/ 让教学更有效 精品试卷 | 数学学科
第3章 函 数
第13讲 二次函数与几何综合题
第1课时 角度问题、线段及周长问题
类型一 角度问题
1.(2024·连云港节选)在平面直角坐标系xOy中,已知抛物线y=ax2+bx-1(a,b为常数,a>0).
(1)若抛物线与x轴交于A(-1,0),B(4,0)两点,求抛物线的函数解析式;
(2)如图,当b=1时,过点C(-1,a),D(1,a+2)分别作y轴的平行线,交抛物线于点M,N,连接MN,MD.求证:MD平分∠CMN.
(1)解:将点 A(-1,0),B(4,0)代入y=ax2+bx-1,
得解得
∴抛物线的函数解析式为y=x2-x-1.
(2)证明:连接CN.
∵b=1,∴y=ax2+x-1.
当x=-1时,y=a-2,∴M(-1,a-2).
当x=1时,y=a,∴N(1,a).
∵C(-1,a),N(1,a),
∴CN=2,CM=a-(a-2)=2,CM⊥CN.
在Rt△CMN中,MN==2.
∵D(1,a+2),∴DN=a+2-a=2,
∴DN=MN,∴∠NDM=∠NMD.
∵DN∥CM,∴∠NDM=∠CMD,
∴∠NMD=∠CMD,
∴MD平分∠CMN.
2.(2024·广安节选)如图,抛物线y=-x2+bx+c与x轴交于A,B两点,与y轴交于点C,点A的坐标为(-1,0),点B的坐标为(3,0).
(1)求此抛物线的函数解析式;
(2)M为该抛物线上的点,当∠MCB=45°时,求所有满足条件的点M的坐标.
解:(1)∵抛物线y=-x2+bx+c与x轴交于点A(-1,0),B(3,0),
∴y=-(x+1)(x-3)=-x2+x+2.
(2)如图,以CB为对角线作正方形CTBK,
则∠BCK=∠BCT=45°,
∴CK,CT与抛物线的另一个交点即为M.
过点T作x轴的平行线交y轴于点Q,过点B作BG⊥TQ于点G,则GQ=OB=3,
∴∠CTB=90°=∠CQT=∠QGB,
∴∠QCT+∠CTQ=90°=∠CTQ+∠BTG,
∴∠QCT=∠BTG.
∵CT=BT,∴△CQT≌△TGB(AAS),
∴QT=GB,CQ=TG.
设TQ=GB=m,则CQ=TG=3-m,
∴QO=3-m-2=1-m,
∴T(m,m-1).
由TC=TB可得m2+(m-3)2=(m-3)2+(m-1)2,
解得m=,∴T(,-).
易得直线CT的解析式为y=-5x+2.
联立解得或
∴M(,-).
∵四边形CTBK为正方形,∴易得K(,),
∴直线CK的解析式为y=x+2.
联立
解得或∴M(,).
综上所述,点M的坐标为(,-)或(,).
类型二 线段及周长问题
3.(2024·宜宾节选)如图,抛物线y=x2+bx+c与x轴交于点A(-1,0)和点B,与y轴交于点C(0,-4),其顶点为D.
(1)求抛物线的解析式及顶点D的坐标;
(2)在y轴上是否存在一点M,使得△BDM的周长最小?若存在,求出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)把点A(-1,0),C(0,-4)代入y=x2+bx+c,
得解得
∴抛物线的解析式为y=x2-3x-4.
∵y=x2-3x-4=(x-)2-,
∴抛物线顶点D的坐标为(,-).
(2)存在.理由如下:
作点D(,-)关于y轴的对称点D′(-,-),连接BD′交y轴于点M,连接DM.
在y=x2-3x-4中,令y=0得0=x2-3x-4,
解得x=4或x=-1,
∴B(4,0).
∵BD的长为定值,
∴要使△BDM的周长最小,只需DM+BM最小.
∵DM=D′M,
∴DM+BM=D′M+BM,
∴当点B,M,D′共线时,DM+BM最小,最小值为BD′的长,此时△BDM的周长也最小.
由B(4,0),D′(-,-)得直线BD′的解析式为y=x-,
令x=0得y=-,
∴点M的坐标为(0,-).
4.(2024·德阳节选)如图,抛物线y=x2-x+c与x轴交于点A(-1,0)和点B,与y轴交于点C.
(1)求抛物线的解析式;
(2)将抛物线的顶点向下平移个单位长度得到点M,P为抛物线的对称轴上一动点,求PA+PM长的最小值.
解:(1)把点A(-1,0)代入y=x2-x+c,
得0=1+1+c,解得c=-2,
∴抛物线的解析式为y=x2-x-2.
(2)连接BM,过点A作AH⊥BM于点H,交抛物线的对称轴直线x=于点P′,设直线x=交x轴于点N.
在y=x2-x-2中,令y=0得0=x2-x-2,解得x=-1或x=2,
∴B(2,0),∴AB=3,BN=2-=.
∵将抛物线的顶点(,-)向下平移个单位长度得到点M,∴M(,-3),∴MN=3,
∴BM===,
∴sin ∠BMN===,
∴=,∴P′H=P′M,
∴P′A+P′M=P′A+P′H=AH.
由垂线段最短可知,当点P与点P′重合时,PA+PM的长最小,最小值为AH的长.
∵2S△ABM=AB·MN=BM·AH,
∴AH===,
∴PA+PM长的最小值为.
