如图,顶点为 $P\left(4,-4\right)$ 的二次函数图象经过原点 $\left(0,0\right)$,点 $A$ 在该图象上,$OA$ 交其对称轴 $l$ 于点 $M$,点 $M,N$ 关于点 $P$ 对称,连接 $AN,ON$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
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    代几综合
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    直角三角形的存在性
  • 题型
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    代几综合
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    直角三角形的存在性
  1. 求该二次函数的关系式;
    标注
    • 题型
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      代几综合
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      直角三角形的存在性
    答案
    二次函数的解析式为 $y=\dfrac 14x^2-2x$
    解析
    因为二次函数图象的顶点为 $P\left(4,-4\right) $,
    所以可设二次函数的关系式为 $y=a\left(x-4\right)^2-4$.
    代入原点 $\left(0,0\right)$ 的坐标,得 $ a=\dfrac 14 $,
    所以二次函数的解析式为 $y=\dfrac 14\left(x-4\right)^2-4=\dfrac 14x^2-2x$.
  2. 当点 $A$ 在对称轴 $l$ 右侧的二次函数图象上运动时,请回答下列问题:
    (i)证明:$\angle ANM=\angle ONM$;
    (ii)$\triangle ANO$ 能否为直角三角形?如果能,请求出所有符合条件的点 $A$ 的坐标;如果不能,请说明理由.
    标注
    • 题型
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      代几综合
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      直角三角形的存在性
    答案
    (ii)$\triangle ANO$ 能为直角三角形,符合条件的点 $A$ 的坐标为 $(4+4\sqrt 2,4)$
    解析
    (i)过点 $A $ 作 $ AH\perp l$ 于点 $H$,$ l $ 与 $ x$ 轴交与点 $D$.设点 $A$ 的坐标为 $\left(m,\dfrac 14m^2-2m\right)$,则点 $H$ 的坐标为 $\left(4,\dfrac 14m^2-2m\right)$.
    可得直线 $OA $ 的解析式为 $y=\left(\dfrac 14m-2\right)x$.
    所以点 $M$ 的坐标为 $\left(4,m-8\right)$,从而点 $N$ 的坐标为 $\left(4,-m\right)$.
    所以 $\tan {\angle ONM}=\dfrac {OD}{ND} =\dfrac 4m$,$\tan {\angle ANM}=\dfrac {AH}{NH}=\dfrac {m-4}{\dfrac 14m^2-m}=\dfrac 4m$,
    即 $\tan{ \angle ANM}=\tan {\angle ONM}$,
    所以 $\angle ANM=\angle ONM$.
    (ii)若 $\triangle ANO$ 为直角三角形,则有三种情况:
    ① 当 $\angle ANO=90^\circ$ 时,有 $\angle ANM=\angle ONM=\angle NAH=45^\circ$,
    此时 $AH=NH$,则 $m-4=\dfrac 14m^2-m$,
    解得 $m=4$,得到 $A,P,N$ 重合,故不满足题意;
    ② 当 $\angle NOA=90^\circ$ 时,有 $ON^2+AO^2=AN^2$,
    即 $4^2+\left(-m\right)^2+m^2+\left(\dfrac14m^2-2m\right)^2=\left(m-4\right)^2+\left(\dfrac14m^2-m\right)^2$,
    解得 $m_1=0, m_2=4-4\sqrt 2, m_3=4+4\sqrt 2$.
    当 $m=0$ 时,$A,O$ 重合,不满足题意,舍去;
    当 $m=4-4\sqrt 2 <0$,$A$ 在对称轴左侧,不满足题意,舍去;
    当 $m=4+4\sqrt 2$ 时,此时 $A\left(4+4\sqrt 2,4\right)$;
    ③ 当 $\angle NAO=90^\circ$ 时,设抛物线对称轴与 $x$ 轴的交点为 $D$.
    所以 ${\triangle MAN} \backsim {\triangle DMO} \backsim {\triangle DON}$,
    从而 $\dfrac{DM}{OD}=\dfrac{OD}{DN}$,
    即 $\dfrac{8-m}{4}=\dfrac{4}{m}$,
    解得 $m=4$,得到 $A,P$ 重合,故不满足题意.
    综上可得,当点 $A$ 在对称轴 $l$ 右侧的二次函数图象上运动时,$\triangle ANO$ 能为直角三角形,符合条件的点 $A$ 的坐标为 $(4+4\sqrt 2,4)$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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