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类型5 探究角度数量关系的存在性问题
1.(2015·南宁)在平面直角坐标系中,已知A,B是抛物线y=ax2(a>0)上两个不同的点,其中A在第二象限,B在第一象限.
(1)如图1所示,当直线AB与x轴平行,∠AOB=90°,且AB=2时,求此抛物线的解析式和A,B两点的横坐标的乘积;
(2)如图2所示,在(1)所求得的抛物线上,当直线AB与x轴不平行,∠AOB仍为90°时,A,B两点的横坐标的乘积是否为常数?如果是,请给予证明;如果不是,请说明理由;
(3)在(2)的条件下,如图3,若直线y=-2x-2分别交直线AB,y轴于点P,C,直线AB交y轴于点D,且∠BPC=∠OCP,求点P的坐标.
解:(1)设直线AB与y轴交于点E,
∵AB与x轴平行,根据抛物线的对称性有AE=BE=1.
∵∠AOB=90°,∴OE=AB=1.
∴A(-1,1),B(1,1).
把x=1,y=1代入y=ax2,得a=1,
∴抛物线的解析式为y=x2,A,B两点的横坐标的乘积为xA·xB=-1.
(2)xA·xB=-1为常数,过点A作AM⊥x轴于点M,BN⊥x轴于点N,
∴∠AMO=∠BNO=90°.
∴∠MAO+∠AOM=∠AOM+∠BON=90°.
∴∠MAO=∠BON.∴△AMO∽△ONB.
∴=,即OM·ON=AM·BN.
设A(xA,yA),B(xB,yB),
∵A(xA,yA),B(xB,yB)在y=x2图象上,
∴yA=x,yB=x.∴-xA·xB=yA·yB=x·x.
∴xA·xB=-1为常数.
(3)设A(m,m2),B(n,n2),由(2)可知mn=-1.
设直线AB的解析式为y=kx+b,联立得x2-kx-b=0.
∵m,n是方程的两个根,∴mn=-b.∴b=1.
∵直线AB与y轴交于点D,则OD=1.
易知C(0,-2),OC=2,∴CD=OC+OD=3.
∵∠BPC=∠OCP,∴PD=CD=3.
设P(a,-2a-2),过点P作PG⊥y轴于点G,则PG=-a,GD=OG-OD=-2a-3.
在Rt△PDG中,由勾股定理得:PG2+GD2=PD2,
即(-a)2+(-2a-3)2=32,整理得5a2+12a=0,解得a=0(舍去)或a=-.
当a=-时,-2a-2=,
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∴P(-,).
2.(2016·河南)如图1,直线y=-x+n交x轴于点A,交y轴于点C(0,4).抛物线y=x2+bx+c经过点A,交y轴于点B(0,-2).点P为抛物线上一个动点,经过点P作x轴的垂线PD,过点B作BD⊥PD于点D,连接PB,设点P的横坐标为m.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当△BDP为等腰直角三角形时,求线段PD的长;
(3)如图2,将△BDP绕点B逆时针旋转,得到△BD′P′,且旋转角∠PBP′=∠OAC,当点P的对应点P′落在坐标轴上时,请直接写出点P的坐标.
解:(1)由直线y=-x+n过点C(0,4),得n=4,
∴y=-x+4.
当y=0时,0=-x+4,解得x=3,∴A(3,0).
∵抛物线y=x2+bx+c经过点A(3,0),B(0,-2).
∴∴
∴抛物线的解析式为y=x2-x-2.
(2)∵点P的横坐标为m,
∴P(m,m2-m-2),D(m,-2).
若△BDP为等腰直角三角形,则PD=BD.
①当点P在直线BD上方时,PD=m2-m.
(ⅰ)若点P在y轴左侧,则m0,BD=m.
∴m2-m=m,∴m3=0(舍去),m4=.
②当点P在直线BD下方时,m>0,BD=m,PD=-m2+m.
∴-m2+m=m,∴m5=0(舍去),m6=.
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综上,m=或.
即当△BDP为等腰直角三角形时,PD的长为或.
(3)P1(-,),P2(,),
P3(,).
【提示】∵∠PBP′=∠OAC,OA=3,OC=4,
∴AC=5,∴sin∠PBP′=,cos∠PBP′=.
①当点P′落在x轴上时,过点D′作D′N⊥x轴,垂足为N,交BD于点M,∠DBD′=∠ND′P′=∠PBP′.
图1 图2 图3
如图1,ND′-MD′=2,即(m2-m)-(-m)=2.
如图2,ND′+MD′=2,即(m2-m)+m=2.
∴P1(-,),P2(,);
②当点P′落在y轴上时,如图3,过点D′作D′M⊥x轴,交BD于点M,过点P′作P′N⊥y轴,交MD′的延长线于点N,∠DBD′=∠ND′P′=∠PBP′.
∵P′N=BM,即(m2-m)=m.
∴P3(,).
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