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第3章 函 数
第13讲 二次函数与几何综合题
第1课时 角度问题、线段及周长问题
类型一 角度问题
1.(2024·连云港节选)在平面直角坐标系xOy中,已知抛物线y=ax2+bx-1(a,b为常数,a>0).
(1)若抛物线与x轴交于A(-1,0),B(4,0)两点,求抛物线的函数解析式;
(2)如图,当b=1时,过点C(-1,a),D(1,a+2)分别作y轴的平行线,交抛物线于点M,N,连接MN,MD.求证:MD平分∠CMN.
(1)解:将点 A(-1,0),B(4,0)代入y=ax2+bx-1,
得解得
∴抛物线的函数解析式为y=x2-x-1.
(2)证明:连接CN.
∵b=1,∴y=ax2+x-1.
当x=-1时,y=a-2,∴M(-1,a-2).
当x=1时,y=a,∴N(1,a).
∵C(-1,a),N(1,a),
∴CN=2,CM=a-(a-2)=2,CM⊥CN.
在Rt△CMN中,MN==2.
∵D(1,a+2),∴DN=a+2-a=2,
∴DN=MN,∴∠NDM=∠NMD.
∵DN∥CM,∴∠NDM=∠CMD,
∴∠NMD=∠CMD,
∴MD平分∠CMN.
2.(2024·广安节选)如图,抛物线y=-x2+bx+c与x轴交于A,B两点,与y轴交于点C,点A的坐标为(-1,0),点B的坐标为(3,0).
(1)求此抛物线的函数解析式;
(2)M为该抛物线上的点,当∠MCB=45°时,求所有满足条件的点M的坐标.
解:(1)∵抛物线y=-x2+bx+c与x轴交于点A(-1,0),B(3,0),
∴y=-(x+1)(x-3)=-x2+x+2.
(2)如图,以CB为对角线作正方形CTBK,
则∠BCK=∠BCT=45°,
∴CK,CT与抛物线的另一个交点即为M.
过点T作x轴的平行线交y轴于点Q,过点B作BG⊥TQ于点G,则GQ=OB=3,
∴∠CTB=90°=∠CQT=∠QGB,
∴∠QCT+∠CTQ=90°=∠CTQ+∠BTG,
∴∠QCT=∠BTG.
∵CT=BT,∴△CQT≌△TGB(AAS),
∴QT=GB,CQ=TG.
设TQ=GB=m,则CQ=TG=3-m,
∴QO=3-m-2=1-m,
∴T(m,m-1).
由TC=TB可得m2+(m-3)2=(m-3)2+(m-1)2,
解得m=,∴T(,-).
易得直线CT的解析式为y=-5x+2.
联立解得或
∴M(,-).
∵四边形CTBK为正方形,∴易得K(,),
∴直线CK的解析式为y=x+2.
联立
解得或∴M(,).
综上所述,点M的坐标为(,-)或(,).
类型二 线段及周长问题
3.(2024·宜宾节选)如图,抛物线y=x2+bx+c与x轴交于点A(-1,0)和点B,与y轴交于点C(0,-4),其顶点为D.
(1)求抛物线的解析式及顶点D的坐标;
(2)在y轴上是否存在一点M,使得△BDM的周长最小?若存在,求出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)把点A(-1,0),C(0,-4)代入y=x2+bx+c,
得解得
∴抛物线的解析式为y=x2-3x-4.
∵y=x2-3x-4=(x-)2-,
∴抛物线顶点D的坐标为(,-).
(2)存在.理由如下:
作点D(,-)关于y轴的对称点D′(-,-),连接BD′交y轴于点M,连接DM.
在y=x2-3x-4中,令y=0得0=x2-3x-4,
解得x=4或x=-1,
∴B(4,0).
∵BD的长为定值,
∴要使△BDM的周长最小,只需DM+BM最小.
∵DM=D′M,
∴DM+BM=D′M+BM,
∴当点B,M,D′共线时,DM+BM最小,最小值为BD′的长,此时△BDM的周长也最小.
由B(4,0),D′(-,-)得直线BD′的解析式为y=x-,
令x=0得y=-,
∴点M的坐标为(0,-).
4.(2024·德阳节选)如图,抛物线y=x2-x+c与x轴交于点A(-1,0)和点B,与y轴交于点C.
(1)求抛物线的解析式;
(2)将抛物线的顶点向下平移个单位长度得到点M,P为抛物线的对称轴上一动点,求PA+PM长的最小值.
解:(1)把点A(-1,0)代入y=x2-x+c,
得0=1+1+c,解得c=-2,
∴抛物线的解析式为y=x2-x-2.
(2)连接BM,过点A作AH⊥BM于点H,交抛物线的对称轴直线x=于点P′,设直线x=交x轴于点N.
在y=x2-x-2中,令y=0得0=x2-x-2,解得x=-1或x=2,
∴B(2,0),∴AB=3,BN=2-=.
∵将抛物线的顶点(,-)向下平移个单位长度得到点M,∴M(,-3),∴MN=3,
∴BM===,
∴sin ∠BMN===,
∴=,∴P′H=P′M,
∴P′A+P′M=P′A+P′H=AH.
由垂线段最短可知,当点P与点P′重合时,PA+PM的长最小,最小值为AH的长.
∵2S△ABM=AB·MN=BM·AH,
∴AH===,
∴PA+PM长的最小值为.
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