2020中考数学 二次函数培优专题:角度和角度关系的存在性问题(含答案)

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2020中考数学 培优专题:角度和角度关系的存在性问题(含答案)例题1. 如图,抛物线24y ax bx a =+-经过(1,0)A -,(0,4)C 两点,与x 轴交于另一点B .(1)求抛物线的解析式;(2)已知点(,1)D m m +在第一象限的抛物线上,连接BD ,在抛物线上是否存在点P 使得45DBP ∠=︒?若存在,请求出点P 的坐标;不存在,说明理由.【答案】(1)∵抛物线24y ax bx a =+-经过(1,0)A -,(0,4)C 两点, ∴4044a b a a --=⎧⎨-=⎩,解得13a b =-⎧⎨=⎩∴抛物线的解析式为234y x x =-++.(2)∵点(,1)D m m +在抛物线上,∴2134m m m +=-++, 即2230m m --=,∴1m =-或3m =. ∵点D 在第一象限,∴点D 的坐标为4)(3,. 过点D 作BD 的垂线交直线PB 于点Q ,过点D 作DH x ⊥轴于H .过Q 点作QG DH ⊥于G . ∵45PBD ∠=︒,∴QD DB =.∴90QDG BDH ∠+∠=︒, 又90DQG QDG ∠+∠=︒,∴DQG BDH ∠=∠.∴QDG DBH △≌△,∴4QG DH ==,1DG BH ==. 由(2)知(3,4)D ,∴(1,3)Q -.∵(4,0)B ,∴直线BP 的解析式为31255y x =-+.∴23431255y x x y x ⎧=-++⎪⎨=-+⎪⎩,得1140x y =⎧⎨=⎩,22256625x y ⎧=-⎪⎪⎨⎪=⎪⎩,∴点P 的坐标为266,525⎛⎫- ⎪⎝⎭.例题2. 如图,在平面直角坐标系中,已知抛物线2y ax bx c =++经过点(3,0)A -、(0,3)B 、(1,0)C 三点.(1)求抛物线的解析式和顶点D 的坐标;(2)将抛物线的对称轴绕抛物线的顶点D 顺时针旋转60︒,与直线y x =-交于点N .在直线DN 上是否存在点M ,使得75MON ∠=︒.若存在,求出点M 的坐标;若不存在,请说明理由;【答案】(1)由题意把(3,0)A -、(0,3)B 、(1,0)C 代入2yax bx c =++ ∴93030a bcca b c -+=⎧⎪=⎨⎪++=⎩,解得123a b c =-⎧⎪=-⎨⎪=⎩ .∴抛物线的解析式是223y x x =--+.∵2223(1)4y x x x =--+=-++, ∴抛物线的顶点D 的坐标为(1,4)-. (2)存在,理由:方法(一):由旋转得60EDF ∠=︒,在Rt DEF △中,∵60EDF ∠=︒,4DE =, ∴tan 60EF DE =⨯︒=1OF OE EF =+=+ ∴F 点的坐标为(10)--.设过点D 、F 的直线解析式是y x b κ=+, 把(1,4)D -,(10)F --代入求得4y x =+. 分两种情况:①当点M 在射线ND 上时, ∵75MON ∠=︒,45BON ∠=︒, ∴30MOB MON BON ∠=∠∠=︒﹣. ∴60MOC ∠=︒.∴直线OM 的解析式为y =.∴4y x y ⎧=++⎪⎨⎪=⎩解得,126xy⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩.∴点M的坐标为1,62⎛⎝⎭.②当点M在射线NF上时,不存在点M使得75MON∠=︒理由:∵75MON∠=︒,45FON∠=︒,∴30FOM MON FON∠=∠∠=︒-.∵30DFE∠=︒,∴FOM DFE∠=∠.∴//OM FN.∴不存在综上所述,存在点M,且点M的坐标为1,62⎛+⎝⎭.方法(二)①M在射线ND上,过点M作MP x⊥轴于点P,由旋转得60EDF∠=︒,在Rt DEF△中,∵60EDF∠=︒,4DE=∴tan60EF DE=⨯︒=1OF OE EF==+﹢∵75MON∠=︒,45BON∠=︒,∴30MOB MON BON∠=∠-∠=︒.