二次函数与几何的综合.doc

二次函数与几何的综合
靖江外国语学校 殷建涛
近年来，二次函数与几何的综合题成为中考的热点.解决这类问题需要用到数形结合思想，把“数”与“形”结合起来，相互渗透.下面就二次函数与三角形、四边形、圆的综合运用分别举例分析.
1.二次函数与三角形
例1.（苏州2014）如图，二次函数y=a（x2﹣2mx﹣3m2）（其中a，m是常数，且a＞0，m＞0）的图象与x轴分别交于点A、B（点A位于点B的左侧），与y轴交于C（0，﹣3），点D在二次函数的图象上，CD∥AB，连接AD，过点A作射线AE交二次函数的图象于点E，AB平分∠DAE．
（1）用含m的代数式表示a；
（2）求证：为定值；
（3）设该二次函数图象的顶点为F，探索：在x轴的负半轴上是否存在点G，连接GF，以线段GF、AD、AE的长度为三边长的三角形是直角三角形？如果存在，只要找出一个满足要求的点G即可，并用含m的代数式表示该点的横坐标；如果不存在，请说明理由．

分析:
（1）由C在二次函数y=a（x2﹣2mx﹣3m2）上，则其横纵坐标必满足方程，代入即可得到a与m的关系式．
（2）求证为定值，一般就是计算出AD、AE的值，然后相比．而求其长，过E、D作x轴的垂线段，进而通过设边长，利用直角三角形性质得方程求解，是求解此类问题的常规思路，如此易得定值．
（3）要使线段GF、AD、AE的长度为三边长的三角形是直角三角形，且（2）中，则可考虑若GF使得AD：GF：AE=3：4：5即可．由AD、AE、F点都易固定，且G在x轴的负半轴上，则易得G点大致位置，可连接CF并延长，证明上述比例AD：GF：AE=3：4：5即可．
解：
（1）将C（0，﹣3）代入二次函数y=a（x2﹣2mx﹣3m2），则﹣3=a（0﹣0﹣3m2），
解得 ．
（2）证明：如图1，过点D、E分别作x轴的垂线，垂足为M、N．
由a（x2﹣2mx﹣3m2）=0，
解得
则 A（﹣m，0），B（3m，0）．
∵CD∥AB，
∴点D的坐标为（2m，﹣3）．
∵AB平分∠DAE，
∴∠DAM=∠EAN，
∵∠DMA=∠ENA=90°，
∴△ADM∽△AEN．
∴．
设E坐标为
∴，
∴x=4m，
∴E（4m，5），
∵AM=AO+OM=m+2m=3m，AN=AO+ON=m+4m=5m，
∴,即为定值．

（3）如图2，记二次函数图象顶点为F，则F的坐标为（m，﹣4），过点F作FH⊥x轴于点H．
连接FC并延长，与x轴负半轴交于一点，此点即为所求的点G．

∵tan∠CGO=，tan∠FGH=，
∴，
∴OG=3m．
∵GF===4，
AD===3，
∴．
∵，
∴AD：GF：AE=3：4：5，
∴以线段GF，AD，AE的长度为三边长的三角形是直角三角形，此时G点的横坐标为﹣3m．

点评: 本题考查了二次函数性质、勾股定理及利用直角三角形性质求解边长等知识，总体来说本题虽难度较大，但问题之间的提示性较明显，所以是一道质量较高的题目.

2.二次函数与四边形
例2.(连云港2014) 已知二次函数y=x2+bx+c，其图象抛物线交x轴于点A（1，0），B（3，0），交y轴于点C，直线l过点C，且交抛物线于另一点E（点E不与点A、B重合）．
（1）求此二次函数关系式；
（2）若直线l1经过抛物线顶点D，交x轴于点F，且l1∥l，则以点C、D、E、F为顶点的四边形能否为平行四边形？若能，求出点E的坐标；若不能，请说明理由．
（3）若过点A作AG⊥x轴，交直线l于点G，连接OG、BE，试证明OG∥BE．

分析:
（1）由二次函数y=x2+bx+c，其图象抛物线交x轴于点A（1，0），B（3，0），直接利用待定系数法求解，即可求得此二次函数关系式；
（2）以点C、D、E、F为顶点的四边形构成平行四边形，有两种情形，需要分类讨论，避免漏解：
①若CD为平行四边形的对角线，如图2﹣1所示；
②若CD为平行四边形的边，如图2﹣2所示；
（3）首先过点E作轴于点H，设直线CE的解析式为：y=kx+3，然后分别求得点G与E的坐标，即可证得△OAG∽△BHE，则可得∠AOG=∠HBE，继而可证得OG∥BE．

解: （1）二次函数y=x2+bx+c，其图象抛物线交x轴于点A（1，0），B（3，0），
∴， 解得：，
∴此二次函数关系式为：y=x2﹣4x+3；

（2）假设以点C、D、E、F为顶点的四边形能成为平行四边形．
①若CD为平行四边形的对角线，如答图2﹣1．
过点D作DM⊥AB于点M，过点E作EN⊥OC于点N，
∵y=x2﹣4x+3=（x﹣2）2﹣1，
∴点D（2，﹣1），点C（0，3），
∴DM=1，
∵l1∥l，
∴当CE=DF时，四边形CEDF是平行四边形，
∴∠ECF+∠CFD=180°，
∵∠OCF+∠OFC=90°，
∴∠ECN+∠DFM=90°，
∵∠DFM+∠FDM=90°，
∴∠ECN=∠FDM，
∴△ECN≌△FDM（AAS），
∴CN=DM=1，
∴ON=OC﹣CN=3﹣1=2，
当y=2时，x2﹣4x+3=2，
解得：x=2±；

