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二次函数压轴题分类精选---等边三角形

1.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)的顶点为B(2,1),且过点A(0,2),直线y=x与抛物线交于点D,E(点E在对称轴的右侧),抛物线的对称轴交直线y=x于点C,交x轴于点G,EF⊥x轴,垂足为F,点P在抛物线上,且位于对称轴的右侧,PQ⊥x轴,垂足为点Q,△PCQ为等边三角形
(1)求该抛物线的解析式;
(2)求点P的坐标;
(3)求证:CE=EF;
(4)连接PE,在x轴上点Q的右侧是否存在一点M,使△CQM与△CPE全等?若存在,试求出点M的坐标;若不存在,请说明理由.[注:3+2=(+1)2].【分析】(1)根据抛物线的顶点是(2,1),因而设抛物线的表达式为y=a(x﹣2)2+1,把A的坐标代入即可求得函数的解析式;
(2)根据△PCQ为等边三角形,则△CGQ中,∠CQD=30°,CG的长度可以求得,利用直角三角形的性质,即可求得CQ,即等边△CQP的边长,则P的纵坐标代入二次函数的解析式,即可求得P的坐标;
(3)解方程组即可求得E的坐标,则EF的长等于E的纵坐标,OE的长度,利用勾股定理可以求得,同理,OC的长度可以求得,则CE的长度即可求解;
(4)可以利用反证法,假设x轴上存在一点,使△CQM≌△CPE,可以证得EM=EF,即M与F重合,与点E为直线y=x上的点,∠CEF=45°即点M与点F不重合相矛盾,故M不存在.
【解答】解:(1)设抛物线的表达式为y=a(x﹣2)2+1,将点A(0,2)代入,得a(0﹣2)2+1=2,
解这个方程,得a=,
∴抛物线的表达式为y=(x﹣2)2+1=x2﹣x+2;
(2)将x=2代入y=x,得y=2
∴点C的坐标为(2,2)即CG=2,
∵△PCQ为等边三角形
∴∠CQP=60°,CQ=PQ,
∵PQ⊥x轴,
∴∠CQG=30°,
∴CQ=4,GQ=2.
∴OQ=2+2,PQ=4,
将y=4代入y=(x﹣2)2+1,得4=(x﹣2)2+1
解这个方程,得x1=2+2=OQ,x2=2﹣2<0(不合题意,舍去).
∴点P的坐标为(2+2,4);
(3)把y=x代入y=x2﹣x+2,得x=x2﹣x+2
解这个方程,得x1=4+2,x2=4﹣2<2(不合题意,舍去)
∴y=4+2=EF
∴点E的坐标为(4+2,4+2)
∴OE==4+4,
又∵OC==2,
∴CE=OE﹣OC=4+2,
∴CE=EF;
(4)不存在.
如图,假设x轴上存在一点,使△CQM≌△CPE,则CM=CE,∠QCM=∠PCE
∵∠QCP=60°,
∴∠MCE=60°
又∵CE=EF,
∴EM=EF,
又∵点E为直线y=x上的点,
∴∠CEF=45°,
∴点M与点F不重合.
∵EF⊥x轴,这与“垂线段最短”矛盾,
∴原假设错误,满足条件的点M不存在.
【点评】本题考查了待定系数法求二次函数的解析式,以及等边三角形的性质,解直角三角形,反证法,正确求得E的坐标是关键.
2.二次函数图象的顶点在原点O,且经过点A(1,);点F(0,1)在y轴上.直线y=﹣1与y轴交于点H.
(1)求二次函数的解析式;
(2)点P是(1)中图象上的点,过点P作x轴的垂线与直线y=﹣1交于点M,求证:点M到∠OFP两边距离相等;
(3)当△FPM是等边三角形时,求P点的坐标.
【分析】(1)由于二次函数图象的顶点在原点O,可设二次函数的解析式为y=ax2.将点A(1,)代入,求出a的值,得到二次函数的解析式;
(2)设点P的坐标为(x,x2),过点P作PB⊥y轴于点B,在Rt△BPF中利用勾股定理求出PF==x2+1.根据PF=PM,得出∠PFM=∠PMF,又根据平行线的性质得出∠MFH=∠PMF,等量代换得出∠PFM=∠MFH,那么FM平分∠OFP,点M到∠OFP两边距离相等;
(3)当△FPM是等边三角形时,∠PMF=60°,那么∠FMH=30°,解Rt△MFH,得出MF=2FH=2×2=4,由PF=FM列出方程x2+1=4,解方程求出x的值,进而求出点P 的坐标.
【解答】(1)解:设二次函数的解析式为y=ax2.
将点A(1,)代入,得a=,
所以二次函数的解析式为y=x2;
(2)证明:设点P的坐标为(x,x2),
过点P作PB⊥y轴于点B,则BF=|x2﹣1|,PB=x,
∴Rt△BPF中,PF==x2+1.
∵PM⊥直线y=﹣1,
∴PM=x2+1,
∴PF=PM,
∴∠PFM=∠PMF,
又∵PM∥y轴,
∴∠MFH=∠PMF,
∴∠PFM=∠MFH,
∴FM平分∠OFP,
∴点M到∠OFP两边距离相等;
(3)解:当△FPM是等边三角形时,∠PMF=60°,
∴∠FMH=30°,
在Rt△MFH中,MF=2FH=2×2=4,
∵PF=PM=FM,
∴x2+1=4,解得:x=±2,
∴x2=×12=3,
∴满足条件的点P的坐标为(2,3)或(﹣2,3).
【点评】本题是二次函数综合题,其中涉及到利用待定系数法求二次函数的解析式,二次函数的性质,勾股定理,平行线的性质,等腰三角形的性质,角平分线的性质,等边三角形的性质等知识,综合性较强,难度适中.利用数形结合与方程思想是解题的关键.
3.已知抛物线经过A(﹣2,0),B(0,2),C(,0)三点,一动点P从原点出发以1个单位/秒的速度沿x轴正方向运动,连接BP,过点A作直线BP的垂线交y
轴于点Q.设点P的运动时间为t秒.
(1)求抛物线的解析式;
(2)当BQ=AP时,求t的值;
(3)随着点P的运动,抛物线上是否存在一点M,使△MPQ为等边三角形?若存在,请直接写t的值及相应点M的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)已知3点求抛物线的解析式,设解析式为y=ax2+bx+c,待定系数即得a、b、c的值,即得解析式.
(2)BQ=AP,要考虑P在OC上及P在OC的延长线上两种情况,有此易得BQ,AP关于t的表示,代入BQ=AP可求t值.
(3)考虑等边三角形,我们通常只需明确一边的情况,进而即可描述出整个三角形.考虑△MPQ,发现PQ为一有规律的线段,易得OPQ为等腰直角三角形,但仅因此无法确定PQ运动至何种情形时△MPQ为等边三角形.若退一步考虑等腰,发现,MO应为PQ的垂直平分线,即使△MPQ为等边三角形的M点必属于PQ的垂直平分线与抛物线的交点,但要明确这些交点仅仅满足△MPQ为等腰三角形,不一定为等边三角形.确定是否为等边,我们可以直接由等边性质列出关于t的方程,考虑t的存在性.
【解答】解:(1)设抛物线的解析式为y=ax2+bx+c,
∵抛物线经过A(﹣2,0),B(0,2),C(,0)三点,
∴,
解得,
∴y=﹣x2﹣x+2.
(2)∵AQ⊥PB,BO⊥AP,
∴∠AOQ=∠BOP=90°,∠PAQ=∠PBO,
∵AO=BO=2,
∴△AOQ≌△BOP,
∴OQ=OP=t.
①如图1,当t≤2时,点Q在点B下方,此时BQ=2﹣t,AP=2+t.
∵BQ=AP,
∴2﹣t=(2+t),
∴t=.
②如图2,当t>2时,点Q在点B上方,此时BQ=t﹣2,AP=2+t.
∵BQ=AP,
∴t﹣2=(2+t),
∴t=6.
综上所述,t=或6时,BQ=AP.
(3)当t=﹣1时,抛物线上存在点M(1,1);当t=3+3时,抛物线上存在点M(﹣3,﹣3).
分析如下:
∵AQ⊥BP,
∴∠QAO+∠BPO=90°,
∵∠QAO+∠AQO=90°,
∴∠AQO=∠BPO.
在△AOQ和△BOP中,

