如图,已知抛物线 $ y=\dfrac 1 3 x^2+2x+1 $ 经过 $\triangle ABC$ 的三个顶点,其中点 $A\left(0,1\right)$,点 $B\left(-9,10\right)$,$ AC\parallel x $ 轴,点 $P$ 是直线 $AC$ 下方抛物线上的动点.
【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. 过点 $P$ 且与 $y$ 轴平行的直线 $l$ 与直线 $AB$,$AC$ 分别交于点 $E$,$F$,当四边形 $AECP$ 的面积最大时,求点 $P$ 的坐标;
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      函数与面积
    答案
    点 $P\left(-\dfrac 9 2 ,-\dfrac 5 4 \right)$
    解析
    因为 $ AC\parallel x $ 轴,$ A\left(0,1\right) $.
    所以 $ \dfrac 1 3 x^2+2x+1=1 $,
    所以 $ x_1=6 $,$ x_2=0 $,
    所以点 $ C $ 的坐标 $ \left(-6,1\right) $.
    因为点 $ A\left(0,1\right) $,$ B\left(-9,10\right) $,
    所以直线 $ AB $ 的解析式为 $ y=-x+1 $.
    设点 $ P\left(m, \dfrac 1 3 m^2+2m+1\right) $
    所以 $ E\left(m,-m+1\right) $,
    所以 $ PE=-m+1-\left( \dfrac 1 3 m^2+2m+1\right)=-\dfrac 1 3 m^2-3m $.
    因为 $ AC\perp EP $,$ AC=6 $,
    所以
    $\begin{split}S_{四边形AECP}=&S_{\triangle AEC}+S_{\triangle APC}\\=& \dfrac 1 2 AC\times EF+ \dfrac 1 2 AC\times PF\\=& \dfrac 1 2 AC\times \left(EF+PF\right)\\=&\dfrac 1 2 AC\times PE\\=& \dfrac 1 2 \times 6\times \left(-\dfrac 1 3 m^2-3m\right)\\=&-m^2-9m\\=&-\left(m+\dfrac 9 2 \right)^2+\dfrac {81} 4,\end{split}$
    因为 $-6<m<0$,
    所以当 $m=-\dfrac 9 2 $ 时,四边形 $AECP$ 的面积的最大值是 $ \dfrac {81} 4 $,
    此时点 $P\left(-\dfrac 9 2 ,-\dfrac 5 4 \right)$.
  2. 当点 $P$ 为抛物线的顶点时,在直线 $AC$ 上是否存在点 $Q$,使得以 $C$,$P$,$Q$ 为顶点的三角形与 $\triangle ABC$ 相似,若存在,求出点 $Q$ 的坐标,若不存在,请说明理由.
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      相似三角形的存在性
    答案
    $ Q\left(3,1\right) $
    解析
    因为 $y= \dfrac 1 3 x^2+2x+1= \dfrac 1 3 \left(x+3\right)^2-2$,
    所以 $P\left(-3,-2\right)$,
    所以 $PF=y_F-y_P=3$,$CF=x_F-x_C=3$,
    所以 $PF=CF$,
    所以 $\angle PCF=45^\circ $.
    同理可得:$\angle EAF=45^\circ $,
    所以 $\angle PCF=\angle EAF$,
    所以在直线 $AC$ 上存在满足条件的 $Q$.
    设 $Q\left(t,1\right)$ 且 $AB=9\sqrt{2}$,$AC=6$,$CP=3\sqrt{2}$.
    因为以 $C$,$P$,$Q$ 为顶点的三角形与 $\triangle ABC$ 相似,
    ① 当 $\triangle CPQ\backsim \triangle ABC$ 时,
    所以 $ \dfrac {CQ} {AC} =\dfrac {CP} {AB} $,
    所以 $\dfrac {t+6} {6} =\dfrac {3\sqrt{2}} {9\sqrt{2}} $,
    所以 $t=-4$,
    所以 $Q\left(-4,1\right)$.
    ② 当 $\triangle CQP\backsim \triangle ABC$ 时,
    所以 $\dfrac {CQ} {AB} =\dfrac {CP} {AC} $,
    所以 $\dfrac {t+6} {9\sqrt{2}} =\dfrac {3\sqrt{2}} 6 $,
    所以 $t=3$,
    所以 $ Q\left(3,1\right) $.
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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