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类型3 探究特殊四边形的存在性问题
1.(2014·桂林)如图,已知抛物线y=ax2+bx+4与x轴交于A(-2,0),B两点,与y轴交于点C,其对称轴为直线x=1.
(1)直接写出抛物线的解析式y=-x2+x+4;
(2)把线段AC沿x轴向右平移,设平移后A,C的对应点分别为A′,C′,当C`落在抛物线上时,求A′,C′的坐标;
(3)除(2)中的点A′,C′外,在x轴和抛物线上是否还分别存在点E,F,使得以A,C,E,F为顶点的四边形为平行四边形,若存在,求出E,F的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(2)由抛物线y=-x2+x+4可知C(0,4).
∵抛物线的对称轴为直线x=1,根据对称性,
∴C′(2,4),∴A′(0,0).
(3)存在.设F(x,-x2+x+4).以A,C,E,F为顶点的四边形为平行四边形.
图1
①若AC为平行四边形的边,如图1所示,则EF∥AC且EF=AC.
过点F1作F1D⊥x轴于点D,则易证Rt△AOC≌Rt△E1DF1,
∴DE1=2,DF1=4.
∴-x2+x+4=-4,
解得x1=1+,x2=1-.
∴F1(1+,-4),F2(1-,-4).
∴E1(3+,0),E2(3-,0).
图2
②若AC为平行四边形的对角线,如图2所示.
∵点E3在x轴上,
∴CF3∥x轴.
∴点F3为点C关于x=1的对称点,
∴F3(2,4),CF3=2.
∴AE3=2.∴E3(-4,0).
综上所述,存在点E,F,使得以A,C,E,F为顶点的四边形为平行四边形;点E,F的坐标为:E1(3+,0),F
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1(1+,-4);E2(3-,0),F2(1-,-4);E3(-4,0),F3(2,4).
(注:因点F3与点C′重合,故此处不确定E3,F3是否满足题意)
2.(2015·百色)抛物线y=x2+bx+c经过A(0,2),B(3,2)两点,若两动点D,E同时从原点O分别沿着x轴,y轴正方向运动,点E的速度是每秒1个单位长度,点D的速度是每秒2个单位长度.
(1)求抛物线与x轴的交点坐标;
(2)若点C为抛物线与x轴的交点,是否存在点D,使A,B,C,D四点围成的四边形是平行四边形?若存在,求点D的坐标;若不存在,说明理由;
(3)问几秒钟时,B,D,E在同一条直线上?
解:(1)依题意有
∴
∴y=x2-3x+2.
当y=0时,x2-3x+2=0.解得x1=1,x2=2.
∴抛物线与x轴交点坐标为(1,0),(2,0).
(2)存在.
当点C为(1,0)时,
∵AB=3,AB∥x轴.
∴平行四边形中,AB=CD=4-1=3.
∴D点为(4,0).
当C(2,0)时,同理可求D(5,0).
(3)设t秒时,B,D,E共线,则D,E点的坐标分别为(2t,0),(0,t).设经过点B,D,E的直线为y=kx+m(k≠0).
∴∴或t=0.
∵y=-x+t经过B(3,2).
∴2=-×3+t.
∴t=3.5.
∴t=0或t=3.5秒时,B,D,E共线.
3.(2016·贵港模拟)如图,直线y=-3x+3与x轴,y轴分别交于点A,B,抛物线y=a(x-2)2+k经过点A,B,并与x轴交于另一点C,其顶点为P.
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(1)求a,k的值;
(2)抛物线的对称轴上有一点Q,使△ABQ是以AB为底边的等腰三角形,求Q点的坐标;
(3)在抛物线及其对称轴上分别取点M,N,使以A,C,M,N为顶点的四边形为正方形,求此正方形的边长.
解:(1)∵直线y=-3x+3与x轴,y轴分别交于点A,B,
∴A(1,0),B(0,3).
又∵抛物线y=a(x-2)2+k经过点A(1,0),B(0,3),
∴解得
故a,k的值分别为1,-1.
图1 图2
(2)设Q点的坐标为(2,m),对称轴x=2交x轴于点F,如图1,过点B作BE垂直于直线x=2于点E.
在Rt△AQF中,AQ2=AF2+QF2=1+m2,
在Rt△BQE中,BQ2=BE2+EQ2=4+(3-m)2.
∵AQ=BQ,∴1+m2=4+(3-m)2.
∴m=2.∴Q点的坐标为(2,2).
(3)如图2,当点N在对称轴上时,NC与AC不垂直,∴AC应为正方形的对角线.
又∵对称轴x=2是AC的中垂线,
∴M点与顶点P(2,-1)重合,N点为点P关于x轴的对称点,其坐标为(2,1).
此时,MF=NF=AF=CF=1,且AC⊥MN,
∴四边形AMCN为正方形.
在Rt△AFN中,AN==,即正方形的边长为.
4.(2016·泰安)如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+c的顶点坐标为(2,9),与y轴交于点A(0,5),与x轴交于点E,B.
(1)求二次函数y=ax2+bx+c的表达式;
(2)过点A作AC平行于x轴,交抛物线于点C,点P为抛物线上的一点(点P在AC上方),作PD平行于y轴交AB于点D,问当点P在何位置时,四边形APCD的面积最大?并求出最大面积;
(3)若点M在抛物线上,点N在其对称轴上,使得以A,E,N,M为顶点的四边形是平行四边形,且AE为其一边,求点M,N的坐标.
解:(1)设抛物线解析式为y=a(x-2)2+9,
∵抛物线与y轴交于点A(0,5),∴4a+9=5.
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∴a=-1.
∴y=-(x-2)2+9=-x2+4x+5.
(2)当y=0时,-x2+4x+5=0,
解得x1=-1,x2=5.
∴E(-1,0),B(5,0).
设直线AB的解析式为y=mx+n,
∵A(0,5),B(5,0),∴m=-1,n=5.
∴直线AB的解析式为y=-x+5.
设P(x,-x2+4x+5),∴D(x,-x+5).
∴PD=-x2+4x+5+x-5=-x2+5x.
∵AC=4,∴S四边形APCD=×AC·PD=2(-x2+5x)=-2x2+10x.
∴当x=时,S四边形APCD最大=.
(3)如图,过M作MH垂直于对称轴,垂足为H.
∵MN∥AE,MN=AE,
∴△HMN≌△OEA.
∴HM=OE=1.∴M点的横坐标为x=3或x=1.
当x=1时,M点纵坐标为8;
当x=3时,M点纵坐标为8.
∴M点的坐标为M1(1,8)或M2(3,8).
∵A(0,5),E(-1,0),
∴直线AE解析式为y=5x+5.
∵MN∥AE,∴MN的解析式为y=5x+b.
∵点N在抛物线对称轴x=2上,∴N(2,10+b).
∵AE2=OA2+OE2=26,
∵MN=AE,∴MN2=AE2.
∴MN2=(2-1)2+[8-(10+b)]2=1+(b+2)2.
∵点M的坐标为M1(1,8)或M2(3,8),
∴点M1,M2关于抛物线的对称轴x=2对称.
∵点N在抛物线对称轴上,∴M1N=M2N.
∴1+(b+2)2=26,解得b=3或b=-7.
∴10+b=13或10+b=3.
∴当点M的坐标为(1,8)时,点N的坐标为(2,13);当点M的坐标为(3,8)时,点N的坐标为(2,3).
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