在平面直角坐标系中,已知抛物线y= - 1 2 x 2 +bx+c(b,c为常数)的顶点为P,等腰直角三角形ABC的顶点

在平面直角坐标系中,已知抛物线y= -
1
2
x 2 +bx+c(b,c为常数)的顶点为P,等腰直角三角形ABC的顶点A的坐标为(0,-1),C的坐标为(4,3),直角顶点B在第四象限.
(1)如图,若该抛物线过A,B两点,求该抛物线的函数表达式;
(2)平移(1)中的抛物线,使顶点P在直线AC上滑动,且与AC交于另一点Q.
(i)若点M在直线AC下方,且为平移前(1)中的抛物线上的点,当以M、P、Q三点为顶点的三角形是等腰直角三角形时,求出所有符合条件的点M的坐标;
(ii)取BC的中点N,连接NP,BQ.试探究
PQ
NP+BQ
是否存在最大值?若存在,求出该最大值;若不存在,请说明理由.
俏丽短发 1年前 已收到1个回答 举报

Johnnyzang 幼苗

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(1)∵等腰直角三角形ABC的顶点A的坐标为(0,-1),C的坐标为(4,3)
∴点B的坐标为(4,-1).
∵抛物线过A(0,-1),B(4,-1)两点,


c=-1
-
1
2 ×16+4b+c=-1 ,解得:b=2,c=-1,
∴抛物线的函数表达式为:y= -
1
2 x 2 +2x-1.

(2)i)∵A(0,-1),C(4,3),
∴直线AC的解析式为:y=x-1.
设平移前抛物线的顶点为P 0 ,则由(1)可得P 0 的坐标为(2,1),且P 0 在直线AC上.
∵点P在直线AC上滑动,∴可设P的坐标为(m,m-1),
则平移后抛物线的函数表达式为:y= -
1
2 (x-m) 2 +m-1.
解方程组:

y=x-1
y=-
1
2 ( x-m) 2 +(m-1) ,
解得

x 1 =m
y 1 =m-1 ,

x 2 =m-2
y 2 =m-3
∴P(m,m-1),Q(m-2,m-3).
过点P作PE ∥ x轴,过点Q作QF ∥ y轴,则
PE=m-(m-2)=2,QF=(m-1)-(m-3)=2.
∴PQ= 2
2 =AP 0
若以M、P、Q三点为顶点的等腰直角三角形,则可分为以下两种情况:
①当PQ为直角边时:点M到PQ的距离为 2
2 (即为PQ的长).
由A(0,-1),B(4,-1),P 0 (2,1)可知,
△ABP 0 为等腰直角三角形,且BP 0 ⊥AC,BP 0 = 2
2 .
如答图1,过点B作直线l 1 ∥ AC,交抛物线y= -
1
2 x 2 +2x-1于点M,则M为符合条件的点.
∴可设直线l 1 的解析式为:y=x+b 1
∵B(4,-1),∴-1=4+b 1 ,解得b 1 =-5,
∴直线l 1 的解析式为:y=x-5.
解方程组

y=x-5
y=-
1
2 x 2 +2x-1 ,得:

x 1 =4
y 1 =-1 ,

x 2 =-2
y 2 =-7
∴M 1 (4,-1),M 2 (-2,-7).

②当PQ为斜边时:MP=MQ=2,可求得点M到PQ的距离为
2 .
如答图2,取AB的中点F,则点F的坐标为(2,-1).
由A(0,-1),F(2,-1),P 0 (2,1)可知:
△AFP 0 为等腰直角三角形,且点F到直线AC的距离为
2 .
过点F作直线l 2 ∥ AC,交抛物线y= -
1
2 x 2 +2x-1于点M,则M为符合条件的点.
∴可设直线l 2 的解析式为:y=x+b 2
∵F(2,-1),∴-1=2+b 2 ,解得b 2 =-3,
∴直线l 2 的解析式为:y=x-3.
解方程组

y=x-3
y=-
1
2 x 2 +2x-1 ,得:

x 1 =1+
5
y 1 =-2+
5 ,

x 2 =1-
5
y 2 =-2-
5
∴M 3 (1+
5 ,-2+
5 ),M 4 (1-
5 ,-2-
5 ).
综上所述,所有符合条件的点M的坐标为:
M 1 (4,-1),M 2 (-2,-7),M 3 (1+
5 ,-2+
5 ),M 4 (1-
5 ,-2-
5 ).

ii)
PQ
NP+BQ 存在最大值.理由如下:
由i)知PQ= 2
2 为定值,则当NP+BQ取最小值时,
PQ
NP+BQ 有最大值.

如答图2,取点B关于AC的对称点B′,易得点B′的坐标为(0,3),BQ=B′Q.
连接QF,FN,QB′,易得FN ∥ PQ,且FN=PQ,
∴四边形PQFN为平行四边形.
∴NP=FQ.
∴NP+BQ=FQ+B′Q≥FB′=
2 2 + 4 2 = 2
5 .
∴当B′、Q、F三点共线时,NP+BQ最小,最小值为 2
5 .

PQ
NP+BQ 的最大值为
2
2
2
5 =

10
5 .

1年前

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