如图,点P是直线l:y=-2x-2上的点,过点P的另一条直线m交抛物线y=x2于A、B两点.
(1)若直线m的解析式为y=-x+,求A,B两点的坐标;
(2)①若点P的坐标为(-2,t).当PA=AB时,请直接写出点A的坐标;
②试证明:对于直线l上任意给定的一点P,在抛物线上能找到点A,使得PA=AB成立.
(3)设直线l交y轴于点C,若△AOB的外心在边AB上,且∠BPC=∠OCP,求点P的坐标.
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解:(1)∵点A、B是抛物线y=x2与直线y=-x+的交点,
∴x2=-x+,
解得x=1或x=-.
当x=1时,y=1;当x=-时,y=,
∴A(-,),B(1,1).
(2)①∵点P(-2,t)在直线y=-2x-2上,∴t=2,∴P(-2,2).
设A(m,m2),如答图1所示,分别过点P、A、B作x轴的垂线,垂足分别为点G、E、F.
∵PA=AB,
∴AE是梯形PGFB的中位线,
∴GE=EF,AE=(PG+BF).
∵GE=EF=OE+OF,∴OF=GE-OE=2+2m.
∵AE=(PG+BF),∴BF=2AE-PG=2m2-2.
∴B(2+2m,2m2-2).
∵点B在抛物线y=x2上,
∴2m2-2=(2+2m)2
解得:m=-1或-3,
当m=-1时,m2=1;当m=-3时,m2=9
∴点A的坐标为(-1,1)或(-3,9).
②设P(a,-2a-2),A(m,m2).
如答图1所示,分别过点P、A、B作x轴的垂线,垂足分别为点G、E、F.
与①同理可求得:B(2m-a,2m2+2a+2).
∵点B在抛物线y=x2上,
∴2m2+2a+2=(2m-a)2
整理得:2m2-4am+a2-2a-2=0.
△=16a2-8(a2-2a-2)=8a2+16a+16=8(a+1)2+8>0,
∴无论a为何值时,关于m的方程总有两个不相等的实数根.即对于任意给定的点P,抛物线上总能找到两个满足条件的点A,使得PA=AB成立.
(3)∵△AOB的外心在边AB上,∴AB为△AOB外接圆的直径,∴∠AOB=90°.
设A(m,m2),B(n,n2),
如答图2所示,过点A、B分别作x轴的垂线,垂足为E、F,则易证△AEO∽△OFB.
∴,即,整理得:mn(mn+1)=0,
∵mn≠0,∴mn+1=0,即mn=-1.
设直线m的解析式为y=kx+b,联立,得:x2-kx-b=0.
∵m,n是方程的两个根,∴mn=-b.
∴b=1.
设直线m与y轴交于点D,则OD=1.
易知C(0,-2),OC=2,∴CD=OC+OD=3.
∵∠BPC=∠OCP,∴PD=CD=3.
设P(a,-2a-2),过点P作PG⊥y轴于点G,则PG=-a,GD=OG-OD=-2a-3.
在Rt△PDG中,由勾股定理得:PG2+GD2=PD2,
即:(-a)2+(-2a-3)2=32,整理得:5a2+12a=0,
解得a=0(舍去)或a=-,
当a=-时,-2a-2=,
∴P(-,).
解析分析:(1)联立抛物线y=x2与直线y=-x+的解析式,求出点A、B的坐标.
(2)①如答图1所示,求出点P坐标(-2,2),设A(m,m2).作辅助线,构造直角梯形PGFB,AE为中位线,求出点B的坐标(用含m的代数式表示),然后代入抛物线的解析式求出m的值;
②与①解题思路一致.设P(a,-2a-2),A(m,m2).作辅助线,构造直角梯形PGFB,AE为中位线,求出点B的坐标(用含a、m的代数式表示),然后代入抛物线的解析式得到关于m的一元二次方程,根据其判别式大于0,可证明题中结论成立.
(3)△AOB的外心在边AB上,则AB为△AOB外接圆的直径,∠AOB=90°.设A(m,m2),B(n,n2).作辅助线,证明△AEO∽△OFB,得到mn=-1.再联立直线m:y=kx+b与抛物线y=x2的解析式,由根与系数关系得到:mn=-b,所以b=1;由此得到OD、CD的长度,从而得到PD的长度;作辅助线,构造Rt△PDG,由勾股定理求出点P的坐标.
点评:本题是二次函数综合题型,考查了二次函数与一次函数的图象与性质、梯形及梯形中位线、勾股定理、相似三角形、一元二次方程等知识点,有一定的难度.第(2)问中,注意根的判别式的应用,第(3)问中,注意根与系数关系的应用.