段 OB 上运动时,存在 S=4 的情形,此时 2 11t .
③如图 4,当∠OMN=90°时,在 Rt△BNM 中,BN=t,BM 5 t , 3cos 5B ,
所以 5 3
5
t
t
.解得 25
8t .
如图 5,当∠OMN=90°时,N 与 C 重合, 5t .
不存在∠ONM=90°的可能.
所以,当 25
8t 或者 5t 时,△MON 为直角三角形.
图 4 图 5
考点伸展
在本题情景下,如果△MON 的边与 AC 平行,求 t 的值.
如图 6,当 ON//AC 时,t=3;如图 7,当 MN//AC 时,t=2.5.
图 6 图 7
1.4 因动点产生的平行四边形问题
例 1 如图 1,在 Rt△ABC 中,∠C=90°,AC=6,BC=8,动点 P 从点 A 开始沿
边 AC 向点 C 以每秒 1 个单位长度的速度运动,动点 Q 从点 C 开始沿边 CB 向点 B 以每秒 2
个单位长度的速度运动,过点 P 作 PD//BC,交 AB 于点 D,联结 PQ.点 P、Q 分别从点 A、
C 同时出发,当其中一点到达端点时,另一点也随之停止运动,设运动的时间为 t 秒(t≥0).
(1)直接用含 t 的代数式分别表示:QB=_______,PD=_______;
(2)是否存在 t 的值,使四边形 PDBQ 为菱形?若存在,求出 t 的值;若不存在,说
明理由,并探究如何改变点 Q 的速度(匀速运动),使四边形 PDBQ 在某一时刻为菱形,求
点 Q 的速度;
(3)如图 2,在整个运动过程中,求出线段 PQ 的中点 M 所经过的路径长.
图 1 图 2
解答
(1)QB=8-2t,PD= 4
3 t .
(2)如图 3,作∠ABC 的平分线交 CA 于 P,过点 P 作 PQ//AB 交 BC 于 Q,那么四边
形 PDBQ 是菱形.
过点 P 作 PE⊥AB,垂足为 E,那么 BE=BC=8.
在 Rt △ ABC 中 , AC = 6 , BC = 8 , 所 以 AB =
10. 图 3
在 Rt△APE 中, 2 3cos 5
AEA AP t
,所以 10
3t .
当 PQ//AB 时, CQ CP
CB CA
,即
106 3
8 6
CQ
.解得 32
9CQ .
所以点 Q 的运动速度为 32 10 16
9 3 15
.
(3)以 C 为原点建立直角坐标系.
如图 4,当 t=0 时,PQ 的中点就是 AC 的中点 E(3,0).
如图 5,当 t=4 时,PQ 的中点就是 PB 的中点 F(1,4).
直线 EF 的解析式是 y=-2x+6.
如图 6,PQ 的中点 M 的坐标可以表示为( 6
2
t ,t).经验证,点 M( 6
2
t ,t)在直
线 EF 上.
所以 PQ 的中点 M 的运动路径长就是线段 EF 的长,EF= 2 5 .
图 4 图 5 图 6
考点伸展
第(3)题求点 M 的运动路径还有一种通用的方法是设二次函数:
当 t=2 时,PQ 的中点为(2,2).
设点 M 的运动路径的解析式为 y=ax2+bx+c,代入 E(3,0)、F(1,4)和(2,2),
得
9 3 0,
4,
4 2 2.
a b c
a b c
a b c
解得 a=0,b=-2,c=6.
所以点 M 的运动路径的解析式为 y=-2x+6.
例 2 如图 1,在平面直角坐标系中,已知矩形 ABCD 的三个顶点 B(1, 0)、C(3, 0)、
D(3, 4).以 A 为顶点的抛物线 y=ax2+bx+c 过点 C.动点 P 从点 A 出发,沿线段 AB 向点
B 运动,同时动点 Q 从点 C 出发,沿线段 CD 向点 D 运动.点 P、Q 的运动速度均为每秒 1
个单位,运动时间为 t 秒.过点 P 作 PE⊥AB 交 AC 于点 E.
(1)直接写出点 A 的坐标,并求出抛物线的解析式;
(2)过点 E 作 EF⊥AD 于 F,交抛物线于点 G,当 t 为何值时,△ACG 的面积最大?
最大值为多少?
(3)在动点 P、Q 运动的过程中,当 t 为何值时,在矩形 ABCD 内(包括边界)存在
点 H,使以 C、Q、E、H 为顶点的四边形为菱形?请直接写出 t 的值.
图 1
解答
(1)A(1, 4).因为抛物线的顶点为 A,设抛物线的解析式为 y=a(x-1)2+4,
代入点 C(3, 0),可得 a=-1.
所以抛物线的解析式为 y=-(x-1)2+4=-x2+2x+3.
(2)因为 PE//BC,所以 2AP AB
PE BC
.因此 1 1
2 2PE AP t .
所以点 E 的横坐标为 11 2 t .
将 11 2x t 代入抛物线的解析式,y=-(x-1)2+4= 214 4 t .
所以点 G 的纵坐标为 214 4 t .于是得到 2 21 1(4 ) (4 )4 4GE t t t t .
因此 2 21 1 1( ) ( 2) 12 4 4ACG AGE CGES S S GE AF DF t t t .
所以当 t=1 时,△ACG 面积的最大值为 1.
(3) 20
13t 或 20 8 5t .
考点伸展
第(3)题的解题思路是这样的:
因为 FE//QC,FE=QC,所以四边形 FECQ 是平行四边形.再构造点 F 关于 PE 轴对称
的点 H′,那么四边形 EH′CQ 也是平行四边形.
再根据 FQ=CQ 列关于 t 的方程,检验四边形 FECQ 是否为菱形,根据 EQ=CQ 列关
于 t 的方程,检验四边形 EH′CQ 是否为菱形.
1(1 ,4 )2E t t , 1(1 ,4)2F t , (3, )Q t , (3,0)C .
如图 2,当 FQ=CQ 时,FQ2=CQ2,因此 2 2 21( 2) (4 )2 t t t .
整理,得 2 40 80 0t t .解得 1 20 8 5t , 2 20 8 5t (舍去).
如图 3,当 EQ=CQ 时,EQ2=CQ2,因此 2 2 21( 2) (4 2 )2 t t t .
整理,得 213 72 800 0t t . (13 20)( 40) 0t t .所以 1
20
13t , 2 40t (舍去).
图 2 图 3
例 3 已知平面直角坐标系 xOy(如图 1),一次函数 3 34y x 的图象与 y 轴交于
点 A,点 M 在正比例函数 3
2y x 的图象上,且 MO=MA.二
次函数
y=x2+bx+c 的图象经过点 A、M.
(1)求线段 AM 的长;
(2)求这个二次函数的解析式;
(3)如果点 B 在 y 轴上,且位于点 A 下方,点 C 在上述
二次函数的图象上,点 D 在一次函数 3 34y x 的图象上,且
四边形 ABCD 是菱形,求点 C 的坐标.
图 1
解答
(1)当 x=0 时, 3 3 34y x ,所以点 A 的坐标为(0,3),OA=3.
如图 2,因为 MO=MA,所以点 M 在 OA 的垂直平分线上,点 M 的纵坐标为 3
2
.将 3
2y
代入 3
2y x ,得 x=1.所以点 M 的坐标为 3(1, )2
.因此 13
2AM .
(2)因为抛物线 y=x2+bx+c 经过 A(0,3)、M 3(1, )2
,所以
3,
31 .2
c
b c
解得 5
2b ,
3c .所以二次函数的解析式为 2 5 32y x x .
(3)如图 3,设四边形 ABCD 为菱形,过点 A 作 AE⊥CD,垂足为 E.
在 Rt△ADE 中,设 AE=4m,DE=3m,那么 AD=5m.
因此点 C 的坐标可以表示为(4m,3-2m).将点 C(4m,3-2m)代入 2 5 32y x x ,得
23 2 16 10 3m m m .解得 1
2m 或者 m=0(舍去).
因此点 C 的坐标为(2,2).
图 2 图 3
考点伸展
如果第(3)题中,把“四边形 ABCD 是菱形”改为“以 A、B、C、D 为顶点的四边形
是菱形”,那么还存在另一种情况:
如图 4,点 C 的坐标为 7 27( , )4 16
.
图 4
例 4 将抛物线 c1: 23 3y x 沿 x 轴翻折,得到抛物线 c2,如图 1 所示.
(1)请直接写出抛物线 c2 的表达式;
(2)现将抛物线 c1 向左平移 m 个单位长度,平移后得到新抛物线的顶点为 M,与 x 轴
的交点从左到右依次为 A、B;将抛物线 c2 向右也平移 m 个单位长度,平移后得到新抛物线
的顶点为 N,与 x 轴的交点从左到右依次为 D、E.
①当 B、D 是线段 AE 的三等分点时,求 m 的值;
②在平移过程中,是否存在以点 A、N、E、M 为顶点的四边形是矩形的情形?若存在,
请求出此时 m 的值;若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)抛物线 c2 的表达式为 23 3y x .
(2)抛物线 c1: 23 3y x 与 x 轴的两个交点为(-1,0)、(1,0),顶点为(0, 3).
抛物线 c2: 23 3y x 与 x 轴的两个交点也为(-1,0)、(1,0),顶点为(0, 3) .
抛物线 c1 向左平移 m 个单位长度后,顶点 M 的坐标为( , 3)m ,与 x 轴的两个交点为
( 1 ,0)A m 、 (1 ,0)B m ,AB=2.
抛物线 c2 向右平移 m 个单位长度后,顶点 N 的坐标为 ( , 3)m ,与 x 轴的两个交点为
( 1 ,0)D m 、 (1 ,0)E m .所以 AE=(1+m)-(-1-m)=2(1+m).
①B、D 是线段 AE 的三等分点,存在两种情况:
情形一,如图 2,B 在 D 的左侧,此时 1 23AB AE ,AE=6.所以 2(1+m)=6.解得
m=2.
情形二,如图 3,B 在 D 的右侧,此时 2 23AB AE ,AE=3.所以 2(1+m)=3.解得
1
2m .
