Question

如圖，拋物線m：y=-（x+h）²+k與x軸的交點(diǎn)為A、B，與y軸的交點(diǎn)為C，頂點(diǎn)為M（3，），將拋物線m繞點(diǎn)B旋轉(zhuǎn)180°，得到新的拋物線n，它的頂點(diǎn)為D；
（1）求拋物線n的解析式；
（2）設(shè)拋物線n與x軸的另一個交點(diǎn)為E，點(diǎn)P是線段ED上一個動點(diǎn)（P不與E、D重合），過點(diǎn)P作y軸的垂線，垂足為F，連接EF．如果P點(diǎn)的坐標(biāo)為（x，y），△PEF的面積為S，求S與x的函數(shù)關(guān)系式，寫出自變量x的取值范圍，并求出S的最大值；
（3）設(shè)拋物線m的對稱軸與x軸的交點(diǎn)為G，以G為圓心，A、B兩點(diǎn)間的距離為直徑作⊙G，試判斷直線CM與⊙G的位置關(guān)系，并說明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）本問涉及拋物線的旋轉(zhuǎn)變換，首先求出B點(diǎn)坐標(biāo)，再由點(diǎn)D、M關(guān)于點(diǎn)B成中心對稱，求出D點(diǎn)的坐標(biāo)，從而得到拋物線n的解析式；注意由于開口方向相反，兩個拋物線的a值也相反；
（2）本問可依次確定S的關(guān)系式、自變量x的取值范圍，最后求出最大值．注意：①欲求S的關(guān)系式，首先需要用待定系數(shù)法求出直線DE的解析式；②求得關(guān)系式S=-（x-9）²+后確定最大值時，不能簡單套用“當(dāng)x=9時，最大值為…”，這樣就錯了，因?yàn)閤=9不在自變量的取值范圍內(nèi)；
（3）本問結(jié)論：直線CM與⊙G相切．結(jié)合題意，欲證明直線CM與⊙G相切，需要完成兩個步驟：①證明點(diǎn)C在⊙G上，②證明CM垂直于半徑GC．
解答：解：（1）依題意，拋物線m的解析式為：y=-（x-3）²+=-（x-8）（x+2），
∴A（-2，0），B（8，0）．
由旋轉(zhuǎn)性質(zhì)可知，點(diǎn)D與點(diǎn)M（3，）關(guān)于點(diǎn)B（8，0）成中心對稱，
∴D（13，-），
∴拋物線n的解析式為：y=（x-13）²-．

（2）∵拋物線n：y=（x-13）²-=（x-8）（x-18），∴E點(diǎn)坐標(biāo)為（18，0）．
設(shè)直線DE的解析式為y=kx+b，則有：
，解得k=，b=-，
∴直線DE的解析式為：y=x-．
如題圖所示，S=PF•OF=x•（-y）=-x•（x-）=-（x-9）²+；
∵點(diǎn)P是線段ED上一個動點(diǎn)（P不與E、D重合），∴13＜x＜18；
∴S=-（x-9）²+（13＜x＜18），
可見該拋物線開口向下，對稱軸為x=9，函數(shù)圖象位于對稱軸右側(cè)，y隨著x的增大而減小，故S在13＜x＜18范圍內(nèi)沒有最大值．
所以S與x的函數(shù)關(guān)系式為S=-（x-9）²+，自變量取值范圍是13＜x＜18，S沒有最大值．

（3）結(jié)論：直線CM與⊙G相切．理由如下：
∵拋物線m的解析式為：y=-（x-3）²+，令x=0，解得y=4，∴C（0，4）．
在Rt△COG中，由勾股定理得：CG===5，
又∵⊙G半徑為5，∴點(diǎn)C在⊙G上．
如右圖所示，依題意作出⊙G，連接CG、CM、MG，過點(diǎn)C作CH⊥MG于點(diǎn)H，則CH=3，HG=4，MH=-4=，
∵，CH⊥MG，
∴△CHG∽△MHC，∴∠MCH=∠CGH；
又∠HCG+∠CGH=90°，∴∠HCG+∠MCH=90°，即GC⊥MC．
（注：此處亦可用勾股定理的逆定理證明△MCG為直角三角形）
綜上所述，點(diǎn)C在⊙G上，且滿足GC⊥MC，
∴直線CM與與⊙G相切．
點(diǎn)評：本題綜合考查了二次函數(shù)的圖象與性質(zhì)、圖形變換、極值、相似三角形的判定與性質(zhì)、勾股定理以及圓與直線的位置關(guān)系等知識點(diǎn)，有一定的難度．第（2）問中，考查二次函數(shù)在指定區(qū)間上的極值，這是本題的一個易錯點(diǎn)，需要引起注意．