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图1
题目:(2013年浙江绍兴卷第24题)如图1,抛物线y=(x-3) (x+1)与x轴交于A,B两点(点A在点B左侧),与y轴交于点C,点D为顶点.
(1)求点B及点D的坐标;
(2)连结BD,CD,抛物线的对称轴与x轴交于点E.
①若线段BD上一点P,使∠DCP=∠BDE,求点P的坐标;
②若抛物线上一点M,作MN⊥CD,交直线CD于点N,使∠CMN=∠BDE,求点M的坐标.
分析: (1)令y=0,则(x-3) (x+1)=0,
解得x1=3,x2=-1.
因为点A在点B左侧,
所以B(3,0).
因为y=(x-3) (x+1)=x2-2x-3=(x-1)2-4,
所以D(1,-4).
图2
(2)①解法1:连结BC,过点C作CG⊥直线DE于点G,设CP与直线DE交于点F(如图2).
易知C(0,-3),则BC=32,CD=2,BD=25,
所以BC2+CD2=BD2,
所以∠BCD=90°.
因为∠DCP=∠BDE,
所以∠DCP+∠CDF =∠BDE+∠CDF,
即∠CFG=∠BDC,
又因为∠CGF=∠BCD=90°,
所以△CGF∽△BCD,
所以CGBC=GFCD,即132=GF2,
所以GF=13,
所以F(1,-103).
所以直线CP的解析式为y=-13x-3,
易求直线BD的解析式为y=2x-6,
联立解方程组
y=-13x-3,
y=2x-6,得
x=97,
y=-247,
所以P(97,-247).
图3
解法2:连结BC,延长PC与x轴交于点F(如图3).
因为DE∥y轴,
所以∠DCG=∠CDE,
因为∠DCP=∠BDE,
所以∠DCG+∠DCP=∠CDE+∠BDE,
即∠OCF=∠GCP=∠CDB,
又因为∠COF=∠DCB=90°,
所以△COF∽△DCB,
所以OCCD=OFCB,即
32=OF32,
所以OF=9,
所以F(-9,0).
所以直线CP的解析式为y=-13x-3,以下同解法1.
解法3:在DE的延长线上取点G,使EG=EB,连结BG(如图4),
则∠CDF=∠DGB=45°,
又因为∠DCP=∠BDE,
所以△CDF∽△DGB,
所以CDDG=DFGB,即
26=DF22,
所以DF=23.
所以F(1,-103),以下同解法1.
图4图5
②(Ⅰ)若点M在抛物线的对称轴左侧,连结BC,交直线DE于点F(如图5).由第①小题可知∠NCO=∠CDF=∠CFD=45°,∠MCN<∠NCO=45°,所以∠CMN=90°-∠MCN>45°,而∠BDE<∠CFD=45°,故在抛物线的对称轴左侧不存在一点M,使∠CMN=∠BDE.
(Ⅱ)若点M在抛物线的对称轴右侧,
当点M在x轴上方,
图6
解法1:作∠BEH=45°,交DB的延长线于点H,设CM与直线DE交于点G(如图6).
易求直线EH的解析式为y=x-1,
直线BD的解析式为y=2x-6,
联立解方程组
y=x-1,
y=2x-6,得x=5,y=4,
所以H(5,4),
所以EH=42.
因为∠DCG=90°+∠CMN,∠EBH=90°+∠BDE,∠CMN=∠BDE,
所以∠DCG=∠EBH,
又因为∠CDG=∠BEH=45°,
所以△CDG∽△BEH,
所以CDBE=DGEH,即
22=DG42,
所以DG=4,
所以G(1,0),此时点G与点E重合.
所以直线CG的解析式为y=3x-3,
联立解方程组
y=3x-3
y=(x-3) (x+1),得
x1=0
y1=-3,
x2=5
y2=12.
所以M(5,12).
图7
解法2:设MN交y轴于点F,过点M作MG⊥y轴于点G(如图7).