图 2 图 3 图 4
②如果以点 A、N、E、M 为顶点的四边形是矩形,那么 AE=MN=2OM.而 OM2=m2
+3,所以 4(1+m)2=4(m2+3).解得 m=1(如图 4).
考点伸展
第(2)题②,探求矩形 ANEM,也可以用几何说理的方法:
在等腰三角形 ABM 中,因为 AB=2,AB 边上的高为 3 ,所以△ABM 是等边三角形.
同理△DEN 是等边三角形.当四边形 ANEM 是矩形时,B、D 两点重合.
因为起始位置时 BD=2,所以平移的距离 m=1.
例 5 如图 1,在平面直角坐标系中,已知抛物线经过 A(-4,0)、B(0,-4)、C(2,0)
三点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)若点 M 为第三象限内抛物线上一动点,点 M 的横坐标为 m,△MAB 的面积为 S,
求 S 关于 m 的函数关系式,并求出 S 的最大值;
(3)若点 P 是抛物线上的动点,点 Q 是直线 y=-x 上的动点,判断有几个位置能使
以点 P、Q、B、O 为顶点的四边形为平行四边形,直接写出相应的点 Q 的坐标.
图 1 图 2
解答
(1) 因为抛物线与 x 轴交于 A(-4,0)、C(2,0)两点,设 y=a(x+4)(x-2).代入点 B(0,-
4),求得 1
2a .所以抛物线的解析式为 21 1( 4)( 2) 42 2y x x x x .
(2)如图 2,直线 AB 的解析式为 y=-x-4.过点 M 作 x 轴的垂线交 AB 于 D,那么
2 21 1( 4) ( 4) 22 2MD m m m m m .所以
21 42MDA MDBS S S MD OA m m 2( 2) 4m .
因此当 2m 时,S 取得最大值,最大值为 4.
(3) 如果以点 P、Q、B、O 为顶点的四边形是平行四边形,那么 PQ//OB,PQ=OB=4.
设点 Q 的坐标为 ( , )x x ,点 P 的坐标为 21( , 4)2x x x .
①当点 P 在点 Q 上方时, 21( 4) ( ) 42 x x x .解得 2 2 5x .
此时点 Q 的坐标为 ( 2 2 5,2 2 5) (如图 3),或 ( 2 2 5,2 2 5) (如图 4).
②当点 Q 在点 P 上方时, 21( ) ( 4) 42x x x .
解得 4x 或 0x (与点 O 重合,舍去).此时点 Q 的坐标为(-4,4) (如图 5).
图 3 图 4 图 5
考点伸展
在本题情境下,以点 P、Q、B、O 为顶点的四边形能成为直角梯形吗?
如图 6,Q(2,-2);如图 7,Q(-2,2);如图 8,Q(4,-4).
图 6 图 7 图 8
例 6 在直角梯形 OABC 中,CB//OA,∠COA=90°,CB=3,OA=6,BA=3 5 .分
别以 OA、OC 边所在直线为 x 轴、y 轴建立如图 1 所示的平面直角坐标系.
(1)求点 B 的坐标;
(2)已知 D、E 分别为线段 OC、OB 上的点,OD=5,OE=2EB,直线 DE 交 x 轴于
点 F.求直线 DE 的解析式;
(3)点 M 是(2)中直线 DE 上的一个动点,在 x 轴上方的平面内是否存在另一点 N,
使以 O、D、M、N 为顶点的四边形是菱形?若存在,请求出点 N 的坐标;若不存在,请说
明理由.
图 1 图 2
解答
(1)如图 2,作 BH⊥x 轴,垂足为 H,那么四边形 BCOH 为矩形,OH=CB=3.
在 Rt△ABH 中,AH=3,BA=3 5 ,所以 BH=6.因此点 B 的坐标为(3,6).
(2) 因为 OE=2EB,所以 2 23E Bx x , 2 43E By y ,E(2,4).
设直线 DE 的解析式为 y=kx+b,代入 D(0,5),E(2,4),得 5,
2 4.
b
k b
解得 1
2k ,
5b .所以直线 DE 的解析式为 1 52y x .
(3) 由 1 52y x ,知直线 DE 与 x 轴交于点 F(10,0),OF=10,DF=5 5 .
①如图 3,当 DO 为菱形的对角线时,MN 与 DO 互相垂直平分,点 M 是 DF 的中点.此
时点 M 的坐标为(5, 5
2
),点 N 的坐标为(-5, 5
2
).
②如图 4,当 DO、DN 为菱形的邻边时,点 N 与点 O 关于点 E 对称,此时点 N 的坐标
为(4,8).
③如图 5,当 DO、DM 为菱形的邻边时,NO=5,延长 MN 交 x 轴于 P.
由△NPO∽△DOF,得 NP PO NO
DO OF DF
,即 5
5 10 5 5
NP PO .解得 5NP ,
2 5PO .此时点 N 的坐标为 ( 2 5, 5) .
图 3 图 4
考点伸展
如果第(3)题没有限定点 N 在 x 轴上方的平面内,那么菱形还有如图 6 的情形.
图 5 图 6
例 7 如图 1,等边△ABC 的边长为 4,E 是边 BC 上的动点,EH⊥AC 于 H,过 E
作 EF∥AC,交线段 AB 于点 F,在线段 AC 上取点 P,使 PE=EB.设 EC=x(0<x≤2).
(1)请直接写出图中与线段 EF 相等的两条线段(不再另外添加辅助线);
(2)Q 是线段 AC 上的动点,当四边形 EFPQ 是平行四边形时,求平行四边形 EFPQ
的面积(用含 x 的代数式表示);
(3)当(2)中 的平行四边形 EFPQ 面积最大值时,以 E 为圆心,r 为半径作圆,根
据⊙E 与此时平行四边形 EFPQ 四条边交点的总个数,求相应的 r 的取值范围.
图 1
解答
(1)BE、PE、BF 三条线段中任选两条.
(2)如图 2,在 Rt△CEH 中,∠C=60°,EC=x,所以 xEH 2
3 .因为 PQ=FE
=BE=4-x,所以 xxxxEHPQS EFPQ 322
3)4(2
3 2 平行四边形 .
(3)因为 xxS EFPQ 322
3 2 平行四边形 3222
3 2 )(x ,所以当 x=2 时,
平行四边形 EFPQ 的面积最大.
此时 E、F、P 分别为△ABC 的三边 BC、AB、AC 的中点,且 C、Q 重合,四边形 EFPQ
是边长为 2 的菱形(如图 3).
图 2 图 3
过点 E 点作 ED⊥FP 于 D,则 ED=EH= 3 .
如图 4,当⊙E 与平行四边形 EFPQ 的四条边交点的总个数是 2 个时,0<r< 3 ;
如图 5,当⊙E 与平行四边形 EFPQ 的四条边交点的总个数是 4 个时,r= 3 ;
如图 6,当⊙E 与平行四边形 EFPQ 的四条边交点的总个数是 6 个时, 3 <r<2;
如图 7,当⊙E 与平行四边形 EFPQ 的四条边交点的总个数是 3 个时,r=2 时;
如图 8,当⊙E 与平行四边形 EFPQ 的四条边交点的总个数是 0 个时,r>2 时.
图 4 图 5 图 6
图 7 图 8
考点伸展
本题中 E 是边 BC 上的动点,设 EC=x,如果没有限定 0<x≤2,那么平行四边形 EFPQ
的面积是如何随 x 的变化而变化的?
事实上,当 x>2 时,点 P 就不存在了,平行四边形 EFPQ 也就不存在了.
因此平行四边形 EFPQ 的面积随 x 的增大而增大.
例 8 如图 1,抛物线 322 xxy 与 x 轴相交于 A、B 两点(点 A 在点 B 的左
侧),与 y 轴相交于点 C,顶点为 D.
(1)直接写出 A、B、C 三点的坐标和抛物线的对称轴;
(2)连结 BC,与抛物线的对称轴交于点 E,点 P 为线段 BC 上的一个动点,过点 P 作
PF//DE 交抛物线于点 F,设点 P 的横坐标为 m.
①用含 m 的代数式表示线段 PF 的长,并求出当 m 为何值时,四边形 PEDF 为平行四
边形?
②设△BCF 的面积为 S,求 S 与 m 的函数关系.
图 1
解答
(1)A(-1,0),B(3,0),C(0,3).抛物线的对称轴是 x=1.
(2)①直线 BC 的解析式为 y=-x+3.
把 x=1 代入 y=-x+3,得 y=2.所以点 E 的坐标为(1,2).
把 x=1 代入 322 xxy ,得 y=4.所以点 D 的坐标为(1,4).
因此 DE=2.
因为 PF//DE,点 P 的横坐标为 m,设点 P 的坐标为 )3,( mm ,点 F 的坐标为
)32,0( 2 mm ,因此 mmmmmFP 3)3()32( 22 .
当四边形 PEDF 是平行四边形时,DE=FP.于是得到 232 mm .解得 21 m ,
12 m (与点 E 重合,舍去).
因此,当 m=2 时,四边形 PEDF 是平行四边形时.
②设直线 PF 与 x 轴交于点 M,那么 OM+BM=OB=3.因此
BMFPOMFPSSSS CPFBPFBCF 2
1
2
1
mmmm 2
9
2
33)3(2
1 22 .
m 的变化范围是 0≤m≤3.
图 2 图 3
考点伸展
在本题条件下,四边形 PEDF 可能是等腰梯形吗?如果可能,求 m 的值;如果不可能,
请说明理由.
如图 4,如果四边形 PEDF 是等腰梯形,那么 DG=EH,因此 EPFD yyyy .
于是 2)3()32(4 2 mmm .解得 01 m (与点 CE 重合,舍去), 12 m
(与点 E 重合,舍去).
因此四边形 PEDF 不可能成为等腰梯形.
图 4
1.5 因动点产生的梯形问题
例 1 已知直线 y=3x-3 分别与 x 轴、y 轴交于点 A,B,抛物线 y=ax2+2x+c 经过
点 A,B.
(1)求该抛物线的表达式,并写出该抛物线的对称轴和顶
点坐标;
(2)记该抛物线的对称轴为直线 l,点 B 关于直线 l 的对称
点为 C,若点 D 在 y 轴的正半轴上,且四边形 ABCD 为梯形.
