如图,在平面直角坐标系中,抛物线 $ y=mx^2-8mx+4m+2\left(m>2\right) $ 与 $ y $ 轴的交点为 $ A $,与 $ x $ 轴的交点分别为 $ B \left(x_1,0\right) ,C\left(x_2,0\right) $,且 $ x_2-x_1=4 $,直线 $ AD\parallel x轴 $,在 $ x $ 轴上有一动点 $ E\left(t,0\right) $ 过点 $ E $ 作平行于 $ y $ 轴的直线 $ l $ 与抛物线、直线 $ AD $ 的交点分别为 $ P,Q $.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    函数与面积
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    相似三角形的存在性
  1. 当 $ 0<t\leqslant 8 $ 时,求 $ \triangle APC $ 面积的最大值;
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      函数与面积
    答案
    当 $0<t\leqslant 8$ 时,$\triangle APC$ 面积的最大值为 $12$
    解析
    由题意知 $ x_1,x_2 $ 是方程 $ mx^2-8mx+4m+2=0 $ 的两根,
    所以 $ x_1+x_2=8 $.
    由 $ \begin{cases}
    x_1+x_2=8,\\x_2-x_1=4.
    \end{cases} $ 解得 $ \begin{cases}x_1=2,\\x_2=6.
    \end{cases} $
    所以 $ B\left(2,0\right) $,$ C\left(6,0\right) $.
    则 $ 4m-16m+4m+2=0 $,
    解得 $ m=\dfrac 14 $,
    所以该抛物线解析式为 $ y=\dfrac 14x^2-2x+3 $.
    可求得 $ A\left(0,3\right) $.
    设直线 $ AC $ 的解析式为 $ y=kx+b $,
    由 $ \begin{cases}
    b=3,\\6k+b=0.
    \end{cases} $
    解得 $ \begin{cases}
    k=-\dfrac 12,\\b=3.
    \end{cases} $
    所以直线 $ AC $ 的解析式为 $y=-\dfrac 12x+3$.
    要构成 $\triangle APC$,显然 $t\neq 6$,分两种情况讨论:
    ① 当 $0<t<6$ 时,设直线 $l$ 与 $AC$ 交点为 $F$,则 $F\left(t,-\dfrac 12t+3 \right)$.
    因为 $ P\left(t,\dfrac 14t^2-2t+3 \right)$,
    所以 $ PF=-\dfrac 14t^2+\dfrac 32t$,
    所以
    $ \begin{split} S_{\triangle APC}&=S_{\triangle APF}+S_{\triangle CPF}\\ &=\dfrac 12\left(-\dfrac 14t^2+\dfrac 32t\right)\cdot t+\dfrac 12\left(-\dfrac 14t^2+\dfrac 32t\right)\cdot \left(6-t\right)\\ &=\dfrac 12\left(-\dfrac 14t^2+\dfrac 32t\right)\cdot 6\\ &=-\dfrac 34\left(t-3\right)^2+\dfrac{27}{4}.\end{split} $
    此时 $ S_{\triangle APC} $ 的最大值为 $\dfrac{27}{4}$.
    ② 当 $6< t\leqslant 8$ 时,设直线 $l$ 与 $AC$ 交点为 $M$,则 $M\left(t,-\dfrac 12t+3 \right)$.
    因为 $ P\left(t,\dfrac 14t^2-2t+3 \right)$,
    所以 $ PM=\dfrac 14t^2-\dfrac 32t$,
    所以
    $ \begin{split} S_{\triangle APC}&=S_{\triangle APF}-S_{\triangle CPF}\\ &=\dfrac 12\left(\dfrac 14t^2-\dfrac 32t\right)\cdot t-\dfrac 12\left(\dfrac 14t^2-\dfrac 32t\right)\cdot \left(t-6\right)\\ &=\dfrac 34t^2-\dfrac 92t\\ &=\dfrac 34\left(t-3\right)^2-\dfrac{27}{4}.\end{split} $
    当 $t=8$ 时,$ S_{\triangle APC} $ 取最大值,最大值为 $12$.
    综上可知,当 $0<t\leqslant 8$ 时,$\triangle APC$ 面积的最大值为 $12$.
  2. 当 $ t>2 $ 时,是否存在点 $ P $,使以 $ A ,P,Q $ 为顶点的三角形与 $ \triangle AOB $ 相似?若存在,求出此时 $ t $ 的值;若不存在,请说明理由.
    标注
    • 题型
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      代几综合
      >
      相似三角形的存在性
    答案
    存在,$t=\dfrac{16}{3}$ 或 $t=\dfrac{32}{3}$ 或 $t=14$
    解析
    在 $\triangle AOB$ 中,$\angle AOB=90^\circ $,$AO=3$,$BO=2$,
    在 $\triangle APQ$ 中,$Q\left(t,3\right)$,$P\left(t,\dfrac 14t^2-2t+3\right)$.
    ① 当 $2<t\leqslant 6$ 时,$AQ=t$,$PQ=-\dfrac 14t^2+2t$.
    若 $\triangle AOB\backsim \triangle AQP$,则 $\dfrac{AO}{AQ}=\dfrac{BO}{PQ}$,
    即 $\dfrac 3t=\dfrac{2}{-\dfrac 14t^2+2t} $,
    所以 $ t=0$(舍),或 $t=\dfrac{16}{3}$.
    若 $\triangle AOB\backsim \triangle PQA$,则 $\dfrac{AO}{PQ}=\dfrac{OB}{AQ}$,
    即 $\dfrac{3}{-\dfrac 14t^2+2t}=\dfrac 2t$,
    所以 $ t=0$(舍)或 $t=2$(舍);
    ② 当 $t>6$ 时,$AQ'=t$,$PQ'=\dfrac 14t^2-2t$.
    若 $\triangle AOB\backsim \triangle AQP$,则 $\dfrac{AO}{AQ'}=\dfrac{BO}{P'Q'}$,
    即 $\dfrac 3t=\dfrac{2}{\dfrac 14t^2-2t}$,
    所以 $ t=0$(舍),或 $t=\dfrac{32}{3}$.
    若 $\triangle AOB\backsim \triangle PQA$,则 $\dfrac{AO}{P'Q'}=\dfrac{OB}{AQ'}$,
    即 $\dfrac 2t=\dfrac{3}{\dfrac 14t^2-2t}$,
    所以 $t=0$(舍)或 $t=14$.
    综上,当 $t=\dfrac{16}{3}$ 或 $t=\dfrac{32}{3}$ 或 $t=14$ 时,以 $ A ,P,Q $ 为顶点的三角形与 $ \triangle AOB $ 相似.
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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