阅读理解:
抛物线 $y=\dfrac 14x^2$ 上任意一点到点 $\left(0,1\right)$ 的距离与到直线 $y=-1$ 的距离相等.你可以利用这一性质解决问题.
问题解决:
如图,在平面直角坐标系中,直线 $y=kx+1$ 与 $y$ 轴交于点 $C$,与函数 $y=\dfrac 14x^2$ 的图象交于 $A,B$ 两点,分别过 $A,B$ 两点作直线 $y=-1$ 的垂线,交于 $E,F$ 两点.在 $\triangle PEF$ 中,$M$ 为 $EF$ 中点,$P$ 为动点.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    函数与线段
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    平行四边形的存在性
  1. 求证:$PE^2+PF^2=2\left(PM^2+EM^2\right)$;
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      函数与线段
    答案
    解析
    过点 $P$ 作 $PH\perp EF$ 于点 $H$.
    ① 如图,当点 $H$ 在线段 $EF$ 上时.因为 $M$ 是 $EF$ 中点,
    所以 $EM=FM=\dfrac 12EF$.
    由勾股定理得
    $\begin{split}&PE^2+PF^2-2PM^2\\=&PH^2+EH^2+PH^2+HF^2-2PM^2\\=&2PH^2+EH^2+HF^2-2\left(PH^2+MH^2\right)\\=&EH^2-MH^2+HF^2-MH^2\\=&\left(EH+MH\right)\left(EH-MH\right)\left(EH-MH\right)-\left(HF+MH\right)\left(HF-MH\right)\\=&EM\left(EH+MH\right)+MF\left(HF-MH\right)\\=&EM\left(EH+MH\right)+EM\left(HF-MH\right)\\=&EM\left(EH+MH+HF-MH\right)\left(HF-MH\right)\\=&EM\cdot EF \\=&2EM^2, \end{split}$
    所以 $ PE^2+PF^2=2\left(PM^2+EM^2\right)$.
    ② 如图,当点 $H$ 在线段 $EF$ 外时.同理可得 $PE^2+PF^2=2\left(PM^2+EM^2\right)$.
    综上可得,当点 $H$ 在直线 $EF$ 上时,都有 $PE^2+PF^2=2\left(PM^2+EM^2\right)$.
  2. 已知 $PE=PF=3$,以 $EF$ 为一条对角线作平行四边形 $CEDF$,若 $1<PD<2$,试求 $CP$ 的取值范围.
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      平行四边形的存在性
    答案
    $\sqrt{14}<PC<\sqrt{17}$
    解析
    根据题意得 $AC=AE$.
    所以 $\angle ACE=\angle AEC$.
    因为 $ AE\perp EF$,即 $AE\parallel y$ 轴,
    所以 $\angle ECO=\angle AEC$,
    所以 $\angle ACE=\angle ECO$.
    同理可得 $\angle BCF=\angle FCO$,
    所以
    $\begin{split} \angle ECF&=\angle ECO+\angle FCO
    \\&=\dfrac 12\left(\angle ACO+\angle BCO\right)
    \\&=\dfrac 12\times 180^\circ=90^\circ.\end{split}$
    如图,连接 $CD,PM$.因为在平行四边形 $CEDF$ 中,$\angle ECF=90^\circ$,
    所以平行四边形 $CEDF$ 是矩形,
    所以 $ EF=CD$.
    因为点 $M$ 为 $EF$ 中点,
    所以 $ EM=CM$.
    在 $\triangle PEF$ 中,$PE^2+PF^2=2\left(PM^2+EM^2\right)$.
    在 $\triangle PCD$ 中,$PC^2+PD^2=2\left(PM^2+CM^2\right)$.
    因为 $EM=CM$,$PE=PF=3$,
    所以 $PC^2+PD^2=PE^2+PF^2=3^2+3^2=18$.
    因为 $ 1<PD<2$,
    所以 $1<PD^2<4$,
    所以 $ 14<PC^2<17$.
    又 $PC>0$,
    所以 $\sqrt{14}<PC<\sqrt{17}$.
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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