①求点 D 的坐标;
②将此抛物线向右平移,平移后抛物线的顶点为 P,其对称
轴与直线 y=3x-3 交于点 E,若
7
3tan DPE ,求四边形 BDEP
的面积.
图 1
解答
(1)直线 y=3x-3 与 x 轴的交点为 A(1,0),与 y 轴的交点为 B(0,-3).
将 A(1,0)、B(0,-3)分别代入 y=ax2+2x+c,
得 2 0,
3.
a c
c
解得 1,
3.
a
c
所以抛物线的表达式为 y=x2+2x-3.
对称轴为直线 x=-1,顶点为(-1,-4).
(2)①如图 2,点 B 关于直线 l 的对称点 C 的坐标为(-2,-3).
因为 CD//AB,设直线 CD 的解析式为 y=3x+b,
代入点 C(-2,-3),可得 b=3.
所以点 D 的坐标为(0,3).
②过点 P 作 PH⊥y 轴,垂足为 H,那么∠PDH=∠DPE.
由
7
3tan DPE ,得 3tan 7
PHPDH DH
.
而 DH=7,所以 PH=3.
因此点 E 的坐标为(3,6).
所以 1 ( ) 242BDEPS BD EP PH 梯形 .
图 2 图 3
考点伸展
第(2)①用几何法求点 D 的坐标更简便:
因为 CD//AB,所以∠CDB=∠ABO.
因此 1
3
BC OA
BD OB
.所以 BD=3BC=6,OD=3.因此
D(0,3).
例 2 如图 1,把两个全等的 Rt△AOB 和 Rt△COD
方别置于平面直角坐标系中,使直角边 OB、OD 在 x 轴上.已
知点 A(1,2),过 A、C 两点的直线分别交 x 轴、y 轴于点 E、F.抛物线 y=ax2+bx+c 经过
O、A、C 三点.
(1)求该抛物线的函数解析式;
(2)点 P 为线段 OC 上的一个动点,过点 P 作 y 轴的平行线交抛物线于点 M,交 x 轴
于点 N,问是否存在这样的点 P,使得四边形 ABPM 为等腰梯形?若存在,求出此时点 P
的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)若△AOB 沿 AC 方向平移(点 A 始终在线段 AC 上,且不与点 C 重合),△AOB
在平移的过程中与△COD 重叠部分的面积记为 S.试探究 S 是否存在最大值?若存在,求
出这个最大值;若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)将 A(1,2)、O(0,0)、C(2,1)分别代入 y=ax2+bx+c,
得
2,
0,
4 2 1.
a b c
c
a b c
解得 3
2a , 7
2b , 0c . 所以 23 7
2 2y x x .
(2)如图 2,过点 P、M 分别作梯形 ABPM 的高 PP′、MM′,如果梯形 ABPM 是等腰
梯形,那么 AM′=BP′,因此 yA-y M′=yP′-yB.
直线 OC 的解析式为 1
2y x ,设点 P 的坐标为 1( , )2x x ,那么 23 7( , )2 2M x x x .
解方程 23 7 12 ( )2 2 2x x x ,得 1
2
3x , 2 2x .
x=2 的几何意义是 P 与 C 重合,此时梯形不存在.所以 2 1( , )3 3P .
图 2 图 3
(3)如图 3,△AOB 与△COD 重叠部分的形状是四边形 EFGH,作 EK⊥OD 于 K.
设点 A′移动的水平距离为 m,那么 OG=1+m,GB′=m.
在 Rt△OFG 中, 1 1 (1 )2 2FG OG m .所以 21 (1 )4OFGS m .
在 Rt△A′HG 中,A′G=2-m,所以 1 1 1' (2 ) 12 2 2HG A G m m .
所以 1 3(1 ) (1 )2 2OH OG HG m m m .
在 Rt△OEK 中,OK=2 EK;在 Rt△EHK 中,EK=2HK;所以 OK=4HK.
因此 4 4 3 23 3 2OK OH m m .所以 1
2EK OK m .
所以 21 1 3 3
2 2 2 4OEHS OH EK m m m .
于是 2 2 21 3 1 1 1(1 )4 4 2 2 4OFG OEHS S S m m m m 21 1 3( )2 2 8m .
因为 0<m<1,所以当 1
2m 时,S 取得最大值,最大值为 3
8
.
考点伸展
第(3)题也可以这样来解:设点 A′的横坐标为 a.
由直线 AC:y=-x+3,可得 A′(a, -a+3).
由直线 OC: 1
2y x ,可得 1( , )2F a a .
由直线 OA:y=2x 及 A′(a, -a+3),可得直线 O′A′:y=2x-3a+3, 3 3( ,0)2
aH .
由直线 OC 和直线 O′A′可求得交点 E(2a-2,a-1).
由 E、F、G、H 4 个点的坐标,可得
例 3 已知平面直角坐标系 xOy 中, 抛物线 y=ax2-(a+1)x 与直线 y=kx 的一个
公共点为 A(4,8).
(1)求此抛物线和直线的解析式;
(2)若点 P 在线段 OA 上,过点 P 作 y 轴的平行线交(1)中抛物线于点 Q,求线段
PQ 长度的最大值;
(3)记(1)中抛物线的顶点为 M,点 N 在此抛物线上,若四边形 AOMN 恰好是梯形,
求点 N 的坐标及梯形 AOMN 的面积.
备用图
答案
(1)抛物线的解析式为 y=x2-2x,直线的解析式为 y=2x.
(2)如图 1,当 P 为 OA 的中点时, PQ 的长度取得最大值为 4.
(3)如图 2,如果四边形 AOMN 是梯形,那么点 N 的坐标为(3,3),梯形 AOMN 的面
积为 9.
图 1 图 2
例 4 已知二次函数的图象经过 A(2,0)、C(0,12) 两点,且对称轴为直线 x=
4,设顶点为点 P,与 x 轴的另一交点为点 B.
(1)求二次函数的解析式及顶点 P 的坐标;
(2)如图 1,在直线 y=2x 上是否存在点 D,使四边形 OPBD 为等腰梯形?若存在,
求出点 D 的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)如图 2,点 M 是线段 OP 上的一个动点(O、P 两点除外),以每秒 2 个单位长度
的速度由点 P 向点 O 运动,过点 M 作直线 MN//x 轴,交 PB 于点 N. 将△PMN 沿直线 MN
对折,得到△P1MN. 在动点 M 的运动过程中,设△P1MN 与梯形 OMNB 的重叠部分的面
积为 S,运动时间为 t 秒,求 S 关于 t 的函数关系式.
图 1 图 2
解答
(1)设抛物线的解析式为 2( 4)y a x k ,代入 A(2,0)、C(0,12) 两点,得
4 0,
16 12.
a k
a k
解得 1,
4.
a
k
所以二次函数的解析式为 2 2( 4) 4 8 12y x x x ,顶点 P 的坐标为(4,-4).
(2)由 2 8 12 ( 2)( 6)y x x x x ,知点 B 的坐标为(6,0).
假设在等腰梯形 OPBD,那么 DP=OB=6.设点 D 的坐标为(x,2x).
由两点间的距离公式,得 2 2( 4) (2 4) 36x x .解得 2
5x 或 x=-2.
如图 3,当 x=-2 时,四边形 ODPB 是平行四边形.
所以,当点 D 的坐标为(
5
2 ,
5
4 )时,四边形 OPBD 为等腰梯形.
图 3 图 4 图 5
(3)设△PMN 与△POB 的高分别为 PH、PG.
在 Rt△PMH 中, 2PM t , PH MH t .所以 ' 2 4P G t .
在 Rt△PNH 中, PH t , 1 1
2 2NH PH t .所以 3
2MN t .
① 如图 4,当 0<t≤2 时,重叠部分的面积等于△PMN 的面积.此时 21 3 3
2 2 4S t t t .
②如图 5,当 2<t<4 时,重叠部分是梯形,面积等于△PMN 的面积减去△P′DC 的面
积.由于
2
' 'P DC
PMN
S P G
S PH
△
△
,所以
2
2 2
'
2 4 3 3 (2 4)4 4P DC
tS t tt
△ .
此时 2 2 23 3 9(2 4) 12 124 4 4S t t t t .
考点伸展
第(2)题最好的解题策略就是拿起尺、规画图:
方法一,按照对角线相等画圆.以 P 为圆心,OB 长为半径画圆,与直线 y=2x 有两个
交点,一个是等腰梯形的顶点,一个是平行四边形的顶点.
方法二,按照对边相等画圆.以 B 为圆心,OP 长为半径画圆,与直线 y=2x 有两个交
点,一个是等腰梯形的顶点,一个是平行四边形的顶点.
例 5 如图 1,在平面直角坐标系 xOy 中,抛物线的解析式是 y = 21 14 x ,点 C
的坐标为(–4,0),平行四边形 OABC 的顶点 A,B 在抛物线上,AB 与 y 轴交于点 M,已知
点 Q(x,y)在抛物线上,点 P(t,0)在 x 轴上.
(1) 写出点 M 的坐标;
(2) 当四边形 CMQP 是以 MQ,PC 为腰的梯形时.
① 求 t 关于 x 的函数解析式和自变量 x 的取值范围;
② 当梯形 CMQP 的两底的长度之比为 1∶2 时,求 t 的值.
图 1
解答
(1)因为 AB=OC= 4,A、B 关于 y 轴对称,所以点 A 的横坐标为 2.将 x=2 代入 y=
21 14 x ,得 y=2.所以点 M 的坐标为(0,2).
(2) ① 如图 2,过点 Q 作 QH x 轴,设垂足为 H,则 HQ=y 21 14 x ,HP=x– t .
因 为 CM//PQ , 所 以 ∠ QPH = ∠ MCO . 因 此 tan ∠ QPH = tan ∠ MCO , 即
1
2
HQ OM
HP OC
.所以 21 11 ( )4 2x x t .整理,得 21 22t x x .
如图 3,当 P 与 C 重合时, 4t ,解方程 214 22 x x ,得 1 5x .
如图 4,当 Q 与 B 或 A 重合时,四边形为平行四边形,此时,x= 2.
