专题06 二次函数与圆的综合问题-突破中考数学压轴之学霸秘笈大揭秘(教师版)
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1、 1 【典例分析】 例 1 如图,已知抛物线 y=ax2+bx+c(a0,c0)交 x 轴于点 A,B,交 y 轴于点 C,设过点 A,B,C 三点的圆与 y 轴的另一个交点为 D (1)如图 1,已知点 A,B,C 的坐标分别为(-2,0) , (8,0) , (0,-4) ; 求此抛物线的函数解析式; 若点 M 为抛物线上的一动点,且位于第四象限,求BDM 面积的最大值; (2)如图 2,若 a=1,c=-4,求证:无论 b 取何值,点 D 的坐标均不改变 思路点拨 (2)连接 AD、BC,如图 2若 a=1,c=-4,则抛物线的解析式为 y=x2+bx-4,可得 C(0,-4) ,OC=
2、4设 点 A(x1,0) ,B(x2,0) ,则 OA=-x1,OB=x2,且 x1、x2是方程 x 2+bx-4=0 的两根,根据根与系数的关系 可得 OAOB=4由 A、D、B、C 四点共圆可得ADC=ABC,DAB=DCB,从而可得ADO CBO,根据相似三角形的性质可得 OCOD=OAOB=4,从而可得 OD=1,即可得到 D(0,1) ,因而无论 b 取何值,点 D 的坐标均不改变 2 满分解答 (1)抛物线 y=ax2+bx+c 过点 A(-2,0) ,B(8,0) ,C(0,-4) , 420 6480 4 abc abc c ,解得 1 4 3 2 4 a b c 抛物线的解析
3、式为 y= 1 4 x2- 3 2 x-4; 过点 M 作 MEy 轴,交 BD 于点 E,连接 BC,如图 1 D(0,4) 设直线 BD 的解析式为 y=mx+n B(8,0) ,D(0,4) , 3 80 4 mn n , 解得 1 2 4 m n , (2)连接 AD、BC,如图 2 若 a=1,c=-4,则抛物线的解析式为 y=x2+bx-4, 则 C(0,-4) ,OC=4 设点 A(x1,0) ,B(x2,0) , 则 OA=-x1,OB=x2,且 x1、x2是方程 x2+bx-4=0 的两根, OAOB=-x1x2=-(-4)=4 4 考点:圆的综合题 例 2 已知抛物线经过
4、A(3,0), B(4,1)两点,且与 y 轴交于点 C (1)求抛物线的函数关系式及点 C 的坐标; (2)如图(1),连接 AB,在题(1)中的抛物线上是否存在点 P,使PAB 是以 AB 为直角边的直角三角 形?若存在,求出点 P 的坐标;若不存在,请说明理由; (3)如图(2),连接 AC,E 为线段 AC 上任意一点(不与 A、C 重合)经过 A、E、O 三点的圆交直线 AB 于点 F,当OEF 的面积取得最小值时,求点 E 的坐标 思路点拨 (1)用待定系数法求解; (2) 假设存在,分两种情况讨论 (3)根据面积公式,列出二次函数,求函数的最值. 满分解答 5 (1)将 A(3,
5、0),B(4,1)代人 得 C(0,3) 当ABP=90O时,过 B 作 BPAC,BP 交抛物线于点 P. A(3,0),C(0,3) 直线 AC 的函数关系式为 将直线 AC 向上平移 2 个单位与直线 BP 重合. 则直线 BP 的函数关系式为 由,得 又 B(4,1), P2(-1,6). 综上所述,存在两点 P1(0,3), P2(-1,6). 6 (3)OAE=OAF=45O,而OEF=OAF=45O, OFE=OAE=45O, OEF=OFE=45O, OE=OF,EOF=90O 点 E 在线段 AC 上, 设 E = = = = 当时,取最小值, 7 此时, 例 3 如图,在平
6、面直角坐标系中,圆 D 与 y轴相切于点 C(0,4),与 x轴相交于 A、B两点,且 AB6. (1)求 D 点的坐标和圆 D的半径; (2)求 sin ACB的值和经过 C、A、B三点的抛物线对应的函数表达式; (3)设抛物线的顶点为 F,证明直线 AF与圆 D相切 思路点拨 (1)连接 CD,过点 D作 DEAB,垂足为 E,连接 AD依据垂径定理可知 AE=3,然后依据切线的性质 可知 CDy 轴,然后可证明四边形 OCDE为矩形,则 DE=4,然后依据勾股定理可求得 AD 的长,故此可求 得D的半径和点 D的坐标; (2)先求得 A(2,0) 、B(8,0) 设抛物线的解析式为 y=