②若CD为平行四边形的边，如答图2﹣2，则EF∥CD，
且EF=CD．
过点D作DM⊥y轴于点M，则DM=2，OM=1，CM=OM+OC=4；
过点E作EN⊥x轴于点N．
易证△CDM≌△EFN，∴EN=CM=4．
∴x2﹣4x+3=4， 解得：x=2±．
综上所述，以点C、D、E、F为顶点的四边形能成为平行四边形；点E的坐标为（2+，2）、（2﹣，2）、
（2+，4）、（2﹣，4）．

（3）如图②，过点E作EH⊥x轴于点H，
设直线CE的解析式为：y=kx+3，
∵A（1，0），AG⊥x轴，
∴点G（1，k+3），
即OA=1，AG=k+3，
∵E是直线与抛物线的交点，
∴， 解得：
∴点E（k+4，（k+1）（k+3）），
∴BH=OH﹣OB=k+3，EH=（k+1）（k+3），
∴，
∵∠OAG=∠BHE=90°，
∴△OAG∽△BHE，
∴∠AOG=∠HBE，
∴OG∥BE．
点评: 此题属于二次函数的综合题、综合性较强，难度较大，主要考查了待定系数法求二次函数的解析式、一次函数与二次函数的交点问题、平行四边形的性质以及相似三角形的判定与性质等知识．注意掌握辅助线的作法，注意掌握数形结合思想与方程思想的应用．

3.二次函数与圆
例3.(盐城2014) 如图①，在平面直角坐标系中，一块等腰直角三角板ABC的直角顶点A在y轴上，坐标为（0，﹣1），另一顶点B坐标为（﹣2，0），已知二次函数y=x2+bx+c的图象经过B、C两点．现将一把直尺放置在直角坐标系中，使直尺的边A′D′∥y轴且经过点B，直尺沿x轴正方向平移，当A′D′与y轴重合时运动停止．
（1）求点C的坐标及二次函数的关系式；
（2）若运动过程中直尺的边A′D′交边BC于点M，交抛物线于点N，求线段MN长度的最大值；
（3）如图②，设点P为直尺的边A′D′上的任一点，连接PA、PB、PC，Q为BC的中点，试探究：在直尺平移的过程中，当PQ=时，线段PA、PB、PC之间的数量关系．请直接写出结论，并指出相应的点P与抛物线的位置关系．
（说明：点与抛物线的位置关系可分为三类，例如，图②中，点A在抛物线内，点C在抛物线上，点D′在抛物线外．）

分析:
（1）求C点坐标，考虑作x，y轴垂线，表示横纵坐标，易得△CDA≌△AOB，所以C点坐标易知．进而抛物线解析式易得．
（2）横坐标相同的两点距离，可以用这两点的纵坐标作差，因为两点分别在直线BC与抛物线上，故可以利用解析式，设横坐标为x，表示两个纵坐标．作差记得关于x的二次函数，利用最值性质，结果易求．
（3）计算易得，BC=，因为Q为BC的中点，PQ=恰为半径，P点必在圆上．此时连接PB，PC，PA，因为BC为直径，故BP2+CP2=BC2为定值，而PA不固定，但不超过BC，所以易得结论BP2+CP2≥PA2，题目要求考虑三种情况，其中P在抛物线上时，P点只能与B或C重合，此时，PA，PB，PC可求具体值，则有等量关系．

解：（1）如图1，过点C作CD⊥y轴于D，此时△CDA≌△AOB，
∵△CDA≌△AOB，
∴AD=BO=2，CD=AO=1，
∴OD=OA+AD=3，
∴C（﹣1，﹣3）．
将B（﹣2，0），C（﹣1，﹣3）代入抛物线y=x2+bx+c，
解得 b=，c=﹣3，∴抛物线的解析式为y=x2+x﹣3．
（2）设lBC：y=kx+b，
∵B（﹣2，0），C（﹣1，﹣3），[来源:学.科.网]
∴，解得 ，
∴lBC：y=﹣3x﹣6，
设M（xM，﹣3xM﹣6），N（xN，xN2+xN﹣3），
∵xM=xN（记为x），yM≥yN，
∴线段MN长度=﹣3x﹣6﹣（x2+x﹣3）=﹣（x+）2+，（﹣2≤x≤﹣1），
∴当x=﹣时，线段MN长度为最大值．
（3）答：P在抛物线外时，BP2+CP2≥PA2；P在抛物线上时，BP+CP=AP；P在抛物线内，BP2+CP2≥PA2．
如图2，以Q点为圆心，为半径作⊙Q，
∵OB=2，OA=1，
∴AC=AB==，
∴BC==，
∴BQ=CQ=，
∵∠BAC=90°，
∴点B、A、C都在⊙Q上．
①P在抛物线外，
如图3，在抛物线外的弧BC上任找一点P，连接PC，PB，PA，
∵BC为直径，
∴BP2+CP2=BC2，BC≥PA，
∴BP2+CP2≥PA2．
②P在抛物线上，此时，P只能为B点或者C点，
∵AC=AB=，
∴AP=，
∵BP+CP=BC=，
∴BP+CP=AP．
③P在抛物线内，同理①，
∵BC为直径，
∴BP2+CP2=BC2，BC≥PA，
∴BP2+CP2≥PA2．
点评： 本题考查了三角形全等、抛物线图象与性质、函数性质及圆的基础知识，是一道综合性比较强的题目．