因为∠CMN=∠BDE,
所以tan∠CMN=tan∠BDE,
即CNMN=BEDE=
12,
所以MN=2CN.
易证△CNF,△MGF均为等腰直角三角形,
设CN=a,则NF=a,MN=2a.
所以CF=2a,MF=a,
所以MG=FG=22a,
所以CG=322a,
所以M(22a,-3+322a).
代入y=(x-3) (x+1),解得a=52,
所以M(5,12). 当点M在x轴下方,
图8
解法1:作∠BEH=45°,交BD于点H,设CM与直线DE交于点G(如图8).
易求直线EH的解析式为y=-x+1,
直线BD的解析式为y=2x-6,
联立解方程组
y=-x+1
y=2x-6,得
x=73
y=-43,
所以H(73,-43),
所以EH=432.
因为∠CMN+∠DCG=90°,∠BDE+∠EBH=90°,∠CMN=∠BDE,
所以∠DCG=∠EBH,
又因为∠CDG=∠BEH=45°,
所以△CDG∽△BEH,
所以CDBE=DGEH,即
22=DG 432,
所以DG=43,
所以G(1,-83).
所以直线CG的解析式为y=13x-3,
联立解方程组
y=13x-3
y=(x-3) (x+1),得
x1=0
y1=-3,
x2=73
y2=-209,
所以M(73,-209).
图9
解法2:延长MN交y轴于点F,过点M作MG⊥y轴于点G(如图9).
因为∠CMN=∠BDE,
所以tan∠CMN=tan∠BDE,
即CNMN=BEDE=12,
所以MN=2CN.
易证△CNF,△MGF均为等腰直角三角形,
设CN=a,则NF=a,MN=2a.
所以CF=2a,MF=3a,
所以MG=FG=322a,
所以CG=22a,
所以M(322a,-3+22a).
代入y=(x-3) (x+1),解得a=729,
所以M(73,-209).
综上所述,符合题意的点M坐标为(5,12)或(73,-209).
[浙江省绍兴市上虞区竺可桢中学 (312352)]
题目:(2013年浙江绍兴卷第24题)如图1,抛物线y=(x-3) (x+1)与x轴交于A,B两点(点A在点B左侧),与y轴交于点C,点D为顶点.
(1)求点B及点D的坐标;
(2)连结BD,CD,抛物线的对称轴与x轴交于点E.
①若线段BD上一点P,使∠DCP=∠BDE,求点P的坐标;
②若抛物线上一点M,作MN⊥CD,交直线CD于点N,使∠CMN=∠BDE,求点M的坐标.
分析: (1)令y=0,则(x-3) (x+1)=0,
解得x1=3,x2=-1.
因为点A在点B左侧,
所以B(3,0).
因为y=(x-3) (x+1)=x2-2x-3=(x-1)2-4,
所以D(1,-4).
图2
(2)①解法1:连结BC,过点C作CG⊥直线DE于点G,设CP与直线DE交于点F(如图2).
易知C(0,-3),则BC=32,CD=2,BD=25,
所以BC2+CD2=BD2,
所以∠BCD=90°.
因为∠DCP=∠BDE,
所以∠DCP+∠CDF =∠BDE+∠CDF,
即∠CFG=∠BDC,
又因为∠CGF=∠BCD=90°,
所以△CGF∽△BCD,
所以CGBC=GFCD,即132=GF2,
所以GF=13,
所以F(1,-103).
所以直线CP的解析式为y=-13x-3,
易求直线BD的解析式为y=2x-6,
联立解方程组
y=-13x-3,
y=2x-6,得
x=97,
y=-247,
所以P(97,-247).
图3
解法2:连结BC,延长PC与x轴交于点F(如图3).
因为DE∥y轴,
所以∠DCG=∠CDE,
因为∠DCP=∠BDE,
所以∠DCG+∠DCP=∠CDE+∠BDE,
即∠OCF=∠GCP=∠CDB,
又因为∠COF=∠DCB=90°,
所以△COF∽△DCB,
所以OCCD=OFCB,即
32=OF32,
所以OF=9,
所以F(-9,0).