7、a(x2) (x8) ,将点 C的坐标代入可求得 a 的值根据三角形面积公式得:SABC= BC ACsinACB= AB CO,代入计算即可; (3)求得抛物线的顶点 F的坐标,然后求得 DF和 AF 的长,依据勾股定理的逆定理可证明DAF为直角三 角形,则DAF=90 ,故此 AF是D的切线 满分解答 (2)如图 1所示: D(5,4) ,E(5,0) ,A(2,0) 、B(8,0) 8 设抛物线的解析式为 y=a(x2) (x8) ,将点 C的坐标代入得:16a=4,解得:a,抛物线的解析式 为 yx2x+4 SABC= BC ACsinACB= AB CO,sinACB= = 例 4
8、如图,已知二次函数 2 2 yxm4m(m0)的图象与 x 轴交于 A、B 两点 (1)写出 A、B 两点的坐标(坐标用 m 表示) ; (2)若二次函数图象的顶点 P 在以 AB 为直径的圆上,求二次函数的解析式; (3)设以 AB 为直径的M 与 y 轴交于 C、D 两点,求 CD 的长 思路点拨 (1)解关于 x 的一元二次方程 2 2 xm4m0,求出 x 的值,即可得到 A、B 两点的坐标。 (2)由二次函数图象的顶点 P 在以 AB 为直径的圆上,A、B 是抛物线与 x 轴的交点,根据抛物线的对称 9 性及圆的半径处处相等可知 PM 是 AB 的垂直平分线,且 MP=MA=MB=
9、1 2 AB,得出点 P 的坐标为(m, 2m) ,又根据二次函数的顶点式为 2 2 yxm4m(m0) ,得出顶点 P 的坐标为: (m,4m2) ,则 2m=4m2,解方程求出 m 的值,再把 m 的值代入 2 2 yxm4m,即可求出二次函数的解析式。 (3)连接 CM根据(2)中的结论,先在 RtOCM 中,求出 CM,OM 的长度,利用勾股定理列式求出 OC 的长,再根据垂径定理得出弦 CD 的长等于 OC 的 2 倍。 满分解答 (1) 2 2 yxm4m,当 y=0 时, 2 2 xm4m0。 解得 x1=m,x2=3m。 m0,A、B 两点的坐标分别是(m,0) , (3m,0
10、) 。 (3)如图,连接 CM, 在 RtOCM 中, COM=90 ,CM=2m=21 2 =1,OM=m= 1 2 , 10 2 222 13 OCCMOM1 22 。 CD=2OC=3。 例 5 已知圆 P 的圆心在反比例函数 图象上,并与 x 轴相交于 A、B 两点 且始终与 y 轴相切于 定点 C(0,1) (1)求经过 A、B、C 三点的二次函数图象的解析式; (2)若二次函数图象的顶点为 D,问当 k 为何值时,四边形 ADBP 为菱形 思路点拨 (1)连接 PC,过 P 点作 PHx 轴,垂足为 H,根据圆的切线性质,可知 PC 轴,由勾股定理及垂径定 理,C (0,1)可得到
11、 A,B即可 (2)根据菱形的对角线互相平分,则有,得到关于 的方程即可 满分解答 (1)连结 PC、PA、PB,过 P 点作 PHx 轴,垂足为 H 1 分 P 与 轴相切于点 C (0,1), 11 PC 轴 P 点在反比例函数的图象上, P 点坐标为(k,1) 2 分 PA=PC=k 在 RtAPH 中,AH=, OA=OHAH=k A(k,0) 3 分 由P 交 x 轴于 A、B 两点,且 PHAB,由垂径定理可知,PH 垂直平分 AB (2)由(1)知抛物线顶点 D 坐标为(k, 1) DH=1 若四边形 ADBP 为菱形则必有 PH=DH10 分 PH=1,1=1 又k1,k=11