因此自变量 x 的取值范围是 1 5x ,且 x 2 的所有实数.
图 2 图 3 图 4
②因为 sin∠QPH=sin∠MCO,所以 HQ OM
PQ CM
,即 PQ HQ
CM OM
.
当 1
2
PQ HQ
CM OM
时, 1 12HQ OM .解方程 21 1 14 x ,得 0x (如图 5).此
时 2t .
当 2PQ HQ
CM OM
时, 2 4HQ OM .解方程 21 1 44 x ,得 2 3x .
如图 6,当 2 3x 时, 8 2 3t ;如图 6,当 2 3x 时, 8 2 3t .
图 5 图 6 图 7
考点伸展
本题情境下,以 Q 为圆心、QM 为半径的动圆与 x 轴有怎样的位置关系呢?
设点 Q 的坐标为 21, 14x x
,那么
2 2
2 2 2 21 11 14 4QM x x x
.
而点 Q 到 x 轴的距离为 21 14 x .
因此圆 Q 的半径 QM 等于圆心 Q 到 x 轴的距离,圆 Q 与 x 轴相切.
例 6 已知,矩形 OABC 在平面直角坐标系中位置如图 1 所示,点 A 的坐标为(4,0),
点 C 的坐标为 )20( , ,直线 xy 3
2 与边 BC 相交于点 D.
(1)求点 D 的坐标;
(2)抛物线 cbxaxy 2 经过点 A、D、O,求此抛物线的表达式;
(3)在这个抛物线上是否存在点 M,使 O、D、A、M 为顶点的四边形是梯形?若存在,
请求出所有符合条件的点 M 的坐标;若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)因为 BC//x 轴,点 D 在 BC 上,C(0,-2),所以点 D 的纵坐标为-2.把 y=-2 代入
xy 3
2 ,求得 x=3.所以点 D 的坐标为(3,-2).
(2)由于抛物线与 x 轴交于点 O、A(4,0),设抛物线的解析式为 y=ax(x-4),代入 D (3,
-2),得 2
3a .所求的二次函数解析式为 22 2 8( 4)3 3 3y x x x x .
(3) 设点 M 的坐标为 22 8, 3 3x x x
.
①如图 2,当 OM//DA 时,作 MN⊥x 轴,DQ⊥x 轴,垂足分别为 N、Q.由 tan∠MON
=tan∠DAQ,得
22 8
3 3 2
x x
x
.
因为 x=0 时点 M 与 O 重合,因此 2 8 23 3x ,解得 x=7.此时点 M 的坐标为(7,
14).
②如图 3,当 AM//OD 时,由 tan∠MAN=tan∠DOQ,得
22 8
23 3
4 3
x x
x
.
因为 x=4 时点 M 与 A 重合,因此 2 2
3 3x ,解得 x=-1.此时点 M 的坐标为 10( 1, )3
.
③如图 4,当 DM//OA 时,点 M 与点 D 关于抛物线的对称轴对称,此时点 M 的坐标为
(1,-2).
图 2 图 3 图 4
考点伸展
第(3)题的①、②用几何法进行计算,依据是两直线平行,内错角的正切相等.
如果用代数法进行,计算过程比较麻烦.以①为例,先求出直线 AD 的解析式,再求出
直线 OM 的解析式,最后解由直线 OM 和抛物线的解析式组成的二元二次方程组.
例 7 如图 1,二次函数 )0(2 pqpxxy 的图象与 x 轴交于 A、B 两点,与 y
轴交于点 C(0,-1),△ABC 的面积为
4
5 .
(1)求该二次函数的关系式;
(2)过 y 轴上的一点 M(0,m)作 y 轴的垂线,若该垂线与△ABC 的外接圆有公共点,
求 m 的取值范围;
(3)在该二次函数的图象上是否存在点 D,使以 A、B、C、D 为顶点的四边形为直角
梯形?若存在,求出点 D 的坐标;若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)因为 OC=1,△ABC 的面积为
4
5 ,所以 AB=
2
5 .
设点 A 的坐标为(a,0),那么点 B 的坐标为(a+
2
5 ,0).
设抛物线的解析式为 )2
5)(( axaxy ,代入点 C(0,-1),得 1)2
5( aa .解
得
2
1a 或 2a .
因为二次函数的解析式 qpxxy 2 中, 0p ,所以抛物线的对称轴在 y 轴右侧.因
此点 A、B 的坐标分别为 )0,2
1( , )0,2( .
所以抛物线的解析式为 12
3)2)(2
1( 2 xxxxy .
(2)如图 2,因为 1OBOA , 12 OC ,所以
OB
OC
OC
OA .因此△AOC∽△COB.所
以△ABC 是以 AB 为斜边的直角三角形,外接圆的直径为 AB.
因此 m 的取值范围是
4
5 ≤m≤
4
5 .
图 2 图 3 图 4
(3)设点 D 的坐标为 ))2)(2
1(,( xxx .
①如图 3,过点 A 作 BC 的平行线交抛物线于 D,过点 D 作 DE⊥x 轴于 E.
因为 OBCDAB tantan ,所以
2
1
BO
CO
AE
DE .因此
2
1
2
1
)2)(2
1(
x
xx
.解得
2
5x .此时点 D 的坐标为 )2
3,2
5( .
过 点 B 作 AC 的 平 行 线 交 抛 物 线 于 D , 过 点 D 作 DF ⊥ x 轴 于 F . 因 为
CAODBF tantan ,所以 2
AO
CO
BF
DF .因此 22
)2)(2
1(
x
xx
.解得
2
5x .此
时点 D 的坐标为 )9,2
5( .
综上所述,当 D 的坐标为 )2
3,2
5( 或 )9,2
5( 时,以 A、B、C、D 为顶点的四边形为直
角梯形.
考点伸展
第(3)题可以用代数的方法这样解:例如图 3,先求得直线 BC 为 12
1 xy ,再根
据 AD//BC 求得直线 AD 为
4
1
2
1 xy ,由直线 AD 和抛物线的解析式组成的方程组,得到
点 D 的坐标.
1.6 因动点产生的面积问题
例 1 如图 1,在平面直角坐标系中放置一直角三角板,其顶点为 A(0, 1)、B(2, 0)、
O(0, 0),将此三角板绕原点 O 逆时针旋转 90°,得到三角形 A′B′O.
(1)一抛物线经过点 A′、B′、B,求该抛物线的解析式;
(2)设点 P 是第一象限内抛物线上的一个动点,是否存在点 P,使四边形 PB′A′B 的面
积是△A′B′O 面积的 4 倍?若存在,请求出点 P 的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)在(2)的条件下,试指出四边形 PB′A′B 是哪种形状的四边形?并写出它的两条
性质.
图 1
解答
(1)△AOB 绕着原点 O 逆时针旋转 90°,点 A′、B′的坐标分别为(-1, 0) 、(0, 2).
因为抛物线与 x 轴交于 A′(-1, 0)、B(2, 0),设解析式为 y=a(x+1)(x-2),
代入 B′(0, 2),得 a=1.
所以该抛物线的解析式为 y=-(x+1)(x-2) =-x2+x+2.
(2)S△A′B′O=1.
如果 S 四边形 PB′A′B=4 S△A′B′O=4,那么 S 四边形 PB′OB=3 S△A′B′O=3.
如图 2,作 PD⊥OB,垂足为 D.
设点 P 的坐标为 (x,-x2+x+2).
2 3 2
'
1 1 1 1( ' ) (2 2) 22 2 2 2PB ODS DO B O PD x x x x x x 梯形 .
2 3 21 1 1 3(2 )( 2) 22 2 2 2PDBS DB PD x x x x x .
所以 2
' ' ' 2 +2PDBPB A D PB ODS S S x x 四边形 梯形 .
解方程-x2+2x+2=3,得 x1=x2=1.
所以点 P 的坐标为(1,2).
图 2 图 3 图 4
(3)如图 3,四边形 PB′A′B 是等腰梯形,它的性质有:等腰梯形的对角线相等;等腰
梯形同以底上的两个内角相等;等腰梯形是轴对称图形,对称轴是经过两底中点的直线.
考点伸展
第(2)题求四边形 PB′OB 的面积,也可以如图 4 那样分割图形,这样运算过程更简单.
'
1 1' 22 2PB O PS B O x x x .
2 21 1 2( 2) 22 2PBO PS BO y x x x x .
所以 2
'' ' 2 +2PB O PBOPB A DS S S x x 四边形 .
甚至我们可以更大胆地根据抛物线的对称性直接得到点 P:
作△A′OB′关于抛物线的对称轴对称的△BOE,那么点 E 的坐标为(1,2).
而矩形 EB′OD 与△A′OB′、△BOP 是等底等高的,所以四边形 EB′A′B 的面积是△A′B′O
面积的 4 倍.因此点 E 就是要探求的点 P.
例 2 如图 1,在平面直角坐标系中,直线 1 12y x 与抛物线 y=ax2+bx-3 交于 A、
B 两点,点 A 在 x 轴上,点 B 的纵坐标为 3.点 P 是直线 AB 下方的抛物线上的一动点(不
与点 A、B 重合),过点 P 作 x 轴的垂线交直线 AB 于点 C,作 PD⊥AB 于点 D.
(1)求 a、b 及 sin∠ACP 的值;
(2)设点 P 的横坐标为 m.
①用含 m 的代数式表示线段 PD 的长,并求出线段 PD 长的最大值;
②连结 PB,线段 PC 把△PDB 分成两个三角形,是否存在适合的 m 的值,使这两个三
角形的面积比为 9∶10?若存在,直接写出 m 的值;若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)设直线 1 12y x 与 y 轴交于点 E,那么 A(-2,0),B(4,3),E(0,1).
在 Rt△AEO 中,OA=2,OE=1,所以 5AE .所以 2 5sin 5AEO .
因为 PC//EO,所以∠ACP=∠AEO.因此 2 5sin 5ACP .
将 A(-2,0)、B(4,3)分别代入 y=ax2+bx-3,得 4 2 3 0,
16 4 3 3.
a b
a b
解得 1
2a , 1
2b .
(2)由 21 1( , 3)2 2P m m m , 1( , 1)2C m m ,
得 2 21 1 1 1( 1) ( 3) 42 2 2 2PC m m m m m .
