中考必胜名师精品!2020中考数学压轴题全揭秘突破专题17二次函数的面积问题44998.pdf
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1、1专题 17 二次函数的面积问题【考点 1】二次函数的线段最值问题【例 1】如图,抛物线 yax2+bx+c 经过 A(1,0)、B(4,0)、C(0,3)三点,D 为直线 BC 上方抛物线上一动点,DEBC 于点 E(1)求抛物线的函数表达式;(2)求线段 DE 长度的最大值【答案】(1)y34x2+94x+3;(2)最大值是125【解析】【分析】(1)根据待定系数法,可得函数解析式;(2)根据平行于 y 轴直线上两点间的距离是较大的纵坐标减较小的纵坐标,可得 DM,根据相似三角形的判定与性质,可得 DE 的长,根据二次函数的性质,可得答案2【详解】解:(1)由题意得,016403abcab
2、cc,解得,34943abc,抛物线的函数表达式为 y34x2+94x+3;(2)过点 D 作 DMx 轴交 BC 于 M 点,由勾股定理得,BC22OCOB5,设直线 BC 的解析是为 ykx+b,则403kbb,解得343kb,直线 BC 的解析是为 y34x+3,设点 M 的坐标为(a,34a+3),DM(34a2+94a+3)(34a+3)34a2+3a,DMEOCB,DEMBOC,DEMBOC,3DEBODMBC,即DEDM45,解得,DE45DMDE35a2+125a35(a2)2+125,当 a2 时,DE 取最大值,最大值是125【点睛】本题考查的是二次函数、一次函数的性质,相
3、似三角形的判定和性质,掌握待定系数法求二次函数解析式、一次函数解析式的一般步骤是解题的关键【变式 1-1】已知抛物线 y=mx2+2mx+m-1 和直线 y=mx+m-1,且 m0(1)求抛物线的顶点坐标;(2)试说明抛物线与直线有两个交点;(3)已知点 T(t,0),且-1t1,过点 T作 x 轴的垂线,与抛物线交于点 P,与直线交于点 Q,当 0m3时,求线段 PQ 长的最大值【答案】(1)(-1,-1);(2)见解析;(3)PQ 的最大值为 6.【解析】【分析】(1)化为顶点式即可求顶点坐标;(2)由 y=mx2+2mx+m-1 和 y=mx+m-1 可得:mx2+2mx+m-1=mx+
4、m-1,整理得,mx(x+1)=0,即可知抛物线与直线有两个交点;(3)由(2)可得:抛物线与直线交于(-1,-1)和(0,m-1)两点,点 P 的坐标为(t,mt2+2mt+m-1),点 Q 的坐标为(t,mt+m-1)故分两种情况进行讨论:如图 1,当-1t0 时;如图 2,当 0t1 时,求出对应的最大值即可【详解】解:(1)y=mx2+2mx+m-1=m(x+1)2-1,抛物线的顶点坐标为(-1,-1)(2)由 y=mx2+2mx+m-1 和 y=mx+m-1 可得:mx2+2mx+m-1=mx+m-1,mx2+mx=0,mx(x+1)=0,m0,x1=0,x2=-14抛物线与直线有两
5、个交点(3)由(2)可得:抛物线与直线交于(-1,-1)和(0,m-1)两点,点 P的坐标为(t,mt2+2mt+m-1),点 Q的坐标为(t,mt+m-1)如图 1,当-1t 0 时,PQ=2QPyymt mt=211()24mtmm 0,当12t 时,PQ 有最大值,且最大值为14m0m 3,14m34,即 PQ 的最大值为34如图 2,当 0t 1 时,PQ=2PQyymt mt=211()24mtmm 0,当 t=1 时,PQ 有最大值,且最大值为 2m 0m 3,02m 6,即 PQ 的最大值为 6综上所述,PQ 的最大值为 6【点睛】此题主要考查二次函数的应用,(1)(2)题相对简
6、单,(3)题要分情况进行讨论方右解答,因此做此类题型,在进行分类讨论时,尽量通过大致图象数型结合进行解答【变式 1-2】如图 1,已知抛物线 y=x2+mx+m2 的顶点为 A,且经过点 B(3,3)(1)求顶点 A的坐标(2)若 P是抛物线上且位于直线 OB 上方的一个动点,求OPB 的面积的最大值及比时点 P的坐标;(3)如图 2,将原抛物线沿射线 OA 方向进行平移得到新的抛物线,新抛物线与射线 OA 交于 C,D两点,请问:在抛物线平移的过程中,线段 CD 的长度是否为定值?若是,请求出这个定值;若不是,请说明理5由【答案】(1)(1,1);(2)P(,);(3).【解析】【分析】(1
