如图,在平面直角坐标系中,点 $O$ 为坐标原点,直线 $y=kx+1\left(k\neq 0\right)$ 与 $x$ 轴交于点 $A$,与 $y$ 轴交于点 $C$,过点 $C$ 的抛物线 $y=ax^2-\left(6a-2\right)x+b\left(a\neq 0\right)$ 与直线 $AC$ 交于另一点 $B$,点 $B$ 坐标为 $\left(4,3\right)$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    函数与角
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    全等三角形的存在性
  1. 点 $P$ 是射线 $CB$ 上的一个动点,过点 $P$ 作 $PQ\perp x$ 轴,垂足为点 $Q$,在 $x$ 轴上点 $Q$ 的右侧取点 $M$,使 $MQ=\dfrac 58$,在 $QP$ 的延长线上取点 $N$,连接 $PM,AN$,已知 $ \tan \angle NAQ-\tan \angle MPQ=\dfrac 12 $,求线段 $PN$ 的长;
    标注
    • 题型
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      代几综合
      >
      函数与角
    答案
    $PN=\dfrac 54$
    解析
    当 $x=0$ 时,由 $y=kx+1$ 得 $y=1$.
    所以点 $C$ 的坐标为 $\left(0,1\right)$.
    因为抛物线 $y=ax^2-\left(6a-2\right)x+b$,经过 $C\left(0,1\right),B\left(4,3\right)$,
    所以 $\begin{cases}b=1,\\ 3=a\times 4^2-\left(6a-2\right)\times 4+b,\end{cases}$ 解得 $\begin{cases}a=\dfrac 34,\\ b=1.\end{cases}$
    所以抛物线的解析式为 $y=\dfrac 34x^2-\dfrac 52x+1$.
    把 $B\left(4,3\right)$ 代入 $y=kx+1$ 中,得 $k=\dfrac 12$,
    所以直线 $CB$ 的解析式为 $y=\dfrac 12x+1$,点 $A$ 的坐标为 $(-2,0)$.如图,显然 $\dfrac{PQ}{QA}=\dfrac{CO}{OA}=\dfrac 12$.
    若设 $PQ=m$,则 $QA=2m$.
    因为 $\tan\angle NAQ-\tan\angle MPQ=\dfrac 12$,
    所以 $\dfrac{NQ}{QA}-\dfrac{MQ}{PQ}=\dfrac 12$,
    所以 $\dfrac{PN+m}{2m}-\dfrac{\dfrac 58}{m}=\dfrac 12$,
    所以 $PN=\dfrac 54$.
  2. 在 $(1)$ 的条件下,过点 $C$ 作 $CD\perp AB$,使点 $D$ 在直线 $AB$ 下方,且 $CD=AC$,连接 $PD,NC$,当以 $PN,PD,NC$ 的长为三边长构成的三角形面积是 $\dfrac{25}{8} $ 时,在 $y$ 轴左侧的抛物线上是否存在点 $E$,连接 $NE,PE$,使得 $\triangle ENP$ 与以 $PN,PD,NC$ 的长为三边长的三角形全等?若存在,求出点 $E$ 坐标;若不存在,请说明理由.
    标注
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      代几综合
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      全等三角形的存在性
    答案
    存在满足条件点 $E$,其坐标为 $\left(-1,\dfrac{17}{4}\right)$
    解析
    在 $y$ 轴左侧抛物线上存在点 $E$,使得 $\triangle ENP$ 与以 $PN,PD,NC$ 的长为三边长的三角形全等.如图,过点 $D$ 作 $DF\perp y$ 轴于点 $F$.
    因为 $ DF\perp CF$,$CD\perp AB$,
    所以 $ \angle CDF+\angle DCF=90^\circ$,$\angle DCF+\angle ACO=90^\circ$,
    所以 $\angle CDF=\angle ACO$.
    因为 $ CO\perp x$ 轴,$DF\perp CO$,
    所以 $\angle AOC=\angle CFD=90^\circ$.
    因为 $CA=CD$,
    所以 $\triangle ACO\cong\triangle CDF$,
    所以 $ CF=AO=2$,$DF=CO=1$,
    所以 $ OF=CF-CO=1$.
    在 $CF$ 上截取 $CH=PN$,连接 $DH,PH$.
    因为 $ CH=PN=\dfrac 54$,
    所以 $ HF=CF-CH=\dfrac 34$,
    所以 $DH=\sqrt{DF^2+HF^2}=\dfrac 54$,
    所以 $ DH=PN$.
    因为 $ CH=PN$,$CH\parallel PN$,
    所以四边形 $CHPN$ 是平行四边形,
    所以 $CN=HP$,
    所以 $\triangle PHD$ 是以 $PN,PD,NC$ 的长为三边长的三角形,
    所以 $S_{\triangle PHD}=\dfrac{25}{8}$.
    如图,延长 $FD,PQ$ 交于点 $G$.
    因为 $PQ\parallel y$ 轴,
    所以 $\angle G=180^\circ-\angle CFD=90^\circ$,
    所以 $S_{四边形HFGP}=S_{\triangle HFD}+S_{\triangle PHD}+S_{\triangle PDG}$,
    所以 $\dfrac 12\left(HF+PG\right)FG=\dfrac 12HF\cdot FD+\dfrac{25}{8}+\dfrac 12DG\cdot PG$.
    因为点 $P$ 在 $y=\dfrac 12x+1$ 上,
    所以设 $P\left(t,\dfrac 12t+1\right)$,
    所以 $\dfrac 12\left(\dfrac 34+\dfrac 12t+1+1\right)t=\dfrac 12\times \dfrac 34\times 1+\dfrac{25}{8}+\dfrac 12\left(t-1\right)\left(\dfrac 12t+1+1\right)$,
    所以 $ t=4$,
    所以 $ P\left(4,3\right)$,
    所以 $N\left(4,\dfrac{17}{4}\right)$,$\tan\angle DPG=\dfrac{DG}{PG}=\dfrac 34$.
    因为 $\tan\angle HDF=\dfrac{HF}{FD}=\dfrac 34$,
    所以 $\angle DPG=\angle HDF$.
    因为 $\angle DPG+\angle PDG=90^\circ$,
    所以 $\angle HDF+\angle PDG=90^\circ$,
    所以 $\angle HDP=90^\circ$.
    因为 $ PN=DH$,若 $\triangle ENP$ 与 $\triangle PDH$ 全等,则有两种情况.
    ① 当 $\angle ENP=\angle PDH=90^\circ$,$EN=PD$ 时,
    因为 $PD=\sqrt{PG^2+DG^2}=5$,
    所以 $EN=5$,
    所以 $E\left(-1,\dfrac{17}{4}\right)$,由 $(1)$ 得抛物线 $y=\dfrac 34x^2-\dfrac 52x+1$,
    当 $x=-1$ 时,$y=\dfrac{17}{4}$,
    所以点 $E$ 在此抛物线上.
    ② 当 $\angle NPE=\angle HDP=90^\circ$,$BE=PD$ 时,则 $E\left(-1,3\right)$,但点 $E$ 不在抛物线上.
    综上可得,存在满足条件点 $E$,其坐标为 $\left(-1,\dfrac{17}{4}\right)$.
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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