如图,已知抛物线y=ax2+bx+c经过点A(-1,0)、B(3,0)和C(0,-3),线段BC与抛物线的对称轴相交于点P.M、N分别是线段OC和x轴上的动点,运动时保持∠MPN=90°不变.连结MN,设MC=m.
(1)求抛物线的函数解析式;
(2)用含m的代数式表示△PMN的面积S,并求S的最大值;
(3)以PM、PN为一组邻边作矩形PMDN,当此矩形全部落在抛物线与x轴围成的封闭区域内(含边界)时,求m的取值范围.
网友回答
解:(1)∵抛物线y=ax2+bx+c经过点A(-1,0)、B(3,0)和C(0,-3),
∴,
解得:,
∴抛物线的解析式是y=x2-2x-3;
(2)作PE⊥y轴于点E,设抛物线的对称轴与x轴相交于点F,
易得抛物线的对称轴为直线x=1,直线BC的解析式为y=x-3,
∴P(1,-2),
∴E(0,-2),ME=|m-1|,
∴,
∵∠MPN=90°,∠EPF=90°,
∴∠MPE=∠NPF,
又∵∠PEM=∠PFN=90°,
∴△MPE∽△NPF,
∴,
∴PN=2PM,
∴,
∵0≤m≤3,
∴当m=3时,S有最大值,最大值是5;
(3)①当点D在x轴上时,点D、M显然分别与点O、E重合,
此时,m=1;
②当点D在抛物线上时(如图2),作DG⊥x轴于点G,
∠MPE+∠NPE=90°,∠NPE+∠NPF=90°,
∴∠MPE=∠NPF,
又∵∠DNG+∠PNF=90°,∠NPF+∠PNF=90°,
∴∠DNG=∠NPF,
∴∠MPE=∠DNG,
在△MPE和△DNG中,
,
∴△MPE≌△DNG(AAS),
∴DG=ME=1-m,NG=PE=1,
由(2)得:,故NF=2ME=2-2m,
∴OG=1-ON=NF=2-2m,
∴D(2m-2,m-1),
代入抛物线解析式得:m-1=(2m-2)2-2(2m-2)-3,
整理得:4m2-13m+6=0,
解得:,(不合题意,舍去),
∴时,点D恰好在抛物线上,
∴当时,此矩形全部落在抛物线与x轴围成的封闭区域内.
解析分析:(1)将A、B、C三点坐标代入抛物线解析式,可得出a、b、c的值,继而得出抛物线解析式;
(2)作PE⊥y轴于点E,设抛物线的对称轴与x轴相交于点F,先求出直线BC解析式,确定点P的坐标,在Rt△PME中表示出PM,证明△MPE∽△NPF,利用对应边成比例得出PN的表达式,继而可得出S关于m的表达式,再由m的取值范围,可得出S的最大值;
(3)找到两个极值点,①点D在x轴上,此时很容易得出m=1;②点D在抛物线上,作DG⊥x轴于点G,证明△MPE≌△DNG,得出DG=ME=1-m,NG=PE=1,由(2),得出NF=2ME=2-2m,则可得到OG=1-ON=NF=2-2m,得出点D的坐标,代入抛物线解析式得出m的值,综合起来可得出m的取值范围.
点评:本题是二次函数的综合题型,涉及了待定系数法求二次函数解析式、动点问题、根据边界点确定动取值范围,解答本题需要一定的耐心及对基础知识的熟练掌握,同学们要注意培养自己解答综合题的能力,做到将所学知识点融会贯通.