∴△AOQ≌△BOP,
∴OP=OQ,
∴△OPQ为等腰直角三角形,
∵△MPQ为等边三角形,则M点必在PQ的垂直平分线上,
∵直线y=x垂直平分PQ,
∴M在y=x上,设M(x,y),
∴,
解得或,
∴M点可能为(1,1)或(﹣3,﹣3).
①如图3,当M的坐标为(1,1)时,作MD⊥x轴于D,
则有PD=|1﹣t|,MP2=1+|1﹣t|2=t2﹣2t+2,PQ2=2t2,
∵△MPQ为等边三角形,
∴MP=PQ,
∴t2+2t﹣2=0,
∴t=﹣1+,t=﹣1﹣(负值舍去).
②如图4,当M的坐标为(﹣3,﹣3)时,作ME⊥x轴于E,
则有PE=3+t,ME=3,
∴MP2=32+(3+t)2=t2+6t+18,PQ2=2t2,
∵△MPQ为等边三角形,
∴MP=PQ,
∴t2﹣6t﹣18=0,
∴t=3+3,t=3﹣3(负值舍去).
综上所述,当t=﹣1+时,抛物线上存在点M(1,1),或当t=3+3时,抛物线上存在点M(﹣3,﹣3),使得△MPQ为等边三角形.
【点评】本题是二次函数、一次函数及三角形相关知识的综合题目,其中涉及的知识点有待定系数法求抛物线,三角形全等,等腰、等边三角形性质及一次函数等基础知识,在讨论动点问题是一定要注意考虑全面分情形讨论分析.总体来说本题难度较高,其中技巧需要好好把握.。

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