如图,抛物线 $y=ax^{2}+bx+c$ 经过 $\triangle ABC$ 的三个顶点,与 $y$ 轴相交于 $\left(0, \dfrac{9}{4 }\right)$,点 $A$ 坐标为 $\left(-1,2\right)$,点 $B$ 是点 $A$ 关于 $y$ 轴的对称点,点 $C$ 在 $x$ 轴的正半轴上.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    特殊平行四边形的存在性
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    等腰三角形的存在性
  1. 点 $F$ 为线段 $AC$ 上一动点,过 $F$ 作 $FE\perp x$ 轴,$FG\perp y$ 轴,垂足分别为 $E$,$G$,当四边形 $OEFG$ 为正方形时,求出 $F$ 点的坐标.
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      特殊平行四边形的存在性
    答案
    点 $F$ 的坐标为 $\left(1,1\right)$
    解析
    因为点 $B$ 是点 $A$ 关于 $y$ 轴的对称点,
    所以抛物线的对称轴为 $y$ 轴,
    所以抛物线的顶点为 $\left(0,\dfrac{9}{ 4}\right)$,
    故抛物线的解析式可设为 $y=ax^{2}+\dfrac{9}{4 }$.
    因为点 $A\left(-1,2\right)$ 在抛物线 $y=ax^{2}+\dfrac{9}{ 4}$ 上,
    所以 $a+\dfrac{9}{ 4}=2$,解得 $a=-\dfrac{1}{4 }$,
    所以抛物线的函数关系表达式为 $y=-\dfrac{1}{4 }x^{2}+\dfrac{9}{ 4}$.
    ① 当点 $F$ 在第一象限时,如图.令 $y=0$ 得,$-\dfrac{1}{ 4}x^{2}+\dfrac{9}{ 4}=0$,
    解得 $x_{1}=3$,$x_{2}=-3$,
    所以点 $C$ 的坐标为 $\left(3,0\right)$.
    设直线 $AC$ 的解析式为 $y=mx+n$,
    则有 $\begin{cases}-m+n=2,\\3m+n=0,\end{cases}$ 解得 $\begin{cases}m=-\dfrac{1}{ 2},\\n=\dfrac{3}{ 2}.\end{cases}$
    所以直线 $AC$ 的解析式为 $y=-\dfrac{1}{ 2}x+\dfrac{3}{ 2}$.
    设正方形 $OEFG$ 的边长为 $p$,则点 $F\left(p,p\right)$.
    因为点 $F\left(p,p\right)$ 在直线 $y=-\dfrac{1}{ 2}x+\dfrac{3}{2}$ 上,
    所以 $-\dfrac{1}{ 2}p+\dfrac{3}{ 2}=p$,解得 $p=1$,
    所以点 $F$ 的坐标为 $\left(1,1\right)$.
    ② 当点 $F$ 在第二象限时,同理可得点 $F$ 的坐标为 $\left(-3,3\right)$,
    此时点 $F$ 不在线段 $AC$ 上,故舍去.
    综上所述,点 $F$ 的坐标为 $\left(1,1\right)$.
  2. 将第1问中的正方形 $OEFG$ 沿 $OC$ 向右平移,记平移中的正方形 $OEFG$ 为正方形 $DEFG$,当点 $E$ 和点 $C$ 重合时停止运动,设平移的距离为 $t$,正方形的边 $EF$ 与 $AC$ 交于点 $M$,$DG$ 所在的直线与 $AC$ 交于点 $N$,连接 $DM$,是否存在这样的 $t$,使 $\triangle DMN$ 是等腰三角形?若存在,求 $t$ 的值;若不存在请说明理由.
    标注
    • 题型
      >
      代几综合
      >
      等腰三角形的存在性
    答案
    存在,$t$ 的值为 $\dfrac{1}{2}$,$3-\sqrt{5}$ 或 $1$
    解析
    过点 $M$ 作 $MH\perp DN$ 于 $H$,如图.则 $OD=t$,$OE=t+1$.
    因为点 $E$ 和点 $C$ 重合时停止运动,
    所以 $0\leqslant t\leqslant 2$.
    当 $x=t$ 时,$y=-\dfrac{1}{2}t+\dfrac{3}{2}$,
    则点 $N\left(t,-\dfrac{1}{2}t+\dfrac{3}{2}\right)$,$DN=-\dfrac{1}{2}t+\dfrac{3}{2}$.
    当 $x=t+1$ 时,$y=-\dfrac{1}{ 2}\left(t+1\right)+\dfrac{3}{2}=-\dfrac{1}{2}t+1$,
    则点 $M\left(t+1,-\dfrac{1}{ 2}t+1\right)$,$ME=-\dfrac{1}{2 }t+1$.
    在 $\mathrm {Rt}\triangle DEM$ 中,$DM^{2}=1^{2}+\left(-\dfrac{1}{2}t+1\right)^{2}=\dfrac{1}{ 4}t^{2}-t+2$.
    在 $\mathrm {Rt}\triangle NHM$ 中,$MH=1$,$NH=\left(-\dfrac{1}{2}t+\dfrac{3}{2}\right)-\left(-\dfrac{1}{2}t+1\right)=\dfrac{1}{2}$.
    所以 $MN^{2}=1^{2}+\left(\dfrac{1}{ 2}\right)^{2}=\dfrac{5}{ 4}$.
    ① 当 $DN=DM$ 时,有 $\left(-\dfrac{1}{ 2}t+\dfrac{3}{ 2}\right)^{2}=\dfrac{1}{ 2}t^{2}-t+2$,
    解得 $t=\dfrac{1}{2}$;
    ② 当 $ND=NM$ 时,有 $-\dfrac{1}{ 2}t+\dfrac{3}{ 2}=\sqrt{\dfrac{5}{ 4}}=\dfrac{\sqrt{5}}{ 2}$,
    解得 $t=3-\sqrt{5}$;
    ③ 当 $MN=MD$ 时,有 $\dfrac{5}{ 4}=\dfrac{1}{ 4}t^{2}-t+2$,
    解得 $t_{1}=1$,$t_{2}=3$.
    因为 $0\leqslant t\leqslant 2$,
    所以 $t=1$.
    综上所述,当 $\triangle DMN$ 是等腰三角形时,$t$ 的值为 $\dfrac{1}{2}$,$3-\sqrt{5}$ 或 $1$.
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
0.133609s