所以 2 22 5 2 5 1 5 9 5sin ( 4) ( 1)5 5 2 5 5PD PC ACP PC m m m .
所以 PD 的最大值为 9 5
5
.
(3)当 S△PCD∶S△PCB=9∶10 时, 5
2m ;
当 S△PCD∶S△PCB=10∶9 时, 32
9m .
图 2
考点伸展
第(3)题的思路是:△PCD 与△PCB 是同底边 PC 的两个三角形,面积比等于对应高
DN 与 BM 的比.
而 25 2 5 1 1cos cos ( 4) ( 2)( 4)5 5 2 5DN PD PDN PD ACP m m m m ,
BM=4-m.
①当 S△PCD∶S△PCB=9∶10 时, 1 9( 2)( 4) (4 )5 10m m m .解得 5
2m .
②当 S△PCD∶S△PCB=10∶9 时, 1 10( 2)( 4) (4 )5 9m m m .解得 32
9m .
例 3 如图 1,直线 l 经过点 A(1,0),且与双曲线 my x
(x>0)交于点 B(2,1).过点
( , 1)P p p (p>1)作 x 轴的平行线分别交曲线 my x
(x>0)和 my x
(x<0)于 M、N 两点.
(1)求 m 的值及直线 l 的解析式;
(2)若点 P 在直线 y=2 上,求证:△PMB∽△PNA;
(3)是否存在实数 p,使得 S△AMN=4S△AMP?若存在,请求出所有满足条件的 p 的值;
若不存在,请说明理由.
图 1
解答
(1)因为点 B(2,1)在双曲线 my x
上,所以 m=2.设直线 l 的解析式为 y kx b ,
代入点 A(1,0)和点 B(2,1),得 0,
2 1.
k b
k b
解得 1,
1.
k
b
所以直线 l 的解析式为 1y x .
(2)由点 ( , 1)P p p (p>1)的坐标可知,点 P 在直线 1y x 上 x 轴的上方.如图 2,
当 y=2 时,点 P 的坐标为(3,2).此时点 M 的坐标为(1,2),点 N 的坐标为(-1,2).
由 P(3,2)、M(1,2)、B(2,1)三点的位置关系,可知△PMB 为等腰直角三角形.
由 P(3,2)、N(-1,2)、A(1,0)三点的位置关系,可知△PNA 为等腰直角三角形.
所以△PMB∽△PNA.
图 2 图 3 图 4
(3)△AMN 和△AMP 是两个同高的三角形,底边 MN 和 MP 在同一条直线上.
当 S△AMN=4S△AMP 时,MN=4MP.
①如图 3,当 M 在 NP 上时,xM-xN=4(xP-xM).因此 2 2 2( ) 4 ( 1)xx x x
.解
得 1 13
2x 或 1 13
2x (此时点 P 在 x 轴下方,舍去).此时 1 13
2p .
② 如 图 4 , 当 M 在 NP 的 延 长 线 上 时 , xM - xN = 4(xM - xP) . 因 此
2 2 2( ) 4 ( 1)xx x x
.解得 1 5
2x 或 1 5
2x (此时点 P 在 x 轴下方,舍去).此
时 1 5
2p .
考点伸展
在本题情景下,△AMN 能否成为直角三角形?
情形一,如图 5,∠AMN=90°,此时点 M 的坐标为(1,2),点 P 的坐标为(3,2).
情形二,如图 6,∠MAN=90°,此时斜边 MN 上的中线等于斜边的一半.
不存在∠ANM=90°的情况.
图 5 图 6
例 4 如图 1,在平面直角坐标系 xOy 中,直角梯形 OABC 的顶点 O 为坐标原点,
顶点 A、C 分别在 x 轴、y 轴的正半轴上,CB∥OA,OC=4,BC=3,OA=5,点 D 在边
OC 上,CD=3,过点 D 作 DB 的垂线 DE,交 x 轴于点 E.
(1)求点 E 的坐标;
(2)二次函数 y=-x2+bx+c 的图象经过点 B 和点 E.
①求二次函数的解析式和它的对称轴;
②如果点 M 在它的对称轴上且位于 x 轴上方,满足 S△CEM=2S△ABM,求点 M 的坐标.
图 1
解答
(1)因为 BC∥OA,所以 BC⊥CD.因为 CD=CB=3,所以△BCD 是等腰直角三角形.因
此∠BCD=45°.又因为 BC⊥CD,所以∠ODE=45°.所以△ODE 是等腰直角三角形,
OE=OD=1.所以点 E 的坐标是(1,0).
(2)①因为抛物线 y=-x2+bx+c 经过点 B(3,4)和点 E( 1,0),所以 9 3 4,
1 0.
b c
b c
解得 6,
5.
b
c
所以二次函数的解析式为 y=-x2+6x-5,抛物线的对称轴为直线 x=3.
②如图 2,如图 3,设抛物线的对称轴与 x 轴交于点 F,点 M 的坐标为(3,t).
CEM MEF COEOFMCS S S S 梯形
1 1 1(4 ) 3 2 1 4 42 2 2 2
tt t .
(ⅰ)如图 2,当点 M 位于线段 BF 上时, ttS ABM 42)4(2
1 .解方程
)4(242 tt ,得
5
8t .此时点 M 的坐标为(3,
5
8 ).
(ⅱ)如图 3,当点 M 位于线段 FB 延长线上时, 42)4(2
1 ttS ABM .解方
程 )4(242
tt ,得 8t .此时点 M 的坐标为(3,8).
图 2 图 3
考点伸展
对于图 2,还有几个典型结论:
此时,C、M、A 三点在同一条直线上;△CEM 的周长最小.
可以求得直线 AC 的解析式为 4 45y x ,当 x=3 时, 8
5y .因此点 M(3,
5
8 )
在直线 AC 上.因为点 A、E 关于抛物线的对称轴对称,所以 ME+MC=MA+MC.
当 A、M、C 三点共线时,ME+MC 最小,△CEM 的周长最小.
例 5 如图 1,四边形 OABC 是矩形,点 A、C 的坐标分别为(3,0),(0,1).点 D 是线
段 BC 上的动点(与端点 B、C 不重合),过点 D 作直线 1
2y x b 交折线 OAB 于点 E.
(1)记△ODE 的面积为 S,求 S 与 b 的函数关系式;
(2)当点 E 在线段 OA 上时,若矩形 OABC 关于直线 DE 的对称图形为四边形 O1A1B1C1,
试探究四边形 O1A1B1C1 与矩形 OABC 的重叠部分的面积是否发生变化?若不变,求出重叠
部分的面积;若改变,请说明理由.
图 1
解答
(1)①如图 2,当 E 在 OA 上时,由 1
2y x b 可知,点 E 的坐标为(2b,0),OE=2b.此
时 S=S△ODE= 1 1 2 12 2OE OC b b .
②如图 3,当 E 在 AB 上时,把 y=1 代入 1
2y x b 可知,点 D 的坐标为(2b-2,1),
CD=2b-2,BD=5-2b.把 x=3 代入 1
2y x b 可知,点 E 的坐标为 3(3, )2b ,AE
= 3
2b ,BE= 5
2 b .此时
S=S 矩形 OABC-S△OAE- S△BDE -S△OCD
= 1 3 1 5 13 3( ) ( )(5 2 ) 1 (2 2)2 2 2 2 2b b b b
2 5
2b b .
(2)如图 4,因为四边形 O1A1B1C1 与矩形 OABC 关于直线 DE 对称,因此 DM=DN,那
么重叠部分是邻边相等的平行四边形,即四边形 DMEN 是菱形.
作 DH⊥OA,垂足为 H.由于 CD=2b-2,OE=2b,所以 EH=2.
设菱形 DMEN 的边长为 m.在 Rt△DEH 中,DH=1,NH=2-m,DN=m,所以 12+(2
-m)2=m2.解得 5
4m .所以重叠部分菱形 DMEN 的面积为 5
4
.
图 2 图 3 图 4
考点伸展
把本题中的矩形 OABC 绕着它的对称中心旋转,如果重叠部分的形状是菱形(如图 5),
那么这个菱形的最小面积为 1,如图 6 所示;最大面积为 5
3
,如图 7 所示.
图 5 图 6 图 7
例 6 如图 1,在△ABC 中,∠C=90°,AC=3,BC=4,CD 是斜边 AB 上的高,
点 E 在斜边 AB 上,过点 E 作直线与△ABC 的直角边相交于点 F,设 AE=x,△AEF 的面积
为 y.
(1)求线段 AD 的长;
(2)若 EF⊥AB,当点 E 在斜边 AB 上移动时,
①求 y 与 x 的函数关系式(写出自变量 x 的取值范围);
②当 x 取何值时,y 有最大值?并求出最大值.
(3)若点 F 在直角边 AC 上(点 F 与 A、C 不重合),点 E 在斜边 AB 上移动,试问,
是否存在直线 EF 将△ABC 的周长和面积同时平分?若存在直线 EF,求出 x 的值;若不存
在直线 EF,请说明理由.
图 1 备用图
解答
(1) 在 Rt △ ABC 中 , AC = 3 , BC = 4 , 所 以 AB = 5 . 在 Rt △ ACD 中 ,
3 9cos 3 5 5AD AC A .
(2) ①如图 2,当 F 在 AC 上时, 90 5x .在 Rt△AEF 中, 4tan 3EF AE A x .所
以 21 2
2 3y AE EF x .
如图 3,当 F 在 BC 上时,9 55 x ≤ .在 Rt△BEF 中, 3tan (5 )4EF BE B x .所
以 21 3 15
2 8 8y AE EF x x .
②当 90 5x 时, 22
3y x 的最大值为 54
25
;
当 9 55 x ≤ 时, 23 15
8 8y x x 23 5 75)8 2 32x ( 的最大值为 75
32
.
因此,当 5
2x 时,y 的最大值为 75
32
.
图 2 图 3 图 4
(3)△ABC 的周长等于 12,面积等于 6.
先假设 EF 平分△ABC 的周长,那么 AE=x,AF=6-x,x 的变化范围为 3<x≤5.因
此 1 1 4 2sin (6 ) ( 6)2 2 5 5AEFS AE AF A x x x x .解方程 2 ( 6) 35 x x ,得
13 62x .