所以直线CP的解析式为y=-13x-3,以下同解法1.
解法3:在DE的延长线上取点G,使EG=EB,连结BG(如图4),
则∠CDF=∠DGB=45°,
又因为∠DCP=∠BDE,
所以△CDF∽△DGB,
所以CDDG=DFGB,即
26=DF22,
所以DF=23.
所以F(1,-103),以下同解法1.
图4图5
②(Ⅰ)若点M在抛物线的对称轴左侧,连结BC,交直线DE于点F(如图5).由第①小题可知∠NCO=∠CDF=∠CFD=45°,∠MCN<∠NCO=45°,所以∠CMN=90°-∠MCN>45°,而∠BDE<∠CFD=45°,故在抛物线的对称轴左侧不存在一点M,使∠CMN=∠BDE.
(Ⅱ)若点M在抛物线的对称轴右侧,
当点M在x轴上方,
图6
解法1:作∠BEH=45°,交DB的延长线于点H,设CM与直线DE交于点G(如图6).
易求直线EH的解析式为y=x-1,
直线BD的解析式为y=2x-6,
联立解方程组
y=x-1,
y=2x-6,得x=5,y=4,
所以H(5,4),
所以EH=42.
因为∠DCG=90°+∠CMN,∠EBH=90°+∠BDE,∠CMN=∠BDE,
所以∠DCG=∠EBH,
又因为∠CDG=∠BEH=45°,
所以△CDG∽△BEH,
所以CDBE=DGEH,即
22=DG42,
所以DG=4,
所以G(1,0),此时点G与点E重合.
所以直线CG的解析式为y=3x-3,
联立解方程组
y=3x-3
y=(x-3) (x+1),得
x1=0
y1=-3,
x2=5
y2=12.
所以M(5,12).
图7
解法2:设MN交y轴于点F,过点M作MG⊥y轴于点G(如图7).
因为∠CMN=∠BDE,
所以tan∠CMN=tan∠BDE,
即CNMN=BEDE=
12,
所以MN=2CN.
易证△CNF,△MGF均为等腰直角三角形,
设CN=a,则NF=a,MN=2a.
所以CF=2a,MF=a,
所以MG=FG=22a,
所以CG=322a,
所以M(22a,-3+322a).
代入y=(x-3) (x+1),解得a=52,
所以M(5,12). 当点M在x轴下方,
图8
解法1:作∠BEH=45°,交BD于点H,设CM与直线DE交于点G(如图8).
易求直线EH的解析式为y=-x+1,
直线BD的解析式为y=2x-6,
联立解方程组
y=-x+1
y=2x-6,得
x=73
y=-43,
所以H(73,-43),
所以EH=432.
因为∠CMN+∠DCG=90°,∠BDE+∠EBH=90°,∠CMN=∠BDE,
所以∠DCG=∠EBH,
又因为∠CDG=∠BEH=45°,
所以△CDG∽△BEH,
所以CDBE=DGEH,即
22=DG 432,
所以DG=43,
所以G(1,-83).
所以直线CG的解析式为y=13x-3,
联立解方程组
y=13x-3
y=(x-3) (x+1),得
x1=0
y1=-3,
x2=73
y2=-209,
所以M(73,-209).
图9
解法2:延长MN交y轴于点F,过点M作MG⊥y轴于点G(如图9).
因为∠CMN=∠BDE,
所以tan∠CMN=tan∠BDE,
即CNMN=BEDE=12,
所以MN=2CN.
易证△CNF,△MGF均为等腰直角三角形,
设CN=a,则NF=a,MN=2a.
所以CF=2a,MF=3a,
所以MG=FG=322a,
所以CG=22a,
所以M(322a,-3+22a).
代入y=(x-3) (x+1),解得a=729,
所以M(73,-209).
综上所述,符合题意的点M坐标为(5,12)或(73,-209).
[浙江省绍兴市上虞区竺可桢中学 (312352)]