∴60MOC∠=︒.在Rt MOP△中,∴MP.在Rt MPF△中,∵tanMPMFPPF∠=,=12OP=.∴6MP=∴M点坐标为1,62⎛+⎝⎭.②M在射线NF上,不存在点M使得75MON∠=︒理由:∵75MON∠=︒,45FON∠=︒,∴30FOM MON FON∠=∠∠=︒﹣.∵30DFE∠=︒.∴FOM DFE∠=∠.∴//OM DN.∴不存在.…综上所述,存在点M,且点M的坐标为1,62⎛+⎝⎭.例题3. 如图,在平面直角坐标系xOy中,二次函数212y x bx c=++的图象经过点(3,6)A-并与x轴交于点(1,0)B-和点C,顶点为P.(1)求二次函数的解析式;(2)设D为线段OC上的一点,若DPC BAC ∠=∠,求点D 的坐标.【答案】(1)将点36A -(,),10B -(,)代入212y x bx c =++中,得936,210.2b c b c ⎧-+=⎪⎪⎨⎪-+=⎪⎩ 解得 1,3.2b c =-⎧⎪⎨=-⎪⎩ ∴二次函数的解析式为21322y x x =--. (2)令0y =,得213022x x --=,解得11x =-,23x =.∴点C 的坐标为(3,0).∵22131(1)2222y x x x =--=--,∴顶点P 的坐标为(1,2)-.过点A 作AE x ⊥轴,过点P 作PF x ⊥轴,垂足分别为E ,F . 易得45ACB PCD ∠=∠=︒. AC == PC ==又DPC BAC ∠=∠,∴ACB PCD △∽△.∴BC ACCD PC=.∵3(1)4BC =--=, ∴43BC PC CD AC ⋅==. ∴45333OD OC CD =-=-=.∴点D 的坐标为5,03⎛⎫⎪⎝⎭.例题4. 如图,已知抛物线2y ax bx c =++的对称轴为直线2x =,且与x 轴交于A 、B 两点.与y 轴交于点C .其中(1,0)A ,(0,3)C -. (1)求抛物线的解析式;(2)若点P 在抛物线上运动(点P 异于点A ),当PCB BCA ∠=∠时,求点P 的坐标.【答案】(1)由题意,得0322a b c c b a⎧⎪++=⎪=-⎨⎪⎪-=⎩,解得143a b c =-⎧⎪=⎨⎪=-⎩,∴抛物线的解析式为243y x x =-+-.(2)令2430x x -+-=,解得11x =,23x =,∴(3,0)B ,∴OB OC =,∴45OCB OBC ∠=∠=︒,设直线CP 的解析式为3y kx =-,如图,延长CP 交x 轴于点Q ,设OCA α∠=,则45ACB α∠=︒-,∵PCB BCA ∠=∠,∴45PCB α∠=︒-,∴OQC OBC PCB α∠=∠-∠=,∴OCA OQC ∠=∠,又∵90AOC COQ ∠=∠=︒,∴Rt Rt AOC COQ △∽△,∴OA OC OC OQ =,∴133OQ =,∴9OQ =,∴(9,0)Q ,∴直线CP 的解析式为133y x =-.∴243133y x x y x ⎧=-+-⎪⎨=-⎪⎩,得1103x y =⎧⎨=-⎩,22113169x y ⎧=⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩.∴点P 的坐标为1116,39⎛⎫- ⎪⎝⎭.例题5. 如图,已知抛物线22(3)2(3)4y m x m x m m =-+-+-的顶点A 在双曲线3y x=上,直线y mx b =+经过点A ,与y 轴交于点B ,与x 轴交于点C .(1)确定直线AB 的解析式.(2)将直线AB 绕点O 顺时针旋转90︒, 与x 轴交于点D , 与y 轴交于点E , 求sin ∠BDE 的值.(3)过点B 作x 轴的平行线与双曲线交于点G ,点M 在直线BG 上,且到抛物线的对称轴的距离为6.设点N 在直线BG 上,请你直接写出使得45AMB ANB ∠+∠=︒的点N 的坐标.(1)2222(3)(21)43(3)(1)5 3.y m x x m m m m x m m =--++--+=--+-- ∴2(1,53)A m m -+-.∵点A 在双曲线3y x=上,∴3xy =. 