因为 13 62x 在 3≤x≤5 范围内(如图 4),因此存在直线 EF 将△ABC 的周长和面
积同时平分.
考点伸展
如果把第(3)题的条件“点 F 在直角边 AC 上”改为“点 F 在直角边 BC 上”,那么就
不存在直线 EF 将△ABC 的周长和面积同时平分.
先假设 EF 平分△ABC 的周长,那么 AE=x,BE=5-x,BF=x+1.
因此 21 1 3 3sin (5 )( 1) ( 4 5)2 2 5 10BEFS BE BF B x x x x .
解方程 23 ( 4 5) 310 x x .整理,得 2 4 5 0x x .此方程无实数根.
例 7 如图 1,正方形 ABCD 中,点 A、B 的坐标分别为(0,10),(8,4),点 C 在
第一象限.动点 P 在正方形 ABCD 的边上,从点 A 出发沿 A→B→C→D 匀速运动,同时动
点 Q 以相同速度在 x 轴上运动,当 P 点到 D 点时,两点同时停止运动,设运动的时间为 t
秒.
(1)当 P 点在边 AB 上运动时,点 Q 的横坐标 x (长度单位)关于运动时间 t(秒)的
函数图象如图 2 所示,请写出点 Q 开始运动时的坐标及点 P 运动速度;
(2)求正方形边长及顶点 C 的坐标;
(3)在(1)中当 t 为何值时,△OPQ 的面积最大,并求此时 P 点的坐标.
(4)如果点 P、Q 保持原速度速度不变,当点 P 沿 A→B→C→D 匀速运动时,OP 与
PQ 能否相等,若能,写出所有符合条件的 t 的值;若不能,请说明理由.
图 1 图 2
解答
(1) Q (1,0),点 P 每秒钟运动 1 个单位长度.
(2)过点 B 作 BE⊥y 轴于点 E,过点 C 作 x 轴的垂线交直线 BE 于 F,交 x 轴于 H.
在 Rt△ABE 中,BE=8,AE=10-4=6,所以 AB=10.由△ABE≌△BCF,知 BF=AE
=4,CF=BE=6.所以 EF=8+6=14,CH=8+4=12.因此点 C 的坐标为(14,12).
(3)过点 P 作 PM⊥y 轴于 M,PN⊥ x 轴于 N.因为 PM//BE,所以 AP AM MP
AB AF BF
,
即
10 6 8
t AM MP .因此 3 4,5 5AM t PM t .于是 3 410 ,5 5PN OM t ON PM t .
设△OPQ 的面积为 S (平方单位),那么 21 1 3 3 47(1 )(10 ) 52 2 5 10 10S OQ PN t t t t ,
定义域为 0≤ t ≤10.
因为抛物线开口向下,对称轴为直线 47
6t ,所以当 47
6t 时,△OPQ 的面积最大.此
时 P 的坐标为( 94
15
, 53
10 ).
(4)当 5
3t 或 295
13t 时, OP 与 PQ 相等.
图 3 图 4
考点伸展
附加题的一般思路是:点 Q 的横坐标是点 P 的横坐标的 2 倍.先求直线 AB、BC、CD
的解析式,根据直线的解析式设点 P 的坐标,再根据两点间的距离公式列方程 PO=PQ.
附加题也可以这样解:
①如图 4,在 Rt△AMP 中,设 AM=3m,MP=4 m,AP=5m,那么 OQ=8m.根据 AP、
OQ 的长列方程组 5 ,
8 1 ,
m t
m t
解得 5
3t .
②如图 5,在 Rt△GMP 中,设 GM=3m,MP=4 m,GP=5m,那么 OQ=8m.在 Rt△
GAD 中,GD=7.5.根据 GP、OQ 的长列方程组 5 37.5 ,
8 1 ,
m t
m t
解得 295
13t .
③如图 6,设 MP=4m,那么 OQ=8m.根据 BP、OQ 的长列方程组 5 10 10,
8 1 ,
m t
m t
解得 5
3t ,但这时点 P 不在 BC 上.
图 5 图 6
1.7 因动点产生的相切问题
例 1 如图 1,A(-5,0),B(-3,0),点 C 在 y 轴的正半轴上,∠CBO=45°,CD//AB,
∠CDA=90°.点 P 从点 Q(4,0)出发,沿 x 轴向左以每秒 1 个单位长的速度运动,运动时间
为 t 秒.
(1)求点 C 的坐标;
(2)当∠BCP=15°时,求 t 的值;
(3)以点 P 为圆心,PC 为半径的⊙P 随点 P 的运动而
变化,当⊙P 与四边形 ABCD 的边(或边所在的直线)相切
时,求 t 的值.
图 1
动感体验
请打开几何画板文件名“12 河北 25”,拖动圆心 P 在点 Q 左侧运动,可以体验到,⊙P
可以与直线 BC、直线 DC、直线 AD 相切,不能与直线 AB 相切.
答案 (1)点 C 的坐标为(0,3).
(2)如图 2,当 P 在 B 的右侧,∠BCP=15°时,∠PCO=30°, 4 3t ;
如图 3,当 P 在 B 的左侧,∠BCP=15°时,∠CPO=30°, 4 3 3t .
图 2 图 3
(3)如图 4,当⊙P 与直线 BC 相切时,t=1;
如图 5,当⊙P 与直线 DC 相切时,t=4;
如图 6,当⊙P 与直线 AD 相切时,t=5.6.
图 4 图 5 图 6
例 2 如图 1,菱形 ABCD 的边长为 2 厘米,∠DAB=60°.点 P 从 A 出发,以每秒
3 厘米的速度沿 AC 向 C 作匀速运动;与此同时,点 Q 也从点 A
出发,以每秒 1 厘米的速度沿射线作匀速运动.当点 P 到达点 C
时,P、Q 都停止运动.设点 P 运动的时间为 t 秒.
(1)当 P 异于 A、C 时,请说明 PQ//BC;
(2)以 P 为圆心、PQ 长为半径作圆,请问:在整个运动过
程中,t 为怎样的值时,⊙P 与边 BC 分别有 1 个公共点和 2 个公
共点? 图一
答案 (1)因为
2
AQ t
AB
, 3
22 3
AP t t
AC
,所以 AQ AP
AB AC
.因此 PQ//BC.
(2)如图 2,由 PQ=PH= 1
2 PC ,得 1 (2 3 3 )2t t .解得 4 3 6t .
如图 3,由 PQ=PB,得等边三角形 PBQ.所以 Q 是 AB 的中点,t=1.
如图 4,由 PQ=PC,得 2 3 3t t .解得 3 3t .
如图 5,当 P、C 重合时,t=2.
因此,当 4 3 6t 或 1<t≤3 3 或 t=2 时,⊙P 与边 BC 有 1 个公共点.
当 4 3 6 <t≤1 时,⊙P 与边 BC 有 2 个公共点.
图 2 图 3 图 4 图 5
1.8 因动点产生的线段和差问题
例 1 如图 1,在平面直角坐标系中,抛物线 y=ax2+bx+c 经过 A(-2, -4 )、O(0, 0)、
B(2, 0)三点.
(1)求抛物线 y=ax2+bx+c 的解析式;
(2)若点 M 是该抛物线对称轴上的一点,求 AM+OM 的最小值.
图 1
答案 (1) 21
2y x x 。 (2)AM+OM 的最小值为 4 2 .
图 2 图 3
例 2 如图 1,在平面直角坐标系中,抛物线 y=-x2+2x+3 与 x 轴交于 A、B 两点,
与 y 轴交于点 C,点 D 是抛物线的顶点.
(1)求直线 AC 的解析式及 B、D 两点的坐标;
(2)点 P 是 x 轴上的一个动点,过 P 作直线 l//AC 交抛物线于点 Q.试探究:随着点 P
的运动,在抛物线上是否存在点 Q,使以 A、P、Q、C 为顶点的四边形是平行四边形?若存
在,请直接写出符合条件的点 Q 的坐标;若不存在,请说明理由;
(3)请在直线 AC 上找一点 M,使△BDM 的周长最小,求出点 M 的坐标.
图 1
解答
(1)由 y=-x2+2x+3=-(x+1)(x-3)=-(x-1)2+4,
得 A(-1, 0)、B(3, 0)、C(0, 3)、D(1, 4).
直线 AC 的解析式是 y=3x+3.
(2)Q1(2, 3),Q2(1 7, 3 ),Q3(1 7, 3 ).
(3)设点 B 关于直线 AC 的对称点为 B′,联结 BB′交 AC 于 F.
联结 B′D,B′D 与交 AC 的交点就是要探求的点 M.
作 B′E⊥x 轴于 E,那么△BB′E∽△BAF∽△CAO.
在 Rt△BAF 中,
1 3 10
AF BF AB ,AB=4,所以 12
10
BF .
在 Rt△BB′E 中, ' '
1 3 10
B E BE BB , 24' 2
10
BB BF ,所以 12' 5B E , 36
5BE .
所以 36 2135 5OE BE OB .所以点 B′的坐标为 21 12( , )5 5
.
因为点 M 在直线 y=3x+3 上,设点 M 的坐标为(x, 3x+3).
由 ' '
' ' ' '
DD MM
B D B M
,得 ' '
' '
yD yB yM yB
xD xB xM xB
.所以
12 124 3 35 5
21 211 5 5
x
x
.
解得 9
35x .所以点 M 的坐标为 9 132( , )35 35
.
图 2 图 3
考点伸展
第(2)题的解题思路是这样的:
①如图 4,当 AP 是平行四边形的边时,CQ//AP,所以点 C、Q 关于抛物线的对称轴对
称,点 Q 的坐标为(2, 3).
②如图 5,当 AP 是平行四边形的对角线时,点 C、Q 分居 x 轴两侧,C、Q 到 x 轴的距
离相等.
解方程-x2+2x+3=-3,得 1 7x .所以点 Q 的坐标为(1 7, 3 )或 (1 7, 3 ).
