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类型2 探究线段的数量关系及最值问题
1.(2012·贵港)如图,在平面直角坐标系xOy中,抛物线y=ax2+bx+3的顶点为M(2,-1),交x轴于A,B两点,交y轴于点C,其中点B的坐标为(3,0).
(1)求该抛物线的解析式;
(2)设经过点C的直线与该抛物线的另一个交点为D,且直线CD和直线CA关于直线BC对称,求直线CD的解析式;
(3)在该抛物线的对称轴上存在点P,满足PM2+PB2+PC2=35,求点P的坐标;并直接写出此时直线OP与该抛物线交点的个数.
解:(1)将M(2,-1),B(3,0)代入抛物线的解析式中,得:
解得
∴抛物线的解析式为y=x2-4x+3.
(2)由抛物线的解析式知:B(3,0),C(0,3).
∴△OBC是等腰直角三角形,∠OBC=45°.
过B作BE⊥x轴,交直线CD于E,则∠EBC=∠ABC=45°.
由于直线CD和直线CA关于直线CB对称,
∴点A,E关于直线BC对称,则BE=AB=2.
∴E(3,2).
由于直线CD经过点C(0,3),可设该直线的解析式为y=kx+3,代入E(3,2)后,得:
3k+3=2,k=-,
∴直线CD的解析式:y=-x+3.
(3)设P(2,m),已知M(2,-1),B(3,0),C(0,3),则
PM2=(2-2)2+(m+1)2=m2+2m+1,PB2=(3-2)2+(0-m)2=m2+1,PC2=(0-2)2+(3-m)2=m2-6m+13.
已知:PM2+PB2+PC2=35,则m2+2m+1+m2+1+m2-6m+13=35,
化简得:3m2-4m-20=0,解得m1=-2,m2=.∴P1(2,-2),P2(2,).
当点P坐标为(2,)时,由图可知,直线OP与抛物线必有两个交点;
当点P坐标为(2,-2)时,直线OP:y=-x,联立抛物线的解析式有:x2-4x+3=-x,即x2-3x+3=0.
Δ=(-3)2-4×3<0,
∴该直线与抛物线没有交点.
综上,直线OP与抛物线的解析式有两个交点.
2.(2016·淄博)已知点M是二次函数y=ax2(a>0)图象上的一点,点F的坐标为(0,),直角坐标系中的坐标原点O与点M,F在同一个圆上,圆心Q的纵坐标为.
(1)求a的值;
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(2)当O,Q,M三点在同一条直线上时,求点M和点Q的坐标;
(3)当点M在第一象限时,过点M作MN⊥x轴,垂足为点N,求证:MF=MN+OF.
解:(1)∵圆心Q的纵坐标为,
∴设Q(m,),F(0,).
∵QO=QF,
∴m2+()2=m2+(-)2,即a=1.
(2)∵M在抛物线上,设M(t,t2),Q(m,),
∵O,Q,M在同一直线上,
∴设直线QM的方程为y=kx+b,将点O,点Q以及点M的坐标代入可得=,即m=.
∵QO=QM,∴m2+()2=(m-t)2+(-t2)2.
整理得-t2+t4+t2-2mt=0,∴4t4+3t2-1=0,解得t1=,t2=-.
当t1=时,m1=;当t2=-时,m2=-.
∴M1(,),Q1(,);M2(-,),Q2(-,).
(3)设M(n,n2)(n>0),∴N(n,0),F(0,).
∴MF===n2+,MN+OF=n2+.
∴MF=MN+OF.
3.(2016·烟台)如图1,已知▱ABCD顶点A的坐标为(2,6),点B在y轴上,且AD∥BC∥x轴,过B,C,D三点的抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)的顶点坐标为(2,2),点F(m,6)是线段AD上一动点,直线OF交BC于点E.
(1)求抛物线的表达式;
(2)设四边形ABEF的面积为S,请求出S与m的函数关系式,并写出自变量m的取值范围;
(3)如图2,过点F作FM⊥x轴,垂足为M,交直线AC于P,过点P作PN⊥y轴,垂足为N,连接MN,直线AC分别交x轴,y轴于点H,G,试求线段MN的最小值,并直接写出此时m的值.
解:(1)∵抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)的顶点坐标为(2,2),
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∴设抛物线解析式为y=a(x-2)2+2.
∴抛物线的对称轴方程为x=2.
∵BC∥x轴,∴BC=4.
∵AD∥x轴,A(2,6),∴D(6,6).
∵点D在此抛物线上,∴6=a(6-2)2+2.∴a=.
∴抛物线解析式为y=(x-2)2+2=x2-x+3.
(2)当x=0时,则y=(x-2)2+2=(0-2)2+2=3,
∴B(0,3).∴OB=3.
作FQ⊥BC,垂足为Q,∴FQ=3.
设直线OF为y=kx,
∵F(m,6),∴mk=6,k=.∴y=x.
∴解得
∴E(,3),BE=.
∵AF=m-2,∴S=(AF+BE)·FQ=(m-2+)×3=m-3.
∵点F(m,6)在线段AD上,∴2≤m≤6.
即S=m-3(2≤m≤6).
(3)∵抛物线解析式为y=x2-x+3,
∴B(0,3),C(4,3).
∵A(2,6),∴直线AC解析式为y=-x+9.
∵FM⊥x轴,垂足为点M,交直线AC于点P,
∴P(m,-m+9)(2≤m≤6).
∴PN=m,PM=-m+9.
∵FM⊥x轴,PN⊥y轴,
∴∠MPN=90°.
∴MN==
=.
∵2≤m≤6,
∴当m=时,MN最大==.
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