抛物线与x轴交于A、B两点,与y轴交于点C。
【分析】
题目给出了抛物线方程,可直接求出点A、B、C的坐标为(-4/3,0)、(3,0)、(0,4)
问题(1)根据题意,点M在直线BC的上方。(后续注意根据此限制验证点M的范围)
设点M坐标为(m,-m² + 5m/3 + 4)
点B、C都是定点,可先求出其直线方程: y=-4x/3 + 4
这里有两种方法求解:
采用竖直切割法,
过点M做MN⊥x轴交BC为点T,点T坐标为(m,-4m/3+4)
所以 MT= -m² +3m
△MBC的面积就转化为:S△MBC = S△MBT+S△MCT
其中,S△MBT+S△MCT 这俩三角形是共底边MT,且底边MT上的高之和就等于OB的长度。
所以 S△MBC = MT*OB/2
= -3(m²-3m)/2
= -3(m-3/2)²/2 + 27/8
显然,当m=3/2时,△MBC可取最大面积=27/8,
此时点M坐标为(3/2,17/4)
平行线法
在△MBC中,BC边是定值,只要找出抛物线上的点与BC之间距离的最大值,那△MBC的面积就是最大值,而此时抛物线上的点就是所求的点。
所以,只要找出与BC平行且与抛物线相切的直线与抛物线的切点,即为所求。
设这条切线的方程为: y=-4x/3 + b (与直线BC平行,所以斜率k相等)
将其与抛物线方程联立,可得:
-x² + 5x/3 + 4 =-4x/3 + b
直线与抛物线相切时,只有一个交点,故一元二次方程判别式△=0
用根公式可直接写出方程的解x = 3/2
此时点M坐标为(3/2,17/4)
问题(2)
先求出AC的直线方程: y=3x+4
设点P坐标为(m,-m² + 5m/3 + 4)
已知AC是直角边,
所以点P的位置又分为两种情况
1. PC⊥AC且过点C
可以直接写出PC的方程: y=-x/3 +b (两直线垂直,斜率的乘积等于-1;过C点,截距是点C的纵坐标)
将点P坐标代入这个方程,可求得m= 2,m=0(此时就是点C坐标,舍去)
2. PA⊥AC且过点A
设PA的方程: y=-x/3 +b (两直线垂直,斜率的乘积等于-1)
显然点A也是直线PA上的点,将点A坐标代入,可求得b=-4/9
所以直线PA的方程 y=-x/3 - 4/9
将点P坐标代入,可求得
m=10/3 或者是m=-4/3(点A横坐标,舍掉)
综合上述两种情况,符合题意的点P横坐标为2或10/3
问题(3)
已知∠ABQ=2∠ACO,如上图,我们做点A关于点O的对称点E,则由对称性可知,∠ACE=2∠ACO,
△ACE∽△ABF,(∠QBA=∠ACE,∠BAC是公共角)
所以△ABF也是等腰三角形,AB=BF,
第二问中,已求出AC的直线方程: y=3x+4,点B坐标为(3,0)
设点F坐标为(m,3m+4)
根据两点间距离公式可得 √[(m-3)²+(3m+4)²] = 3+4/3
可解得m=-7/15 m=-4/3(此时为点A的横坐标,舍掉)
此时点F的坐标为(-7/15,13/5),
故直线BF的方程: y=-3x/4 + 9/4
与抛物线方程联立,可求得交点坐标 Q(-7/12,43/16), B(3,0)
另一种情形:
∠ABQ的一条边AB在x轴上,既然是x轴上方存在∠ABQ=2∠ACO,根据对称性,在x轴下方也必然存在一点F',使得∠ABF'=2∠ACO
点F'与点F关于x轴对称,故点F坐标为(-7/15,-13/5)
直线BQ'的方程: y=3x/4 -9/4
与抛物线方程联立,可求得交点坐标 Q'(-25/12, -61/16), B(3,0)
综合上述两种情况,抛物线上存在两点Q(-7/12,43/16)、 Q'(-25/12, -61/16)使得∠ABQ=2∠ACO
【小结】
直角坐标系中,常采用水平分割或竖直分割法计算不规则图形的面积。
对于存在性问题,往往要多种情形综合考虑,否则容易漏解。
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