7、)根据待定系数法,可得函数解析式,根据配方法,可得顶点坐标;(2)过点 P 作 y 轴的平行线交 OB 与点 Q,求出直线 BP 的解析式,表示出点 Q 的坐标,根据三角形的面积公式列出函数关系式,利用二次函数的最值可得 P 点坐标;(3)根据平移规律,可得新抛物线,根据联立抛物线与 OA的解析式,可得 C、D点的横坐标,根据勾股定理,可得答案【详解】解:(1)把 B(3,3)代入 y=x2+mx+m2得:3=32+3m+m2,解得 m=2,y=x2+2x=(x+1)2+1,顶点 A 的坐标是(1,1);(2)过点 P 作 y 轴的平行线交 OB 与点 Q.直线 OB 的解析式为 y=x,故设
8、 P(n,n2+2n),Q(n,n),PQ=n2+2n(n)=n2+3n,SOPB=(n2+3n)=(n)+,当 n=时,SOPB的最大值为此时 y=n2+2n=,6P(,);(3)直线 OA 的解析式为 y=x,可设新的抛物线解析式为 y=(xa)2+a,联立,(xa)2+a=x,x1=a,x2=a1,即 C、D 两点间的横坐标的差为 1,CD=【点睛】本题考查了待定系数法求函数解析式,三角形的面积公式,利用二次函数求最值,勾股定理二次函数与一次函数的交点问题,难度适中,是常见题型.【考点 2】二次函数的面积定值问题【例 2】已知二次函数2248yxmxm(1)图象经过点1,1()时,则m_
9、;(2)当2x时,函数值 y 随 x 的增大而减小,求 m的取值范围;(3)以抛物线2248yxmxm的顶点 A为一个顶点作该抛物线的内接正三角形AMN(M,N两点在抛物线上),请问:AMN的面积是与 m无关的定值吗?若是,请求出这个定值;若不是,请说明理由7【答案】(1)4;(2)m2;(3)AMN的面积是与 m 无关的定值,SAMN3 3.【解析】【分析】(1)将点1,1()代入二次函数解析式即可求出 m;(2)求出二次函数的对称轴为 xm,由抛物线的开口向上,在对称轴的左边 y 随 x 的增大而减小,可求出 m 的取值范围;(3)在抛物线内作出正三角形,求出正三角形的边长,然后计算三角形
10、的面积,可得到AMN 的面积是与 m 无关的定值【详解】解:(1)将点1,1()代入2248yxmxm可得:1 1 248mm,解得:m=4;(2)二次函数2248yxmxm的对称轴是:xm,当 x2 时,函数值 y 随 x 的增大而减小,m2;(3)AMN的面积是与 m无关的定值;如图:顶点 A 的坐标为(m,m24m8),AMN 是抛物线的内接正三角形,MN 交对称轴于点 B,tanAMBtan603ABBM=,AB3BM3BN,设 BMBNa,则 AB3a,点 M 的坐标为(ma,3am24m8),8点 M 在抛物线上,3am24m8(ma)22m(ma)4m8,整理得:230aa-=,
11、解得:a3或 a0(舍去),AMN 是边长为2 3的正三角形,AB=3,SAMN12 3 33 32,与 m 无关.【点睛】本题是二次函数综合题,考查了二次函数的图象和性质、等边三角形的性质以及特殊角三角函数的应用,其中(3)问有一定难度,根据点 M 在抛物线上,求出正三角形的边长是解题关键【变式 2-1】如图,已知抛物线交 x 轴于 A、B 两点,交 y 轴于 C点,A 点坐标为(1,0),OC=2,OB=3,点 D为抛物线的顶点(1)求抛物线的解析式;(2)P为坐标平面内一点,以 B、C、D、P为顶点的四边形是平行四边形,求 P点坐标;(3)若抛物线上有且仅有三个点 M1、M2、M3使得M
12、1BC、M2BC、M3BC的面积均为定值 S,求出定值 S 及 M1、M2、M3这三个点的坐标9【答案】(1)y=23x2+43x+2;(2)见解析;(3)见解析.【解析】【详解】分析:(1)由 OC 与 OB 的长,确定出 B 与 C 的坐标,再由 A 坐标,利用待定系数法确定出抛物线解析式即可;(2)分三种情况讨论:当四边形 CBPD 是平行四边形;当四边形 BCPD 是平行四边形;四边形 BDCP 是平行四边形时,利用平移规律确定出 P 坐标即可;(3)由 B 与 C 坐标确定出直线 BC 解析式,求出与直线 BC 平行且与抛物线只有一个交点时交点坐标,确定出交点与直线 BC 解析式,进
