已知抛物线 $y=x^2-2mx+m^2+m-1$($m$ 是常数)的顶点为 $P$,直线 $l:y=x-1$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
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    代几综合
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    函数与角
  • 题型
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    代几综合
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    等腰三角形的存在性
  1. 当 $m=-3$ 时,抛物线与 $x$ 轴交于 $A,B$ 两点,与 $y$ 轴交于点 $C$,与直线 $l$ 的另一个交点为 $Q$,$M$ 是 $x$ 轴下方抛物线上的一点,$\angle ACM=\angle PAQ$(如图),求点 $M$ 的坐标;
    标注
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      代几综合
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      函数与角
    答案
    点 $M$ 的坐标为 $\left(-4,-3\right)$
    解析
    当 $m=-3$ 时,抛物线解析式为
    $y=x^2+6x+5=(x+3)^2-4=(x+1)(x+5)$,
    所以点 $A\left(-5,0\right)$,点 $B(-1,0)$,点 $C\left(0,5\right)$,点 $P\left(-3,-4\right)$.
    联立方程组 $\begin{cases}y=x-1,\\ y=x^2+6x+5,\end{cases}$
    解得 $\begin{cases}x_1=-3,\\ y_1=-4,\end{cases}\begin{cases}x_2=-2,\\ y_2=-3.\end{cases}$
    所以点 $Q$ 的坐标为 $\left(-2,-3\right)$.
    作 $ME\perp y$ 轴,$PF\perp x$ 轴,$QG\perp x$ 轴,垂足分别为点 $E,F,G$.易得 $\angle CAO=\angle ACO=\angle OAQ=45^\circ$.
    因为 $\angle APF=90^\circ-\left(\angle PAQ+45^\circ\right)=45^\circ-\angle PAQ$,
    $\angle MCE=45^\circ-\angle ACM$,
    而 $\angle ACM=\angle PAQ$,所以 $\angle APF=\angle MCE$.
    所以 $\mathrm {Rt}\triangle CME\backsim \mathrm {Rt}\triangle PAF$.
    从而 $\dfrac{CE}{PF}=\dfrac{ME}{AF}$.
    设点 $M$ 的坐标为 $\left(x,x^2+6x+5\right)$,
    则 $ME=-x$,$CE=-x^2-6x$,$PF=4$,$AF=2$.
    所以 $\dfrac{-x^2-6x}{4}=\dfrac{-x}2$,
    解得 $x_1=-4$,$x_2=0$(舍去).
    故点 $M$ 的坐标为 $\left(-4,-3\right)$.
  2. 若以抛物线和直线 $l$ 的两个交点及坐标原点为顶点的三角形是等腰三角形,请直接写出所有符合条件的 $m$ 的值.
    标注
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      代几综合
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      等腰三角形的存在性
    答案
    $m$ 的值为 $0,\dfrac{1+\sqrt 3}2,\dfrac{1-\sqrt 3}2,\dfrac{-1+\sqrt 3}2$ 或 $\dfrac{-1-\sqrt 3}2$
    解析
    联立方程组 $\begin{cases}y=x-1,\\y=x^2-2mx+m^2+m-1,\end{cases}$
    解得 $\begin{cases}x_1=m,\\y_1=m-1\end{cases},\begin{cases}x_2=m+1,\\y_2=m.\end{cases}$
    所以点 $P$ 的坐标为 $\left(m,m-1\right)$,点 $Q$ 的坐标为 $\left(m+1,m\right)$.
    $\therefore PQ^2=2$,$OP^2=2m^2-2m+1$,$OQ^2=2m^2+2m+1$.
    分别令 $OP=OQ$,$OP=PQ$,$PQ=OQ$,
    解得 $ m=0,\dfrac{1+\sqrt 3}2,\dfrac{1-\sqrt 3}2,\dfrac{-1+\sqrt 3}2$ 或 $\dfrac{-1-\sqrt 3}2$.
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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