抛物线y=ax2+bx+3经过点A、B、C,已知A(-1,0),B(3,0).
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图1,P为线段BC上一点,过点P作y轴平行线,交抛物线于点D,当△BDC的面积最大时,求点P的坐标;
(3)如图2,在(2)的条件下,延长DP交x轴于点F,M(m,0)是x轴上一动点,N是线段DF上一点,当△BDC的面积最大时,若∠MNC=90°,请直接写出实数m的取值范围.
网友回答
解:(1)由题意得:
,
解得:,
故抛物线解析式为y=-x2+2x+3;
(2)令x=0,则y=3,即C(0,3).
设直线BC的解析式为y=kx+b′,
则,解得:,
故直线BC的解析式为y=-x+3.
设P(a,3-a),则D(a,-a2+2a+3),
∴PD=(-a2+2a+3)-(3-a)=-a2+3a,
∴S△BDC=S△PDC+S△PDB=PD?a+PD?(3-a)=PD?3=(-a2+3a)=-(a-)2+,
∴当a=时,△BDC的面积最大,此时P(,);
(3)将x=代入y=-x2+2x+3,得y=-()2+2×+3=,
∴点D的坐标为(,).
过点C作CG⊥DF,则CG=.
①点N在DG上时,点N与点D重合时,点M的横坐标最大.
∵∠MNC=90°,∴CD2+DM2=CM2,
∵C(0,3),D(,),M(m,0),
∴(-0)2+(-3)2+(m-)2+(0-)2=(m-0)2+(0-3)2,
解得m=.
∴点M的坐标为(,0),
即m的最大值为;
②点N在线段GF上时,设GN=x,则NF=3-x,
∵∠MNC=90°,
∴∠CNG+∠MNF=90°,
又∵∠CNG+∠NCG=90°,
∴∠NCG=∠MNF,
又∵∠NGC=∠MFN=90°,
∴Rt△NCG∽△MNF,
∴=,即=,
整理得,MF=-x2+2x=-(x-)2+,
∴当x=时(N与P重合),MF有最大值,
此时M与O重合,
∴M的坐标为(0,0),
∴m的最小值为0,
故实数m的变化范围为0≤m≤.
解析分析:(1)由y=ax2+bx+3经过点A(-1,0),B(3,0),利用待定系数法即可求得此抛物线的解析式;
(2)首先令x=0,求得点C的坐标,然后设直线BC的解析式为y=kx+b′,由待定系数法求得直线BC的解析式为y=-x+3,再设P(a,3-a),即可得D(a,-a2+2a+3),求出PD的长,由S△BDC=S△PDC+S△PDB,得到S△BDC=-(a-)2+,利用二次函数的性质,即可求得当△BDC的面积最大时,点P的坐标;
(3)将x=代入抛物线解析式y=-x2+2x+3求出点P的纵坐标,过点C作CG⊥DF,然后分①点N在DG上时,点N与点D重合时,点M的横坐标最大,然后根据勾股定理得出CD2+DM2=CM2,列出关于m的方程,解方程求出m的最大值;②点N在线段GF上时,设GN=x,然后表示出NF,根据同角的余角相等求出∠NCG=∠MNF,然后证明△NCG和△MNF相似,根据相似三角形对应边成比例列出比例式用x表示出MF,再根据二次函数的最值问题求出y的最大值,然后求出MO,从而得到点M的坐标,求出m的最小值.
点评:此题考查了待定系数法求函数的解析式、三角形的面积、相似三角形的判定与性质、二次函数的最值、勾股定理等知识.此题综合性很强,难度较大,注意掌握数形结合思想、分类讨论思想与方程思想的应用.