13、而确定出另一条与直线 BC 平行且与 BC 距离相等的直线解析式,确定出所求 M 坐标,且求出定值 S 的值即可详解:(1)由 OC=2,OB=3,得到 B(3,0),C(0,2),设抛物线解析式为 y=a(x+1)(x3),把 C(0,2)代入得:2=3a,即 a=23,则抛物线解析式为 y=23(x+1)(x3)=23x2+43x+2;(2)抛物线 y=23(x+1)(x3)=23x2+43x+2=23(x1)2+83,D(1,83),当四边形 CBPD 是平行四边形时,由 B(3,0),C(0,2),得到 P(4,23);当四边形 CDBP 是平行四边形时,由 B(3,0),C(0,2)
14、,得到 P(2,23);当四边形 BCPD 是平行四边形时,由 B(3,0),C(0,2),得到 P(2,143);(3)设直线 BC 解析式为 y=kx+b,把 B(3,0),C(0,2)代入得:302kbb,解得:232kb,y=23x+2,10设与直线 BC 平行的解析式为 y=23x+b,联立得:22324233yxbyxx ,消去 y 得:2x26x+3b6=0,当直线与抛物线只有一个公共点时,=368(3b6)=0,解得:b=72,即 y=23x+72,此时交点 M1坐标为(32,52);可得出两平行线间的距离为9 1326,同理可得另一条与 BC 平行且平行线间的距离为9 132
15、6的直线方程为 y=23x+12,联立解得:M2(33 22,122),M3(3+3 22,122),此时 S=1点睛:此题属于二次函数综合题,涉及的知识有:待定系数法求函数解析式,一次函数的性质,利用了分类讨论的思想,熟练掌握待定系数法是解本题的关键【变式 2-2】如图:已知抛物线 13(0)2yxm xmmm 与x轴交于 A、B 两点(点 A在点 B左侧),与y交于点 C,抛物线对称轴与x轴交于点 D,9 3,02E为x轴上一点(1)写出点 A、B、C 的坐标(用m表示);11(2)若以 DE 为直径的圆经过点 C 且与抛物线交于另一点 F,求抛物线解析式;P 为线段 DE 上一动(不与
16、D、E重合),过 P 作PQEC作PHDF,判断PQPHDCEF是否为定值,若是,请求出定值,若不是,请说明理由;(3)如图,将线段AB绕点A顺时针旋转 30,与y相交于点M,连接BM.点S是线段AM的中点,连接OS.若点N是线段BM上一个动点,连接SN,将SMN绕点S逆时针旋转60得到SOT,延长TO交BM于点K若KTN的面积等于ABM的面积的112,求线段MN的长【答案】(1)A(-3m,0),B(m,0),C(0,32m)(2)233 312yxx ,+1PQPHDCEF,理由见解析;(3)线段MN的长为 2 或2 5【解析】(1)A(-3m,0),B(m,0),C(0,32m)(2)D
17、CE 为直角三角形OC2=OD OE,m=2 3,233 312yxx DE 为直径,DCE=DFE=90,PQ EC,PHDF,PQ DC,PHEFPQPEDCDE,PHDPEF DE,+1PQPHPE DPDEDCEFDEDE12(3)A(6 3,0),B(2 3,0),又OAM=60,cos30=OMOA,OM=6,M(0,6)又 tanABM=OMOB=3,OBM=60,AMB=90,S是线段AM的中点,OSM=60,AOS=30,又SOT=90,AOT=60,直线 TK:y=-3x;BM:y=3x-6,联立两个方程,解得:K(3,-3)设 MN=a,TK=TO+OK=a+23,KTN
18、的高 h=TK sin60=332a NK=2 3a,SKTN=112SABM12 32NKh,132 332 322aa()a=2 或 a=2 5点睛:本题考查二次函数综合题、旋转变换、解直角三角形等知识,平行线的性质,解题的关键是学会转化,属于中考压轴题【考点 3】二次函数的面积最值问题【例 3】已知抛物线22y xxmm(1)求证:抛物线与x轴必定有公共点;(2)若 P(a,y1),Q(2,y2)是抛物线上的两点,且 y1y2,求a的取值范围;(3)设抛物线与 x 轴交于点 1,0Ax、2,0B x,点 A在点 B的左侧,与 y 轴负半轴交于点 C,且123xx,若点 D是直线 BC 下
19、方抛物线上一点,连接 AD 交 BC 于点 E,记ACE 的面积为 S1,DCE的面积为 S2,求21SS是否有最值?若有,求出该最值;若没有,请说明理由【答案】(1)见解析;(2)2a 或3a,(3)21SS没有最小值;21SS有最大值是13【解析】分析:(1)本题需先根据判别式解出无论 m 为任何实数都大于零,再判断出物线与 x 轴总有交点(2)分两种情况:当点 P 在对称轴的左侧时,y随x的增大而减小,得2a ;当点 P 在对称轴的右侧时,y随x的增大而增大,3a,故得解.13详解:(1)令0y 得220 xx mm 224441bac mm221m无论m取何值,2210m 抛物线与x轴
