如图,抛物线y=-x2+mx+n经过△ABC的三个顶点,点A坐标为(0,3),点B坐标为(2,3),点C在x轴的正半轴上.
(1)求该抛物线的函数关系表达式及点C的坐标;
(2)点E为线段OC上一动点,以OE为边在第一象限内作正方形OEFG,当正方形的顶点F恰好落在线段AC上时,求线段OE的长;
(3)将(2)中的正方形OEFG沿OC向右平移,记平移中的正方形OEFG为正方形DEFG,当点E和点C重合时停止运动.设平移的距离为t,正方形DEFG的边EF与AC交于点M,DG所在的直线与AC交于点N,连接DM,是否存在这样的t,使△DMN是等腰三角形?若存在,求出t的值;若不存在,请说明理由;
(4)在上述平移过程中,当正方形DEFG与△ABC的重叠部分为五边形时,请直接写出重叠部分的面积S与平移距离t的函数关系式及自变量t的取值范围;并求出当t为何值时,S有最大值,最大值是多少?
网友回答
解:(1)∵抛物线y=-x2+mx+n经过点A(0,3),B(2,3),
∴,
解得:,
∴抛物线的解析式为:y=-x2+x+3.
令y=0,即-x2+x+3=0,
解得x=6或x=-4,
∵点C位于x轴正半轴上,
∴C(6,0).
(2)当正方形的顶点F恰好落在线段AC上时,如答图1所示:
设OE=x,则EF=x,CE=OC-OE=6-x.
∵EF∥OA,
∴△CEF∽△COA,
∴,即,
解得x=2.
∴OE=2.
(3)存在满足条件的t.理由如下:
如答图2所示,
易证△CEM∽△COA,∴,即,得ME=2-t.
过点M作MH⊥DN于点H,则DH=ME=2-t,MH=DE=2.
易证△MNH∽△COA,∴,即,得NH=1.
∴DN=DH+HN=3-t.
在Rt△MNH中,MH=2,NH=1,由勾股定理得:MN=.
△DMN是等腰三角形:
①若DN=MN,则3-t=,解得t=6-;
②若DM=MN,则DM2=MN2,即22+(2-t)2=()2,
解得t=2或t=6(不合题意,舍去);
③若DM=DN,则DM2=DN2,即22+(2-t)2=(3-t)2,解得t=1.
综上所述,当t=1、2或6-时,△DMN是等腰三角形.
(4)当正方形DEFG与△ABC的重叠部分为五边形时,如答图3所示:
设EF、DG分别与AC交于点M、N,由(3)可知:ME=2-t,DN=3-t.
设直线BC的解析式为y=kx+b,将点B(2,3)、C(6,0)代入得:
,
解得,
∴y=x+.
设直线BC与EF交于点K,
∵xK=t+2,∴yK=xK+=t+3,
∴FK=yF-yK=2-(t+3)=t-1;
设直线BC与GF交于点J,
∵yJ=2,
∴2=xJ+,得xJ=,
∴FJ=xF-xJ=t+2-=t-.
∴S=S正方形DEFG-S梯形MEDN-S△FJK
=DE2-(ME+DN)?DE-FK?FJ
=22-[(2-t)+(3-t)]×2-(t-1)(t-)
=t2+2t-.
过点G作GH⊥y轴于点H,交AC于点I,则HI=2,HJ=,
∴t的取值范围是:2<t<.
∴S与t的函数关系式为:S=t2+2t-(2<t<).
S=t2+2t-=(t-)2+1,
∵<0,且2<<,
∴当t=时,S取得最大值,最大值为1.
解析分析:(1)利用待定系数法求出抛物线的解析式,令y=0解方程,求出点C的坐标;
(2)如答图1所示,由△CEF∽△COA,根据比例式列方程求出OE的长度;
(3)如答图2所示,若△DMN是等腰三角形,可能有三种情形,需要分类讨论;
(4)当正方形DEFG与△ABC的重叠部分为五边形时,如答图3所示.利用S=S正方形DEFG-S梯形MEDN-S△FJK求出S关于t的表达式,然后由二次函数的性质求出其最值.
点评:本题是典型的运动型二次函数压轴题,考查了二次函数的图象与性质、待定系数法、一次函数、相似三角形、勾股定理、图形面积计算、最值问题等知识点,考查了运动型问题、存在型问题和分类讨论的数学思想,难度较大.解题关键是理解图形的运动过程.