12、 分 12 当 k 取时,PD 与 AB 互相垂直平分,则四边形 ADBP 为菱形 12 分 例 6 如图,二次函数 y=x2+px+q(p0)的图象与 x 轴交于 A、B 两点,与 y 轴交于点 C(0,-1) ,ABC 的面积为 5 4 。 (1)求该二次函数的关系式; (2)过 y 轴上的一点 M(0,m)作 y 轴的垂线,若该垂线与ABC 的外接圆有公共点,求 m 的取值范围; (3)在该二次函数的图象上是否存在点 D,使四边形 ACBD 为直角梯形?若存在,求出点 D 的坐标;若 不存在,请说明理由。 思路点拨 (1)由ABC 的面积为 5 4 ,可得 AB OC= 5 2 ,又二次
13、函数 y=x2+px+q(p0)的图象与 x 轴交于 A、B 两 点,与 y 轴交于点 C(0,-1)可求得该二次函数的关系式; (2)根据直线与圆的位置的位置关系确定 m 的取值范围 (3)四边形 ABCD 为直角梯形,要分类讨论,即究竟那条边为底可以分别以 AC、BC 为底进行讨论 满分解答 由直角坐标系上两点间的距离公式可得 x2-x1=AB= , , 13 (2)设ABC 的外接圆交 y 轴于另一点 D,如图 由得 x1=2, , 连接 AD, 在ABC 的外接圆中, , ADC=ABC,DAB=DCB, AODCOB, , , DO=1, CO=DO=1, 又ABCD, AB 过AB
14、C 外接圆的圆心,即 AB 为ABC 外接圆的直径, ABC 外接圆的直径为, 14 直线与ABC 的外接圆相切, ; 【变式训练】 1如图,我们把一个半圆与抛物线的一部分围成的封闭图形称为“果圆”已知点 A、B、C、D 分别是“果 圆”与坐标轴的交点,抛物线的解析式为 y=x26x16,AB 为半圆的直径,则这个“果圆”被 y 轴截得的线 段 CD 的长为_ 【答案】20 【解析】 15 【分析】 抛物线的解析式为 y=x2-6x-16, 可以求出 AB=10; 在 RtCOM中可以求出 CO=4; 则: CD=CO+OD=4+16=20 【详解】 OM=5,OM=3,则:CO=4, 则:C
15、D=CO+OD=4+16=20 故答案是:20. 【点睛】 考查的是抛物线与 x 轴的交点,涉及到圆的垂径定理 2如图,抛物线 2 yxx与 x 轴交于 O、A 两点半径为 1 的动圆P,圆心从 O 点出发沿抛物线向靠 近点 A 的方向移动; 半径为 2 的动圆Q,圆心从 A 点出发沿抛物线向靠近点 O 的方向移动两圆同时出 发,且移动速度相等, 当运动到 P、Q 两点重合时同时停止运动设点 P 的横坐标为 t若P 与Q 相离, 则 t 的取值 范围是 16 【答案】 1 0 2 t 【解析】 试题分析: 连接 OP、 PQ、 AQ 抛物线 y=x2x 与 x 轴交于 O, A 两点, O 与
16、 A 关于抛物线的对称轴 1 2 x 对称,又动圆(P)的圆心从 O 点出发沿抛物线向靠近点 A 的方向移动;动圆(Q)的圆心从 A 点 出发沿抛物线向靠近点 O 的方向移动, 两圆同时出发, 且移动速度相等, OP=AQ, P 与 Q 也关于直线 1 2 x 对称,四边形 OPQA 是等腰梯形,作等腰梯形 OPQA 的高 PM、QN,则 OM=AN=t,解方程 2 0 xx , 得 1 0 x , 2 1x ,A(1,0) ,OA=1,ON=OAAN=1t,点 Q 的横坐标是 1t; 若P 与Q 相离,分两种情况:P 与Q 外离,则 PQ2+1,即 PQ3 考点:二次函数综合题 3如图,抛物
17、线过点 A(2,0)、B(6,0)、C(1, 3),平行于 x轴的直线 CD交抛物线于 C、D,以 AB为 直径的圆交直线 CD于点 E、F,则 CE+FD的值是_ 17 【答案】4 4如图,抛物线 y 1 2 x2 5 2 x 与 x 轴交于 O,A 两点. 半径为 1 的动圆(P) ,圆心从 O 点出发沿抛物 线向靠近点 A 的方向移动;半径为 2 的动圆(Q) ,圆心从 A 点出发沿抛物线向靠近点 O 的方向移动. 两 圆同时出发,且移动速度相等,当运动到 P,Q 两点重合时同时停止运动. 设点 P 的横坐标为 t . PQ A y x O (1)点 Q 的横坐标是 (用含 t 的代数式