2533m m -+-=,解得2m =,3m =(不合题意,舍去).∴2m =,A (1, 3).∵直线y mx b =+经过点A ,∴321b =⨯+. 1.b = 故直线AB 的解析式为21y x =+,(2)由21y x =+,可得(0,1)B ,1,02C ⎛⎫- ⎪⎝⎭.将直线AB 绕点O 顺时针旋转90︒,得点B 的对应点为(1,0)D ,点C 的对应点为10,2E ⎛⎫⎪⎝⎭.可得直线DE 的解析式为1122y x =-+,由211122y x y x =+⎧⎪⎨=-+⎪⎩,得两直线交点为13,55F ⎛⎫- ⎪⎝⎭,可得DE BC ⊥,BDBF =,∴sin B D F BD B E ∠=. (2)1(5,1)N ,2(3,1)N -.例题6. 抛物线(3)(1)y x x =-+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M N CD ⊥,交直线CD 于点N ,使CM N BD E ∠=∠,求点M 的坐标.【答案】备yO CA DE备用图(1)(3,0)B ,(1,4)D -.(2)①(0,3)C -,(1,0)E ,连接BC ,过点C 作CH DE ⊥,交DE 于点H ,∴(1,3)H -,∴1CH DH ==, ∴45CDH BCO BCH ===︒∠∠∠,∴CD =CB =BCD △为直角三角形.分别延长PC ,DC 与x 轴交于点Q ,R ,则B D E DC P Q C R ==∠∠∠,45CDB CDE BDE DCP =+=︒+∠∠∠∠,∴CDB QCO =∠∠,∴BCD QOC △∽△, ∴13OC CD OQ CB ==, ∴9OQ =,即(9,0)Q -,∴直线CQ 解析式为133y x =--,直线BD 解析式为26y x =-,由方程组13326y x y x ⎧=--⎪⎨⎪=-⎩,, 解得97247x y ⎧=⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩,,∴924,77P ⎛⎫- ⎪⎝⎭.②1)当点M 在对称轴右侧时, 若点N 在射线CD 上,如图2,延长MN 交y 轴于点F ,过点M 作MG y ⊥轴, ∵CMN BDE =∠∠,∴MCN DBE △∽△, ∴12CN BE MN DE ==,∴2MN CN =, 设CN a =,则2MN a =, ∵45CDE DCF ==︒∠∠,∴CNF △,MGF △均为等腰直角三角形, ∴NF a =,CF =, ∴3MF MN NF a =+=,∴2MG FG ===,∴CG FG FC =-==,∴,3M ⎫-+⎪⎪⎝⎭, 代入抛物线(3)(1)y x x =-+,解得a =,∴720,39M ⎛⎫- ⎪⎝⎭.若点N 在射线DC 上,如图3, MN 交y 轴于点F ,过点M 作MG y ⊥轴,交y 轴于点G , ∵CMN BDE =∠∠,∴MCN DBE △∽△,∴12CN BE MN DE ==,∴2MN CN =, 设CN a =,则2MN a =, ∵45CDE =︒∠,∴CNF △,MGF △均为等腰直角三角形,∴NF a =,CF =, ∵45CDE =︒∠,∴CNF △,MGF △均为等腰直角三角形,∴NF a =,CF =,∴MF MN NF a =-=,∴2MG FG ==,∴CG FG FC =+==,∴,3M ⎫-+⎪⎪⎝⎭,代入抛物线(3)(1)y x x =-+,解得a =(5,12)M . 2)当点M 在对称轴左侧时,∵45CMN BDE =<︒∠∠,∴45MCN >︒∠,而抛物线左侧任意一点K ,都有45KCN <︒∠,∴点M 不存在.综上所述,点M 坐标为720,39⎛⎫- ⎪⎝⎭,(5,12).例题7. 如图直线12y x m =+与抛物线2y x bx c =-++交于C 、D 两点,其中点C 在y 轴上,点D 的坐标为53,2⎛⎫⎪⎝⎭,点P 是y 轴右侧的抛物线上一动点,过点P 作PE x ⊥轴于点E ,交CD 于点F .(1)求一次函数和抛物线的解析式.(2)若点P 的横坐标为t ,当t 为何值时,四边形OCPF 是平行四边形?