图 4 图 5
第二部分 函数图象中点的存在性问题
2.1 由比例线段产生的函数关系问题
例 1 在 Rt△ABC 中,∠C=90°,AC=6,
5
3sin B ,⊙B 的半径长为 1,⊙B 交边
CB 于点 P,点 O 是边 AB 上的动点.
(1)如图 1,将⊙B 绕点 P 旋转 180°得到⊙M,请判断⊙M 与直线 AB 的位置关系;
(2)如图 2,在(1)的条件下,当△OMP 是等腰三角形时,求 OA 的长;
(3)如图 3,点 N 是边 BC 上的动点,如果以 NB 为半径的⊙N 和以 OA 为半径的⊙O
外切,设 NB=y,OA=x,求 y 关于 x 的函数关系式及定义域.
图 1 图 2 图 3
解答
(1) 在 Rt△ABC 中,AC=6,
5
3sin B ,
所以 AB=10,BC=8.
过点 M 作 MD⊥AB,垂足为 D.
在 Rt△BMD 中,BM=2, 3sin 5
MDB BM
,所以 6
5MD .
因 此 MD > MP , ⊙ M 与 直 线 AB 相
离. 图 4
(2)①如图 4,MO≥MD>MP,因此不存在 MO=MP 的情况.
②如图 5,当 PM=PO 时,又因为 PB=PO,因此△BOM 是直角三角形.
在 Rt△BOM 中,BM=2, 4cos 5
BOB BM
,所以 8
5BO .此时 42
5OA .
③如图 6,当 OM=OP 时,设底边 MP 对应的高为 OE.
在 Rt△BOE 中,BE= 3
2
, 4cos 5
BEB BO
,所以 15
8BO .此时 65
8OA .
图 5 图 6
(3)如图 7,过点 N 作 NF⊥AB,垂足为 F.联结 ON.
当两圆外切时,半径和等于圆心距,所以 ON=x+y.
在 Rt△BNF 中,BN=y, 3sin 5B , 4cos 5B ,所以 3
5NF y , 4
5BF y .
在 Rt△ONF 中, 410 5OF AB AO BF x y ,由勾股定理得 ON2=OF2+NF2.
于是得到 2 2 24 3( ) (10 ) ( )5 5x y x y y .
整理,得 250 50
40
xy x
.定义域为 0<x<5.
图 7 图 8
考点伸展
第(2)题也可以这样思考:
如图 8,在 Rt△BMF 中,BM=2, 6
5MF , 8
5BF .
在 Rt△OMF 中,OF= 8 4210 5 5x x ,所以 2 2 242 6( ) ( )5 5OM x .
在 Rt△BPQ 中,BP=1, 3
5PQ , 4
5BQ .
在 Rt△OPQ 中,OF= 4 4610 5 5x x ,所以 2 2 246 3( ) ( )5 5OP x .
①当 MO=MP=1 时,方程 2 242 6( ) ( ) 15 5x 没有实数根.
②当 PO=PM=1 时,解方程 2 246 3( ) ( ) 15 5x ,可得 42
5x OA
③当 OM=OP 时,解方程 2 242 6( ) ( )5 5x 2 246 3( ) ( )5 5x ,可得 65
8x OA .
例 2 如图 1,甲、乙两人分别从 A、B 两点同时出发,点 O 为坐标原点.甲沿 AO 方
向、乙沿 BO 方向均以每小时 4 千米的速度行走,t 小时后,甲到
达 M 点,乙到达 N 点.
(1)请说明甲、乙两人到达点 O 前,MN 与 AB 不可能平行;
(2)当 t 为何值时,△OMN∽△OBA?
(3)甲、乙两人之间的距离为 MN 的长.设 s=MN2,求 s
与 t 之间 的函数 关系式, 并求甲 、乙两 人之间 距离的 最小
值. 图 1
答案 (1)当 M、N 都在 O 右侧时, 2 4 1 22
OM t tOA
, 6 4 216 3
ON t tOB
,
所以 OM ON
OA OB
.因此 MN 与 AB 不平行.
(2)①如图 2,当 M、N 都在 O 右侧时,∠OMN>∠B,不可能△OMN∽△OBA.
②如图 3,当 M 在 O 左侧、N 在 O 右侧时,∠MON>∠BOA,不可能△OMN∽△OBA.
③如图 4,当 M、N 都在 O 左侧时,如果△OMN∽△OBA,那么 ON OA
OM OB
.
所以 4 6 2
4 2 6
t
t
.解得 t=2.
图 2 图 3 图 4
(3)①如图 2, 2 4OM t , 1 2OH t , 3(1 2 )MH t .
(6 4 ) (1 2 ) 5 2NH ON OH t t t .
②如图 3, 4 2OM t , 2 1OH t , 3(2 1)MH t .
(6 4 ) (2 1) 5 2NH ON OH t t t .
③如图 4, 4 2OM t , 2 1OH t , 3(2 1)MH t .
(2 1) (4 6) 5 2NH OH ON t t t .
综合①、②、③,s 2 2 2MN MH NH
2 2 2 23(2 1) (5 2 ) 16 32 28 16( 1) 12t t t t t .
所以当 t=1 时,甲、乙两人的最小距离为 12 千米.
例 3 在 Rt△ABC 中,∠ACB=90°,BC=30,AB=50.点 P 是 AB 边上任意一点,
直线 PE⊥AB,与边 AC 或 BC 相交于 E.点 M 在线段 AP 上,点 N 在线段 BP 上,EM=EN,
12sin 13EMP .
(1)如图 1,当点 E 与点 C 重合时,求 CM 的长;
(2)如图 2,当点 E 在边 AC 上时,点 E 不与点 A、C 重合,设 AP=x,BN=y,求 y
关于 x 的函数关系式,并写出函数的定义域;
(3)若△AME∽△ENB(△AME 的顶点 A、M、E 分别与△ENB 的顶点 E、N、B 对应),
求 AP 的长.
图 1 图 2 备用图
解答
(1)在 Rt△ABC 中,BC=30,AB=50,所以 AC=40, 3sin 5A , 3tan 4A .
在 Rt△ACP 中, 3sin 40 245CP AC A .
在 Rt△CMP 中,因为 12sin 13
CPCMP CM
,所以 13 13 24 2612 12CM CP .
(2)在 Rt△AEP 中, 3tan 4EP AP A x .
在 Rt△EMP 中,因为 12sin 13
EPEMP EM
,所以 12tan 5
EPEMP MP
.
因此 5 5 3 5
12 12 4 16MP EP x x , 13 13 3 13
12 12 4 16EM EP x x .
已知 EM=EN,PE⊥AB,所以 MP=NP 5
16 x .
于是 5 2150 5016 16y BN AB AP NP x x x .
定义域为 0<x<32.
(3)①如图 3,当 E 在 AC 上时,由 AM EN
ME NB
,得
5 13
16 16
13 215016 16
x x x
x x
.
解得 x=AP=22.
②如图 4,当 E 在 BC 上时,设 BP=m,那么 AP=50-m.
在 Rt△BEP 中, 4
3EP m .
在 Rt△EMP 中, 5 5 4 5
12 12 3 9MP EP m m , 13 13 13412 12 9EM EP m m .
所以 5 1450 509 9AM AB BP MP m m m , 5 45 9 9BN BP NP m m m .
这时由 AM EN
ME NB
,得
14 1350 9 9
13 4
9 9
m m
m m
.解得 m=BP=8.所以 AP=50-m=42.
图 3 图 4 图 5
考点伸展
如果第(3)题没有条件“△AME 的顶点 A、M、E 分别与△ENB 的顶点 E、N、B 对应”,
那么还存在图 5 所示的一种情况,∠EAM=∠EBN,此时 PE 垂直平分 AB,AP=25.
2.2 由面积产生的函数关系问题
例 1 如图 1,抛物线 21 3 92 2y x x 与 x 轴交于 A、B 两点,与 y 轴交于点 C,联结
BC、AC.
(1)求 AB 和 OC 的长;
(2)点 E 从点 A 出发,沿 x 轴向点 B 运动(点 E 与点 A、B 不重合),过点 E 作 BC 的
平行线交 AC 于点 D.设 AE 的长为 m,△ADE 的面积为 s,求 s 关于 m 的函数关系式,并
写出自变量 m 的取值范围;
(3)在(2)的条件下,联结 CE,求△CDE 面积的最大值;此时,求出以点 E 为圆心,
与 BC 相切的圆的面积(结果保留π).
图 1
解答
(1)由 21 3 19 ( 3)( 6)2 2 2y x x x x ,得 A(-3,0)、B(6,0)、C(0,-9).
所以 AB=9,OC=9.
(2)如图 2,因为 DE//CB,所以△ADE∽△ACB.
所以 2( )ADE
ACB
S AE
S AB
.
而 1 81
2 2ACBS AB OC ,AE=m,
所以 2 2 281 1( ) ( )9 2 2ADE ACB
AE ms S S mAB .
m 的取值范围是 0<m<9.
图 2 图 3
(3)如图 2,因为 DE//CB,所以 9CD BE m
AD AE m
.
因为△CDE 与△ADE 是同高三角形,所以 9CDE
ADE
S CD m
S AD m
.
所以 2 2 29 1 1 9 1 9 81( )2 2 2 2 2 8CDE
mS m m m mm
.
当 9
2m 时,△CDE 的面积最大,最大值为 81
8
.
此时 E 是 AB 的中点, 9
2BE .
如图 3,作 EH⊥CB,垂足为 H.
在 Rt△BOC 中,OB=6,OC=9,所以 3 3 13sin 1313
B .
在 Rt△BEH 中, 9 3 13 27 13sin 2 13 26EH BE B .
当⊙E 与 BC 相切时, r EH .所以 2 729
52S r .
考点伸展
在本题中,△CDE 与△BEC 能否相似?
如图 2,虽然∠CED=∠BCE,但是∠B>∠BCA≥∠ECD,所以△CDE 与△BEC 不能
相似.
例 2 如图 1,图 2,在△ABC 中,AB=13,BC=14, 5cos 13ABC .