20、必定有公共点(2)22yxx mm,抛物线的对称轴是12x 当点 P 在对称轴的左侧时,y随x的增大而减小,y1y2,2a 当点 P 在对称轴的右侧时,y随x的增大而增大,Q(2,y2)关于对称轴的对称点是(3,y2)y1y2,3a 综上所述:2a 或3a(3)11xm,2xm 123xx、13mm ,解得1m或2m 22yxx 1,0A、2,0B,0,2C 直线 BC 的解析式是2yx 设点 A 到直线 BC 的距离是1h,点 D 到直线 BC 的距离是2h,ACE 的面积 S1112CEh,DCE 的面积 S2212CEh13 22h,2221123ShhSh 求21SS的最值转化为求2h
21、的最值设过点 D 与直线 BC 平行的直线解析式为yx b 当点 D 在直线 BC 下方的抛物线上运动时,2h无最小值,仅当直线yx b 与抛物线22yxx 只有一14个公共点时,2h有最大值即方程组22y xxy x b 有两个相等的实数根2220 xxb ,4840b ,3b ,此时222h21SS没有最小值;21SS有最大值是13 1,0A、2,0B点睛:本题主要考查了二次函数的综合问题,在解题时要注意找出各点的坐标问题,再把各点代入解析式是解题的关键【变式 3-1】如图,直线334xy 与x轴交于点C,与y轴交于点B,抛物线234y axx c经过B、C两点.求点C的坐标;求抛物线的解
22、析式;如图,点E是直线BC上方抛物线上的一动点,当BEC面积最大时,请求出点E的坐标和BEC面积的最大值.15【答案】4,0C;233384yxx;点E的坐标是 2,3时,BEC的面积最大,最大面积是3.【解析】【分析】利用利用 x 轴上点的坐标特点代入一次函数即可.根据抛物线234yaxxc经过B、C两点,先求出 B 点坐标,再用待定系数法求解析式即可.根据“铅垂高,水平宽”方法求面积.过点E作y轴的平行线EF交直线BC于点M,EF交x轴于点F,利用 E、M 横坐标相等及所在函数关系式设出坐标,求出 EM 的长,再利用BECBEMMECSSS,把 EM看作BEM 和MEC 的底,求出面积写出
23、关系式,最后利用二次函数求最值即可.【详解】解:直线334xy 与x轴交于点C,当 y=0 时,解得 x=4C 点坐标为:4,0直线334yx与x轴交于点C,与y轴交于点B,当 x=0 时,解得 y=3点B的坐标是 0,3,点C的坐标是 4,0,抛物线234yaxxc经过B、C两点,3164043acc 解得383ac,抛物线的解析式为233384yxx.如图,过点E作y轴的平行线EF交直线BC于点M,EF交x轴于点F,16已知点E是直线BC上方抛物线上的一动点,则可设点E的坐标是233,384xxx,点M的坐标是3,34xx,22333333384482EMxxxxx .BECBEMMECS
24、SS,22113334(2)322824BECSMEOCxxx .即当2x 时,即点E的坐标是 2,3时,BEC的面积最大,最大面积是3.【点睛】此题考查的是一次函数的与坐标轴的交点坐标;待定系数法求二次函数解析式;用“铅垂高,水平宽”求面积最值问题.【变式 3-2】如图,抛物线22y ax bx交x轴于点 30A,和点10B,,交y轴于点C.(1)求这个抛物线的函数表达式;(2)若点D的坐标为 1,0,点P为第二象限内抛物线上的一个动点,求四边形ADCP面积的最大值.【答案】(1)224233yxx;(2)S的最大值为174.17【解析】【分析】(1)根据 A,B 两点坐标可得出函数表达式;
25、(2)设点224,233P xxx,根据+APOCPOODCADCPSSSSS四边形列出 S 关于 x 的二次函数表达式,再根据二次函数的性质求最值.【详解】解:(1)将 A,B 两点的坐标代入解析式得,9320,20,aba b 解得2,34.3ab 故抛物线的表达式为:224233yxx;(2)连接OP,设点224,233P xxx,由(1)中表达式可得点 0,2C,则+APOCPOODCADCPSSSSS四边形111222pPAO yOC xCO OD 222411221()2 13=3323222xxxxx ,10,故S有最大值,当32x 时,S的最大值为174.【点睛】本题主要考查二
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