请说明理由. (3)在CD 上方是否存在点P ,使45PCF ∠=︒,若存在,求出相应的点P 的坐标,若不存在,请说明理由.【答案】 (1)D 在12y x m =+图像上,代53,2D ⎛⎫⎪⎝⎭入12y x m =+,1m ∴=,112y x =+.令0x =,1y =,(0,1)c ∴,21y x bx =-++∴将53,2D ⎛⎫⎪⎝⎭代入,72b =,2712y x x ∴=-++,(2)若四边形OCPF 为平行四边形,则CO PF =且//CO PF ,设27,12P t t t ⎛⎫-++ ⎪⎝⎭,1,12F t t ⎛⎫+ ⎪⎝⎭,27111122PF t t t ⎛⎫∴=-++-+= ⎪⎝⎭,解得,1t =,2t ; (3)如图,过P 作PN CD ⊥于N ,过C 作CM PE ⊥于M ,在Rt PNF △和Rt CMF △中:90PNF CMF PFN CFM ∠=∠=︒⎧⎨∠=∠⎩Rt Rt PNF CMF ∴△∽△,设27,12P a a a ⎛⎫-++ ⎪⎝⎭(03)a <<则1,12F a a ⎛⎫+ ⎪⎝⎭CM a ∴=,12FM a =,CF = CF CM PF PN=,即223a a a PN =-+,2PN =12FN FM PN CM ==,2FN ∴=+若45PCF ∠=︒,则PN CN=,即22+=,解得12a =,15,22P ⎛⎫∴ ⎪⎝⎭.例题8. 如图,在平面直角坐标系xOy 中,以直线1x =为对称轴的抛物线2y ax bx c =++与x 轴从左至右依次交于A ,B 两点,与y 轴交于点C ,且4AB =,点32,2D ⎛⎫⎪⎝⎭在抛物线上,直线l 是一次函数2(0)y kx k =-≠的图象.(1)求抛物线的解析式;(2)如果直线l 平分四边形OBDC 的面积,求k 的值; (3)将抛物线作适当平移,求解与探究下列问题;i )若将抛物线2y ax bx c =++向下平移m 个单位长度后,恰与第(2)问中的直线l 有且只有一个公共点,求m 的值;ii )把抛物线2y ax bx c =++向左平移1个单位,再向下平移2个单位,所得抛物线与直线l 交于M ,N 两点,请在备用图中画出草图,并探究:在y 轴正半轴上是否存在一定点P ,使得无论k 取何值,MPN ∠总被y 轴平分?若存在,求出P 点坐标;若不存在,请说明理由.【答案】(1)抛物线的对称轴为1x =,且4AB = (1,0)A ∴-,(3,0)B 则抛物线解析式为(1)(3)y a x x =+-代32,2D ⎛⎫⎪⎝⎭入(1)(3)y a x x =+-,解得12a =-21322y x x ∴=++(2)由(1)易得30,2C ⎛⎫⎪⎝⎭,32,2D ⎛⎫⎪⎝⎭//CD OB ∴ 设直线l 分别与OB 、CD 相交于E 、F 直线l 解析式2y kx =-,令0y =,2x k =,2,0E k ⎛⎫ ⎪⎝⎭, 令32y =,72x k =,73,22F k ⎛⎫⎪⎝⎭, 则2OE k =,23BE k =-,72CF k =,722DF k=-,若l 平分四边形OBDC ,则OEFC FDBE S S =梯形梯形,11()()22OE CF OC FD BE OC +⋅=+⋅,OE CF FD BE +=+, 即27273222k k k k ⎛⎫⎛⎫+=-+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,115k = (3)①平移后的抛物线解析式为21322y x x m =-++-则213221125y x x m y x ⎧=++-⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩21670252x x m -++=由题意,3672025m =--=△,13950m =-②抛物线解析式22131(1)2222y x x x =-++=--+由题意,平移后的抛物线解析式为212y x =-如图,过M 做MD y ⊥轴,NE ⊥y 轴,由题意得MPD NPE ∠=∠,又90PDM PEN ∠=∠=︒PDM PEN ∴△∽△设(0,)P t 、(,2)M a ka -,(,2)N b kb -则MD a =-,2PD t ka =-+,NE b =,2PE t kb =-+ MD PD NE PE ∴=,即22a t kab t kb --+=-+,()22()0a b t kab a b +-++= M 、N 是抛物线与直线交点,2212y kx y x =-⎧⎪⎨=-⎪⎩,21202x kx +-=2a b k ∴+=-,4ab =-,2840kt k k ∴-+-=,2t =,则在y 轴正半轴上存在(0,2)P ,使得不论k 取何值,MPN ∠总被y 轴平分.例题9. 如图1,已知直线y kx =与抛物线2422273y x =-+交于点36A (,). (1)求直线y kx =的解析式和线段OA 的长度.(2)点P 为抛物线第一象限内的动点,过点P 作直线PM ,交x 轴于点M (点M 、O 不重合),交直线OA 于点Q ,再过点Q 作直线PM 的垂线,交y 轴于点N .试探究:线段QM 与线段NQ 的长度之比是否为定值?如果是,求出这个定值;如果不是,说明理由. (3)如图2,若点B 为抛物线上对称轴右侧的点,点E 在线段OA 上(与点O 、A 不重合),点(,0)D m 是x 轴正半轴上的动点,且满足BAE BED ∠=∠ AOD =∠.继续探究:m 在什么范围时,符合条件的E 点的个数分别是1个、2个?答图1答图2【答案】(1)把点3,6A ()代入y kx =得2k =,∴2y x =.OA ==. (2)QM QN 是一个定值,理由如下:如答图1,过点Q 作QG y ⊥轴于点G ,QH x ⊥轴于点H . ①当QH 与QM 重合时,显然QG 与QN 重合,此时tan 2QM QH QH AOM QN QG OH ===∠=;②当QH 与QM 不重合时, ∵QN QM ⊥,QG QH ⊥不妨设点H ,G 分别在x 、y 轴的正半轴上, ∴MQH GQN ∠=∠, 又∵90QHM QGN ∠=∠=︒, ∴QHM QGN △∽△, ∴tan 2QM QH QH AOM QN QG OH===∠=, 当点P 、Q 在抛物线和直线上不同位置时,同理可得2QMQN=. (3)如答图2,延长AB 交x 轴于点F ,过点F 作FC OA ⊥于点C , 过点A 作AR x ⊥轴于点R , ∵AOD BAE ∠=∠, ∴AF OF =,∴12OC AC OA ==∵90ARO FCO ∠=∠=︒,AOR FOC ∠=∠,∴AOR FOC △∽△,∴OF AO OC OR ===∴152OF ==,∴点1502F ⎛⎫ ⎪⎝⎭,, 设点2422,273B x x ⎛⎫-+ ⎪⎝⎭,过点B 作BK AR ⊥于点K ,则AKB ARF △∽△,图1图2∴BK AK FR AR =,即2422632737.536x x ⎛⎫--+ ⎪-⎝⎭=-,解得16x =,23x =(舍去), ∴点(6, 2)B ,∴633BK =-=,624AK =-=,∴5AB =;(求AB 也可采用下面的方法)设直线AF 为(0)y kx b k =+≠把点(3, 6)A ,点1502F ⎛⎫⎪⎝⎭,代入得43k =-,10b =,∴4103y x =-+,∴24103422273y x y x ⎧=-+⎪⎪⎨⎪=-+⎪⎩,∴1136x y =⎧⎨=⎩(舍去),2262x y =⎧⎨=⎩,∴(6,2)B ,∴5AB =… 在ABE △与OED △中∵BAE BED ∠=∠,∴ABE AEB DEO AEB ∠+∠=∠+∠, ∴ABE DEO ∠=∠,∵BAE EOD ∠=∠,∴ABE OED △∽△. 设OE x =,则(0AE x x =<<,由ABE OED △∽△得AE OD AB OE=mx =∴211(055m x x x x ==-+<<)∴顶点为94⎫⎪⎭如答图3,当94m =时,OE x =此时E 点有1个;当904m <<时,任取一个m 的值都对应着两个x 值,此时E 点有2个. ∴当94m =时,E 点只有1个当904m <<时,E 点有2个.答图3。