如图,抛物线y=(x-1)2+m与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C,连BC交对称轴于G点,且BG=2CG.
(1)求抛物线的解析式;
(2)在抛物线的对称轴上有两动点M、N(点M在点N的下方),且MN=6,若四边形ACMN的周长最小,试求AN+CM的长.
(3)在第一象限的抛物线上是否存在点P,使tan∠APC=?若存在,求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
网友回答
解:(1)如图,设抛物线的对称轴交x轴于点D,则DG∥OC,
∵BG=2CG,
∴BD:OB=BG:CG=2,
∴BD=2OD,
∴B点的横坐标是3.
将B(3,0)代入y=(x-1)2+m,
得4+m=0,解得m=-4.
∴抛物线的解析式为y=(x-1)2-4,即y=x2-2x-3;
≈
(2)如图,将点C(0,-3)向上平移6个单位得C′(0,3),连BC′交对称轴于点N,再将点N向下平移6个单位得点M,则AN+CM最小.
∵CC′∥MN,CC′=MN=6,
∴CC′NM是平行四边形,
∴C′N=CM.
∵A、B两点关于MN对称,
∴BN=AN,
∴AN+CM=BN+C′N=BC′.
∵B(3,0),C′(0,3),
∴BC′==3,
即四边形ACMN的周长最小时,AN+CM的长为3;
(3)如图,在x轴正半轴上取一点D,使OD=9.
∵tan∠ADC===,tan∠APC=,
∴tan∠ADC=tan∠APC,
∴∠ADC=∠APC,
∴A、C、D、P四点共圆,
易证∠ADC=∠ACO,
∴∠ADC+∠DAC=∠ACO+∠DAC=90°,
∴∠ACD=90°,
∴AD是直径,∠APD=90°.
设在第一象限的抛物线上存在点P(x,y),使tan∠APC=,则x>0,y>0.
∵AP2+PD2=AD2,A(-1,0),D(9,0),
∴(x+1)2+y2+(x-9)2+y2=102,
化简整理,得y2=(x+1)(9-x),
∵y=x2-2x-3=(x+1)(x-3),
∴(x+1)2(x-3)2=(x+1)(9-x),
∵x>0,∴x+1≠0,
∴(x+1)(x-3)2=(9-x),
化简整理,得x3-x2+4x=0,
∵x(x-1)(x-4)=0,
∵x>0,∴x=1或4,
当x=1时,y=-4<0,不合题意舍去;
当x=4时,y=5>0,符合题意.
故所求P点坐标为(4,5).
解析分析:(1)设抛物线的对称轴交x轴于点D,则DG∥OC,根据平行线分线段成比例定理,得BD:OB=BG:CG=2,则BD=2OD,求出B点的横坐标是3,再将B(3,0)代入y=(x-1)2+m,利用待定系数法,即可求出抛物线的解析式;
(2)由于AC与MN的长度都是定值,所以当四边形ACMN的周长最小时,AN+CM最小.将点C向上平移6个单位得C′,连接BC′交对称轴于点N,再将点N向下平移6个单位即得到点M,则AN+CM=BC′最小,运用勾股定理即可求出BC′的长度;
(3)在x轴正半轴上取一点D,使OD=9.由正切函数的定义得tan∠ADC==tan∠APC,则∠ADC=∠APC,得到A、C、D、P四点共圆,∠ACD=90°,由圆周角定理得出AD是直径,∠APD=90°.设在第一象限的抛物线上存在点P(x,y),使tan∠APC=,则x>0,y>0.在△APD中,由勾股定理,得AP2+PD2=AD2,列出关于x的方程,化简整理,得y2=(x+1)(9-x),将y=x2-2x-3=(x+1)(x-3)代入,整理,得x3-x2+4x=0,求出x的值,进而得到P点坐标.
点评:本题是二次函数的综合题型,其中涉及到的知识点有平行线分线段成比例定理,运用待定系数法求二次函数的解析式,轴对称-最短路线问题,平行四边形的判定与性质,正切函数的定义,四点共圆的条件,勾股定理,综合性较强,有一定难度.(2)中确定点M、N的位置是关键;(3)中确定点P的位置是关键.