如图 1,在平面直角坐标系 $xOy$ 中,抛物线 $y=-\dfrac{1}{4}x^{2}+1$ 经过点 $A\left(4,-3\right)$,顶点为点 $B$.点 $P$ 为抛物线上的一个动点,$l$ 是过点 $\left(0,2\right)$ 且垂直于 $y$ 轴的直线,过 $P$ 作 $PH\perp l$,垂足为 $H$,连接 $PO$.如图 2,设点 $C\left(1,-2\right)$,问是否存在点 $P$,使得以 $P$,$O$,$H$ 为顶点的三角形与 $\triangle ABC$ 相似?若存在,求出 $P$ 点的坐标;若不存在,说明理由.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
    >
    代几综合
    >
    相似三角形的存在性
【答案】
存在,$\left(1,\dfrac{3}{4}\right)$ 或 $\left(-1,\dfrac{3}{4}\right)$
【解析】
解法一如图 3,设 $P\left(t,-\dfrac{1}{4}t^{2}+1\right)$,则 $H\left(t,2\right)$,
所以 $OH=\sqrt{t^{2}+2^{2}}=\sqrt{t^{2}+4}$,
由($2$)得,$PO=PH=\dfrac{1}{4}t^{2}+1$,$\triangle OPH$ 为等腰三角形,
作 $CE\perp y$ 轴于点 $E$,
因为 $C\left(1,-2\right)$,$B\left(0,1\right)$,则 $E\left(0,-2\right)$,
所以 $EC=1$,$BE=3$,$BC=\sqrt{1^{2}+3^{2}}=\sqrt{10}$.
因为 $A\left(4,-3\right)$,所以 $AC=\sqrt{10}$,$AB=4\sqrt{2}$,
所以 $AC=BC$,$\triangle ACB$ 为等腰三角形.
因为 $\triangle OPH\sim \triangle ACB$,
所以 $\dfrac{OP}{AC}=\dfrac{OH}{AB}$,
即 $\dfrac{\dfrac{1}{4}t^{2}+1}{\sqrt{10}}=\dfrac{\sqrt{t^{2}+4}}{4\sqrt{2}}$,
得 $4\sqrt{2}\times \left(\dfrac{1}{4}t^{2}+1\right)=\sqrt{10}\times \sqrt{t^{2}+4}$,即 $\left(t^{2}+4\right)^{2}=5\left(t^{2}+4\right)$,
解得 $t_{1}=1$,$t_{2}=-1$.
所以 $P\left(1,\dfrac{3}{4}\right)$ 或 $\left(-1,\dfrac{3}{4}\right)$.
解法二如图 4,设 $P\left(t,-\dfrac{1}{4}t^{2}+1\right)$,直线 $l$ 与 $x$ 轴交于点 $F$,
则 $F\left(0,2\right)$,$HF=|t|$,$OF=2$.
作 $CE\perp y$ 轴于点 $E$,$CE\perp AB$ 于点 $G$,
可求 $EC=1$,$BE=3$,$BC=AC=\sqrt{10}$,$AB=4\sqrt{2}$,$BG=\dfrac{1}{2}AB=2\sqrt{2}$,$CG=\sqrt{2}$.
可证明 $\mathrm {Rt}\triangle CGB\sim \mathrm {Rt}\triangle HFO$,
得 $\dfrac{BG}{CG}=\dfrac{OF}{FH}$,即 $\dfrac{2\sqrt{2}}{\sqrt{2}}=\dfrac{2}{|t|}$,得 $t_{1}=1$,$t_{2}=-1$.
所以 $P\left(1,\dfrac{3}{4}\right)$ 或 $\left(-1,\dfrac{3}{4}\right)$.
答案 解析 备注
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