如图,抛物线 $y=ax^2+bx+2$ 与坐标轴交于 $A,B,C$ 三点,其中 $B\left(4,0\right),C\left(-2,0\right)$,连接 $AB,AC$,在第一象限内的抛物线上有一动点 $D$,过 $D$ 作 $DE\perp x$ 轴,垂足为 $E$,交 $AB$ 于点 $F$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    函数与圆
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    平行四边形的存在性
  1. 在 $DE$ 上作点 $G$,使 $G$ 点与 $D$ 点关于 $F$ 点对称,以 $G$ 为圆心,$GD$ 为半径作圆,当 $\odot G$ 与其中一条坐标轴相切时,求 $G$ 点的横坐标;
    标注
    • 题型
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      代几综合
      >
      函数与圆
    答案
    $G$ 点的横坐标为 $2$ 或 $\dfrac 23$
    解析
    因为 $B,C$ 两点在抛物线 $y=ax^2+bx+2$ 上,
    则 $\begin{cases} 16a+4b+2=0, \\ 4a-2b+2=0,\end{cases}$
    解得 $\begin{cases}a=-\dfrac 14,\\
    b=\dfrac 12,\end{cases}$
    所以抛物线的解析式为 $y=-\dfrac 14x^2+\dfrac 12x+2$,点 $A$ 的坐标为 $(0,2)$.
    设经过 $A,B$ 两点的直线解析式为 $y=kx+b$,
    则 $\begin{cases}b=2,\\ 4k+b=0,\end{cases}$
    解得 $\begin{cases}b=2,\\ k=-\dfrac 12.\end{cases}$
    所以经过 $A,B$ 两点的直线解析式为 $y=-\dfrac 12x+2$.
    设 $D$ 点坐标为 $\left(x,-\dfrac 14x^2+\dfrac 12x+2\right)$,则 $F$ 点的坐标为 $\left(x,-\dfrac 12x+2\right)$.
    因为 $G$ 点与 $D$ 点关于 $F$ 点对称,
    所以 $G$ 点的坐标为 $\left(x,\dfrac 14x^2-\dfrac 32x+2\right)$.
    以 $G$ 为圆心,$GD$ 为半径作圆,使得 $\odot G$ 与其中一条坐标轴相切.分类讨论如下:
    ① 若 $\odot G$ 与 $x$ 轴相切,则必须有 $DG=GE$,
    即 $-\dfrac 14x^2+\dfrac 12x+2-\left(\dfrac 14x^2-\dfrac 32x+2\right)=\dfrac 14x^2-\dfrac 32x+2$,
    解得 $x_{1}=\dfrac 23$,$x_{2}=4$(舍去).
    ② 若 $\odot G$ 与 $y$ 轴相切,则必须有 $DG=OE$,
    即 $-\dfrac 14x^2+\dfrac 12x+2-\left(\dfrac 14x^2-\dfrac 32x+2\right)=x$,
    解得 $x_{1}=2$,$x_{2}=0$(舍去).
    综上所述,以 $G$ 为圆心,$GD$ 为半径作圆,当 $\odot G$ 与其中一条坐标轴相切时,$G$ 点的横坐标为 $2$ 或 $\dfrac 23$.
  2. 过 $D$ 点作直线 $DH\parallel AC$ 交 $AB$ 于 $H$,当 $\triangle DHF$ 的面积最大时,在抛物线和直线 $AB$ 上分别取 $M,N$ 两点,并使 $D,H,M,N$ 四点组成平行四边形,请你直接写出符合要求的 $M,N$ 两点的横坐标.
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
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      平行四边形的存在性
    答案
    $M,N$ 点的横坐标分别为 $2-2\sqrt 2,\dfrac 83-2\sqrt 2$,或者 $2+2\sqrt 2,\dfrac 83+2\sqrt 2$
    解析
    由 $(1)$ 可得 $OA=OC$,$OA=\dfrac 12OB$,
    所以 $\angle OAC=\angle OCA=45^\circ$,
    而 $DH\parallel AC$,$DE\perp x$ 轴,
    所以 $\angle HDE=45^\circ$,$EF=\dfrac 12EB$.
    过点 $H$ 作 $HI\perp DE$ 于点 $I$.则 $ID=IH$,$IF=\dfrac 12IH$,
    从而 $DF=ID+IF=\dfrac 32IH$,即 $IH=\dfrac 23 DF$,
    所以 $S_{\triangle DHF}=\dfrac 12 DF\cdot IH=\dfrac 13 DF^2$.
    所以当 $DF$ 最大时,$S_{\triangle DHF}$ 有最大值.
    设 $D$ 点坐标为 $\left(x,-\dfrac 14x^2+\dfrac 12x+2\right)$,则 $F$ 点的坐标为 $\left(x,-\dfrac 12x+2\right)$.
    所以 $DF=-\dfrac 14x^2+\dfrac 12x+2-\left(-\dfrac 12x+2\right)=-\dfrac 14x^2+x=-\dfrac 14\left(x-2\right)^2+1$,
    当 $x=2$ 时,$DF$ 取最大值 $1$,从而 $S_{\triangle DHF}$ 取最大值.
    此时点 $D\left(2,2\right)$,$HI=\dfrac 23$,
    所以点 $H$ 的横坐标为 $\dfrac 43$,
    将其代入直线 $y=-\dfrac 12x+2$,得点 $H\left(\dfrac 43,\dfrac 43\right)$.
    设点 $M$ 的坐标为 $\left(m,-\dfrac 14m^2+\dfrac 12m+2\right)$,点 $N$ 的坐标为 $\left(n,-\dfrac 12n+2\right)$
    ① 当 $DH,MN$ 为边时,
    可列方程组 $\begin{cases} n-m=\dfrac 23,\\-\dfrac 12n+2-\left(-\dfrac 14m^2+\dfrac 12m+2\right)=\dfrac 23\end{cases}$
    或 $\begin{cases} m-n=\dfrac 23,\\-\dfrac 14m^2+\dfrac 12m+2-\left(-\dfrac 12n+2\right)=\dfrac 23\end{cases}$
    解得 $\begin{cases} m=2\pm 2\sqrt 2,\\ n=\dfrac 83\pm 2\sqrt 2 \end{cases}$ 或 $\begin{cases} m=2,\\n=\dfrac 43.\end{cases}$(舍)
    ② 当 $DH$ 为对角线时,
    可列方程组 $\begin{cases} n+m=\dfrac {10}{3},\\-\dfrac 12n+2+\left(-\dfrac 14m^2+\dfrac 12m+2\right)=\dfrac {10}{3}\end{cases}$
    解得 $\begin{cases} m=2,\\n=\dfrac 43.\end{cases}$(舍)
    综上可得,满足题意的点 $M,N$ 的横坐标分别为 $2-2\sqrt 2,\dfrac 83-2\sqrt 2$,或者 $2+2\sqrt 2,\dfrac 83+2\sqrt 2$.
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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