如图,在平面直角坐标系 $xOy$ 中,点 $A,B,C$ 分别为坐标轴上的三个点,且 $OA=1$,$OB=3$,$OC=4$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
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    代几综合
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    特殊平行四边形的存在性
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    函数与线段
  1. 在平面直角坐标系 $xOy$ 中是否存在一点 $P$,使得以点 $A,B,C,P$ 为顶点的四边形为菱形?若存在,请求出点 $P$ 的坐标;若不存在,请说明理由;
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      特殊平行四边形的存在性
    答案
    当点 $P$ 的坐标为 $\left(5,3\right)$ 时,以点 $A,B,C,P$ 为顶点的四边形为菱形
    解析
    因为 $OB=3$,$OC=4$,
    所以 $BC=AC=5$.
    ① 当 $BP$ 平行且等于 $AC$ 时,四边形 $ACBP$ 为菱形.
    所以 $BP=AC=5$,且点 $P$ 到 $x$ 轴的距离等于 $OB $.
    所以点 $P$ 的坐标为 $\left(5,3\right) $.
    ② 当点 $P$ 在第二、三象限时,以点 $A,B,C,P$ 为顶点的四边形只能是平行四边形,不是菱形,
    综上可得,当点 $P$ 的坐标为 $\left(5,3\right)$ 时,以点 $A,B,C,P$ 为顶点的四边形为菱形.
  2. 若点 $M$ 为该抛物线上一动点,在 $(2)$ 的条件下,请求出当 $\left|PM-AM\right|$ 的最大值时点 $M$ 的坐标,并直接写出 $\left|PM-AM\right|$ 的最大值.
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      函数与线段
    答案
    $\left|PM-AM\right|$ 的最大值为 $5$
    解析
    设抛物线的解析式为 $y=ax^2+bx+c$,
    将 $A,B,C$ 坐标代入解析式,得
    $\begin{cases}a+b+c=0,\\c=3,\\16a-4b+c=0.\end{cases}$ 解得 $\begin{cases}a=-\dfrac34,\\b=-\dfrac94,\\c=3.\end{cases}$
    所以经过 $A,B,C$ 三点的抛物线的解析式为 $y=-\dfrac34x^2-\dfrac94x+3$.
    设直线 $PA$ 的解析式为 $y=kx+b\left(k\ne 0\right) $,
    将 $ A,P$ 坐标代入解析式,得
    $\begin{cases}5k+b=3,\\k+b=0.\end{cases}$
    解得 $\begin{cases}k=\dfrac34,\\b=-\dfrac34.\end{cases}$
    所以直线 $PA$ 的解析式为 $y=\dfrac34x-\dfrac34$.当点 $M$ 与点 $P,A$ 不在同一直线上时,根据三角形的三边关系 $\left|PM-AM\right|<PA$;
    当点 $M$ 与点 $P,A$ 在同一直线上时,$\left|PM-AM\right|=PA$.
    所以当点 $M$ 与点 $P,A$ 在同一直线上时,$\left|PM-AM\right|$ 的值最大,即点 $M$ 为直线 $PA$ 与抛物线的交点.
    解方程组 $\begin{cases}y=\dfrac34x-\dfrac34,\\y=-\dfrac34x^2-\dfrac94x+3.\end{cases}$ 得 $\begin{cases}x_1=1,\\ y_1=0.\end{cases}\begin{cases}x_2=-5,\\y_2=-\dfrac92.\end{cases}$
    所以点 $M$ 的坐标为 $\left(1,0\right)$ 或 $\left(-5,-\dfrac92\right)$ 时,$\left|PM-AM\right|$ 的值最大,此时 $\left|PM-AM\right|$ 的最大值为 $5$.
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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