探究 如图 1,AH⊥BC 于点 H,则 AH=_____,AC=______,△ABC 的面积 S△ABC=
________.
拓展 如图 2,点 D 在 AC 上(可与点 A、C 重合),分别过点 A、C 作直线 BD 的垂线,
垂足为 E、F.设 BD=x,AE=m,CF=n.(当点 D 与点 A 重合时,我们认为 S△ABD=0)
(1)用含 x,m 或 n 的代数式表示 S△ABD 及 S△CBD;
(2)求(m+n)与 x 的函数关系式,并求(m+n)的最大值和最小值;
(3)对给定的一个 x 值,有时只能确定唯一的点 D,指出这样的 x 的取值范围.
发现 请你确定一条直线,使得 A、B、C 三点到这条直线的距离之和最小(不必写出
过程),并写出这个最小值.
图 1 图 2
动感体验
请打开几何画板文件名“12 河北 26”,拖动点 D 由 A 向 C 运动,观察(m+n)随 x 变化
的图象,可以体验到,D 到达 G 之前,(m+n)的值越来越大;D 经过 G 之后,(m+n)的值
越来越小.观察圆与线段 AC 的交点情况,可以体验到,当 D 运动到 G 时(如图 3),或者
点 A 在圆的内部时(如图 4),圆与线段 AC 只有唯一的交点 D.
图 3 图 4
答案 探究 AH=12,AC=15,S△ABC=84.
拓展 (1)S△ABD= 1
2 mx ,S△CBD= 1
2 nx .
(2)由 S△ABC=S△ABD+S△CBD,得 1 1 842 2mx nx .所以 168m n x
.
由于 AC 边上的高 56
5BG ,所以 x 的取值范围是 56
5
≤x≤14.
所以(m+n)的最大值为 15,最小值为 12.
(3)x 的取值范围是 x= 56
5
或 13<x≤14.
发现 A、B、C 三点到直线 AC 的距离之和最小,最小值为 56
5
.
例 3 如图 1,在 Rt△ABC 中,∠C=90°,AC=8,BC=6,点 P 在 AB 上,AP=
2.点 E、F 同时从点 P 出发,分别沿 PA、PB 以每秒 1 个单位长度的速度向点 A、B 匀速运
动,点 E 到达点 A 后立刻以原速度沿 AB 向点 B 运动,点 F 运动到点 B 时停止,点 E 也随
之停止.在点 E、F 运动过程中,以 EF 为边作正方形 EFGH,使它与△ABC 在线段 AB 的
同侧.设 E、F 运动的时间为 t 秒(t>0),正方形 EFGH 与△ABC 重叠部分的面积为 S.
(1)当 t=1 时,正方形 EFGH 的边长是________;当 t=3 时,正方形 EFGH 的边长
是________;
(2)当 1<t≤2 时,求 S 与 t 的函数关系式;
(3)直接答出:在整个运动过程中,当 t 为何值时,S 最大?最大面积是多少?
图 1
动感解答
(1)当 t=1 时,EF=2;当 t=3 时,EF=4.
(2)①如图 1,当 60 11t< ≤ 时, 2EF t .所以 24S t .
②如图 2,当 6 6
11 5t< ≤ 时, 2EF EH t , 2AE t , 3 3 (2 )4 4NE AE t .
于是 3 11 32 (2 )4 4 2NH EH NE t t t ,
21 1 4 2
2 2 3 3NHQS NH QH NH NH NH △
22 11 3
3 4 2t
.
所以
2
2 22 11 3 25 11 34 3 4 2 24 2 2S t t t t
.
③如图 3,当 6 25 t< ≤ 时, 4EF , 2AE t , 2AF t .
所以 2 23 3 38 8AFM AENS S S AF AE t △ △ .
图 2 图 3 图 4
(3)如图 4,图 5,图 6,图 7,重叠部分的最大面积是图 6 所示的六边形 EFNDQN,
S 的最大值为1102
75
,此时 146
25t .
图 5 图 6 图 7
考点伸展
第(2)题中 t 的临界时刻是这样求的:
如图 8,当 H 落在 AC 上时, 2AE t , 2EH EF t ,由 2 3
2 4
t
t
,得 6
11t .
如图 9,当 G 落在 AC 上时, 2AF t , 2GF EF t ,由 2 3
2 4
t
t
,得 6
5t .
图 8 图 9
例 4 如图 1,在平面直角坐标系中,四边形 OABC 是平行四边形.直线 l 经过 O、
C 两点,点 A 的坐标为(8,0),点 B 的坐标为(11,4),动点 P 在线段 OA 上从 O 出发以每
秒 1 个单位的速度向点 A 运动,同时动点 Q 从点 A 出发以每秒 2 个单位的速度沿 A→B→C
的方向向点 C 运动,过点 P 作 PM 垂直于 x 轴,与折线 O—C—B 相交于点 M.当 P、Q 两
点中有一点到达终点时,另一点也随之停止运动,设点 P、Q 运动的时间为 t 秒(t>0),△
MPQ 的面积为 S.
(1)点 C 的坐标为____________,直线 l 的解析式为____________;
(2)试求点 Q 与点 M 相遇前 S 与 t 的函数关系式,并写出相应的 t 的取值范围.
(3)试求题(2)中当 t 为何值时,S 的值最大?最大值是多少?
图 1
解答
(1)点 C 的坐标为(3,4),直线 l 的解析式为 4
3y x .
(2)①当 M 在 OC 上,Q 在 AB 上时, 50 2t< ≤ .
在 Rt△OPM 中,OP=t, 4tan 3OMP ,所以 4
3PM t .
在 Rt△AQE 中,AQ=2t, 3cos 5QAE ,所以 6
5AE t .
于是 6 18 85 5PE t t t .因此 21 2 16
2 15 3S PE PM t t .
②当 M 在 OC 上,Q 在 BC 上时, 5 32 t< ≤ .
因为 2 5BQ t ,所以 11 (2 5) 16 3PF t t t .
因此 21 3222 3S PF PM t t .
③当 M、Q 相遇时,根据 P、Q 的路程和 2 11 5t t ,解得 16
3t .
因此当 M、Q 都在 BC 上,相遇前, 163 3t< ≤ ,PM=4, 16 2 16 3MQ t t t .
所以 1 6 322S MQ PM t .
图 2 图 3 图 4
(3)①当 50 2t< ≤ 时, 2 22 16 2 160( 20)15 3 15 3S t t t .
因为抛物线开口向上,在对称轴右侧,S 随 t 的增大而增大,
所以当 5
2t 时,S 最大,最大值为 85
6
.
②当 5 32 t< ≤ 时, 2 232 8 1282 2( )3 3 9S t t t .
因为抛物线开口向下,所以当 8
3t 时,S 最大,最大值为128
9
.
③当 163 3t< ≤ 时, 1 6 322S MQ PM t .
因为 S 随 t 的增大而减小,所以当 3t 时,S 最大,最大值为 14.
综上所述,当 8
3t 时,S 最大,最大值为128
9
.
考点伸展
第(2)题中,M、Q 从相遇到运动结束,S 关于 t 的函数关系式是怎样的?
此时16 13
3 2t< ≤ , 2 16 3 16MQ t t t .因此 1 6 322S MQ PM t .
图 5
例 5 如图 1,矩形 ABCD 中,AB=6,BC= 2 3 ,点 O 是 AB 的中点,点 P 在 AB
的延长线上,且 BP=3.一动点 E 从 O 点出发,以每秒 1 个单位长度的速度沿 OA 匀速运
动,到达 A 点后,立即以原速度沿 AO 返回;另一动点 F 从 P 点出发,以每秒 1 个单位长
度的速度沿射线 PA 匀速运动,点 E、F 同时出发,当两点相遇时停止运动,在点 E、F 的运
动过程中,以 EF 为边作等边△EFG,使△EFG 和矩形 ABCD 在射线 PA 的同侧.设运动的
时间为 t 秒(t≥0).
(1)当等边△EFG 的边 FG 恰好经过点 C 时,求运动时间 t 的值;
(2)在整个运动过程中,设等边△EFG 和矩形 ABCD
重叠部分的面积为 S,请直接写出 S 与 t 之间的函数关系
式和相应的自变量 t 的取值范围;
(3)设 EG 与矩形 ABCD 的对角线 AC 的交点为 H,
是否存在这样的 t,使△AOH 是等腰三角形?若存在,求
出 对 应 的 t 的 值 ; 若 不 存 在 , 请 说 明 理
由. 图 1
解答
(1)在 Rt△ABC 中, 2 3 3tan 6 3
BCBAC AB
,
所以∠BAC=30°.
如图 2,当等边△EFG 的边 FG 恰好经过点 C 时,
在 Rt△BCF 中,∠BFC=60°,BC= 2 3 ,
所 以 BF = 2 . 因 此 PF = 3 - 2 = 1 , 运 动 时 间 t =
1. 图 2
(2)①如图 3,当 0≤t<1 时,重叠部分为直角梯形 BCNE, 2 3 4 3S t .
②如图 4,当 1≤t<3 时,重叠部分为五边形 BQMNE, 23 4 3 3 3S t t .
③如图 5,当 3≤t<4 时,重叠部分为梯形 FMNE, 4 3 20 3S t .
④如图 6,当 4≤t<6 时,重叠部分为等边三角形 EFG, 23( 6)S t .
图 3 图 4 图 5
(3)等腰△AOH 分三种情况:①AO=AH,②OA=OH,③HA=HO.
在△AOH 中,∠A=30°为定值,AO=3 为定值,AH 是变化的.
△AEH 的形状保持不变,AH= 3 AE.当 E 由 O 向 A 运动时,AE=3-t;当 E 经 A
折返后,AE=t-3.
图 6 图 7 图 8
①当 AO=AH 时,解 3(3 ) 3t ,得 3 3t (如图 7);
解 3( 3) 3t ,得 3 3t (如图 8).
②当 OA=OH 时,∠AOH=120°,点 O 与点 E 重合,t=0(如图 9).
③当 HA=HO 时,H 在 AE 的垂直平分线上,AO= 3 AH=3AE.
解3(3 ) 3t ,得 t=2(如图 10);解3( 3) 3t ,得 t=4(如图 11).
图 9 图 10 图 11
考点伸展
图 3,图 4 中,点 E 向 A 运动,EF=6;图 5,图 6 中,点 E 折返,EF=12-2t.