如图,抛物线y=x2+mx+n交x轴于A、B两点,直线y=kx+b经过点A,与这条抛物线的对称轴交于点M(1,2),且点M与抛物线的顶点N关于x轴对称.
(1)求这条抛物线的函数关系式;
(2)设题中的抛物线与直线的另一交点为C,已知P为线段AC上一点(不含端点),过点P作PQ⊥x轴,交抛物线于点Q,试证明:当P为AC的中点时,线段PQ的长取得最大值,并求出PQ的最大值;
(3)设D、E为直线AC上的两点(不与A、C重合),且D在E的左侧,DE=2,过点D作DF⊥x轴交抛物线于点F,过点E作EG⊥x轴交抛物线于点G.问:是否存在这样的点D,使得以D、E、F、G为顶点的四边形为平行四边形?若存在,请求出所有符合条件的点D的坐标;若不存在,请说明理由.
网友回答
解:(1)由题意知,抛物线顶点N的坐标为(1,-2),
∴其函数关系式为y=(x-1)2-2=x2-x-.
(2)由x2-x-=0
得x=-1或3,即A(-1,0)、B(3,0);
由A(-1,0)、M(1,2)可得直线AC的函数关系式为y=x+1,
设P(t,t+1),则Q的坐标为(t,t2-t-);
∴PQ=(t+1)-(t2-t-)=-t2+2t+=-(t-2)2+,
∵a=-<0
∴当t=2时,PQ有最大值为,
即P点运动至AC的中点时,PQ长有最大值为.
(3)由直线AC的函数关系式为y=x+1可知:∠CAB=45°,则D、E的横坐标差为2;
设点D(x,x+1),E(x+2,x+3),则:F(x,x2-x-),G(x+2,x2+x-);
由于DF∥EG,若以D、E、F、G为顶点的四边形为平行四边形,则DF=EG;
①当点D在线段CA的延长线上,点E在线段AC上时;
DF=x2-x--(x+1)=x2-2x-,EG=x+3-(x2+x-)=-x2+;
由于DF=EG,则x2-2x-=-x2+,
解得x=1±2;
由于x<0,则D(1-2,2-2);
②当点D、E都在线段AC上时;
DF=-x2+2x+,EG=-x2+;
同①可得:-x2+2x+=-x2+,
解得x=1;
故D(1,2);
③当点D在线段AC上,E点在线段AC的延长线上时,
DF=x2-x--(x+1)=x2-2x-,EG=x+3-(x2+x-)=-x2+;
由于DF=EG,则x2-2x-=-x2+,
解得x=1±2;
由于x>0,则D(1+2,2+2);
符合条件的点共有3个,分别为D1(1,2),D2(1-2,2-2),D3(1+2,2+2).
(第(3)小题得出1解得,2解得,3解得4分)
解析分析:(1)由于点M和抛物线顶点关于x轴对称,即可得到点N的坐标,进而表示出该抛物线的顶点坐标式函数解析式.
(2)根据(1)所得抛物线的解析式,可得到点A的坐标,进而可求出直线AC的解析式,设出点P的横坐标,根据直线AC和抛物线的解析式,即可得到P、Q的纵坐标,从而得到关于PQ的长和P点横坐标的函数关系式,根据所得函数的性质即可求出PQ的最大值及对应的P点坐标,然后判断此时的P点是否为AC的中点即可.
(3)由直线AC的斜率可得∠CAB=45°,因此D、E的横坐标差为2,可设出点D的横坐标,即可得到点E的横坐标,进而可参照(2)的方法求得DF、EG的长,若以D、E、F、G为顶点的四边形为平行四边形,那么必须满足DE=FG,由此可求得点D的坐标.需要注意的是:在表示DE、FG的长时,要分三种情况考虑:
①点D在线段CA的延长线上,E在线段AC上,②D、E都在线段AC上,③点E在线段AC的延长线上,D在线段AC上.
点评:此题主要考查了二次函数解析式的确定、函数图象交点坐标的求法、二次函数最值的应用、平行四边形的判定和性质等知识,同时考虑了分类讨论的数学思想,难度较大.