18、表示) ; 18 (2)若P 与Q 相离,则 t 的取值范围是 . 【答案】 (1)5t; (2)0t1,2t 5 2 . 【解析】 试题分析: (1)如图,抛物线 y 1 2 x2 5 2 x 与 x 轴交于 O,A 两点,两圆刚开始分别在 O,A 点,所以 5 op xx ;设点 P 的横坐标为 t,所以点 Q 的横坐标=5t 考点:二次函数和圆 点评:本题考查二次函数和圆,掌握二次函数的性质和圆相离,会判断两圆相离,圆心距与两圆半径之间 的关系是本题关键 5如图,抛物线的图象与 x 轴交于点 A,B,交 y 轴于点 C,动点 P 从点 A 出发沿射线 AB 运动,运动的速度为每秒 1 个
19、单位长度,运动时间为 t 秒,作BCP 的外接圆M,当圆 心 M 落在该抛物线上时,则 t=_ 秒. 【答案】6 【解析】PBC 的外接圆的圆心在线段 BC 的垂直平分线 y=-x 上,求出直线 y=-x 与抛物线的交点,即可推 出点 M 坐标,由此即可解决问题. 解:PBC 的外接圆的圆心在线段 BC 的垂直平分线 y=-x 上 由 2 11 6 42 yx yxx ,解得 4 4 x y 或 6 6 x y (舍去) , 19 点 M 坐标为(4,-4) , 如图中,作 MNAB 于 N, 6如图,圆 B 切 y 轴于原点 O,过定点 A(-,0)作圆 B 的切线交圆于点 P,已知 tan
20、PAB=,抛物线 C 经 过 A、P 两点。 (1)求圆 B 的半径. (2)若抛物线 C 经过点 B,求其解析式. (3)设抛物线 C 交 y 轴于点 M,若三角形 APM 为直角三角形,求点 M 的坐标. 【答案】 (1); (2)见解析; (3) 点坐标为,. 【解析】 【分析】 (1)因为是的切线,所以连接可构造出直角三角形,利用直角三角形的性质及特殊角的三角函数 值即可求出圆 的半径; 20 (2)根据的半径可求出 点坐标,利用勾股定理或切割线定理可求出的距离,根据、的长可求 出 点坐标,再利用待定系数法即可求出二次函数的解析式; (3)求出 点坐标和 点坐标,设出 点坐标为,根据勾
21、股定理及其逆定理解答. 【详解】 (2)如 在第一象限,与 轴的夹角, 则: 点坐标, 即, 、 关于 轴对称,所以抛物线顶点必在 轴上, 设为, 抛物线解析式:, 将,代入, 得:, 抛物线解析式:, 若 点在四象限,则: 点坐标, 则抛物线解析式:; 来源: 21 【点睛】 此题将圆、抛物线、直线结合起来,考查了对知识的综合运用能力.特别是解(3)时,要应用勾股定理进行 分类讨论. 7如图,将圆 C 放置在直角坐标系中,圆 C 经过原点 O 以及点 A(2,0) ,点 B(0,2 3) 。 x y C B AO (1)求圆心的坐标以及圆 C 的半径; (4 分) (2)设弧 OB 的中点为
22、 D,请求出同时经过 O,A,D 三个点的抛物线解析式。 并判断该抛物线的顶点是否在圆 C 上,说明理由。 (6分) (3)若(2)中的抛物线上存在点 P(m,n) ,满足APB 为钝角,直接写出 m 的取值范围。 (2 分) 22 【答案】 (1)点 C 的坐标是(1, 3) ; (2)顶点不在圆 C 上; (3)-1m0 或 2x3. 【解析】 (2)如下图所示, 连接 OD 交 OB 于点 M CDOB 于点 M CM= 2 1 OA=1 MD=1 点 D 的坐标为(-1,3) 23 抛物线的顶点坐标是(1, 3 3 ) 该点到圆心 C 的距离是2 3 34 3 3 3 所以顶点不在圆
23、C 上; (3)AB 是圆的直径, 当抛物线上的点在圆内部时,APB 是钝角, m 的取值范围是-1m0 或 2x3. 考点:二次函数解析式的求法、圆的基本性质 点评:本题主要考查了二次函数解析式的求法与圆的基本性质.求二次函数的解析式的常用方法是待定系数 法. 24 8 如图, 已知抛物线 2 yaxbxc(a0) 的图象的顶点坐标是 (2, 1) , 并且经过点 (4, 2) , 直线1 2 1 xy 与抛物线交于 B,D 两点,以 BD 为直径作圆,圆心为点 C,圆 C 与直线 m 交于对称轴右侧的点 M(t,1) , 直线 m 上每一点的纵坐标都等于 1 (1)求抛物线的解析式; (2
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