如图,在平面直角坐标系中,抛物线 $y=-\dfrac23x^2-\dfrac43x+2$ 与 $x$ 轴交于 $B,C$ 两点(点 $B$ 在点 $C$ 的左侧),与 $y$ 轴交于点 $A$,抛物线的顶点为 $D$,点 $P$ 是线段 $BC$ 上的动点(点 $P$ 不与点 $B,C$ 重合).
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    函数与线段
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    函数与线段
  • 题型
    >
    几何部分
    >
    线段最值
    >
    轴对称之最短路径
  1. 过点 $P$ 作 $x$ 轴的垂线交抛物线于点 $E$,若 $PE=PC$,求点 $E$ 的坐标;
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      函数与线段
    答案
    $\left(-\dfrac32,\dfrac52\right)$
    解析
    设点 $P$ 的坐标为 $\left(n,0\right)$.
    因为 $ EP\perp x$ 轴,点 $E$ 在抛物线上,
    所以点 $E$ 的坐标为 $\left(n,-\dfrac23n^2-\dfrac43n+2\right)$,
    因为 $ PE=PC$,
    所以 $ -\dfrac23n^2-\dfrac43n+2=1-n$,
    所以 $ n_1=-\dfrac32$,$n_2=1$(不符合题意,舍去),
    所以 点 $E$ 的坐标为 $\left(-\dfrac32,\dfrac52\right)$.
  2. 在第1问的条件下,点 $F$ 是坐标轴上的点,且点 $F$ 到 $EA$ 和 $ED$ 的距离相等,求线段 $EF$ 的长;
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      函数与线段
    答案
    $EF=\dfrac 52$ 或 $\dfrac 32$
    解析
    由 $y=-\dfrac 23x^2-\dfrac 43x+2=-\dfrac 23(x+1)^2+\dfrac 83$,
    可得点 $A$ 坐标为 $(0,2)$,点 $D$ 坐标为 $\left(-1,\dfrac 83\right)$.
    从而可得直线 $AE$ 解析式为 $y=-\dfrac 13x+2$,
    直线 $DE$ 解析式为 $y=\dfrac 13x+3$.
    设直线 $DE$ 与 $x,y$ 轴分别交于点 $M,N$,直线 $EA$ 与 $x$ 轴交于点 $K$.则点 $M(-9,0)$,点 $N(0,3)$,点 $K(6,0)$.
    显然 $MP=KP$,
    从而得到 $\triangle MEK,\triangle AEN$ 均为等腰三角形.
    所以点 $P$ 即为满足条件的点 $F$ 之一,此时 $EF=\dfrac 52$;
    过点 $E$ 作 $y$ 轴的垂线,垂足亦为满足条件的点 $F$,此时 $EF=\dfrac 32$.
    综上可得,$EF=\dfrac 52$ 或 $\dfrac 32$.
  3. 若点 $Q$ 是线段 $AB$ 上的动点(点 $Q$ 不与点 $A,B$ 重合),点 $R$ 是线段 $AC$ 上的动点(点 $R$ 不与点 $A,C$ 重合),求 $\triangle PQR$ 周长的最小值.
    标注
    • 题型
      >
      几何部分
      >
      线段最值
      >
      轴对称之最短路径
    答案
    $\dfrac {32\sqrt {65}}{65}$
    解析
    如图,假定点 $P$ 固定,作点 $P$ 关于 $AB,AC$ 的对称点 $P_1,P_2$,连接 $P_1P_2$,分别交 $AB,AC$ 于点 $Q,R$,此时 $\triangle PQR$ 的周长最小,最小值即为 $P_1P_2$ 的长度.连接 $AP_1,AP_2$,则 $AP_1=AP_2=AP$,$\angle P_1AP_2=2\angle BAC$.
    故 $\triangle P_1AP_2$ 为顶角固定的等腰三角形,
    所以当腰 $AP_1$ 最小时,底边 $P_1P_2$ 取最小值,
    而当点 $P$ 与点 $O$ 重合时,$AP$ 取值最小,即此时 $\triangle PQR$ 的周长最小.
    如图,分别过 $P_1,P_2$ 作 $x$ 轴的垂线,垂足为点 $S,T$.易证 $\triangle OSP_1\backsim \triangle AOB$,
    所以 $\dfrac{OS}{OA}=\dfrac{P_1S}{BO}=\dfrac{OP_1}{AB}$.
    由抛物线解析式可得 $A\left(0,2\right)$,$B\left(-3,0\right)$,$C\left(1,0\right)$,
    所以 $AB=\sqrt{13}$.
    而 $OA\cdot OB=\dfrac 12OP_1\cdot AB$,
    所以 $OP_1=\dfrac{12\sqrt{13}}{13}$.
    所以 $\dfrac{OS}{2}=\dfrac{P_1S}{3}=\dfrac{\dfrac{12\sqrt{13}}{13}}{\sqrt{13}}$,
    从而 $OS=\dfrac{24}{13}$,$P_1S=\dfrac{36}{13}$,即点 $P_1\left(-\dfrac{24}{13},\dfrac{36}{13}\right)$.
    同理求得点 $F\left(\dfrac 85,\dfrac 45\right)$,
    所以此时 $P_1P_2=\dfrac {32\sqrt {65}}{65}$,
    即 $\triangle PQR$ 周长的最小值为 $\dfrac {32\sqrt {65}}{65}$.
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 问题3 答案3 解析3 备注3
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