
以下是一道八年级上册的数学压轴题及其详细解答:
题目:
在平面直角坐标系中,抛物线$y = ax^2 + bx + c$($a \neq 0$)与$x$轴交于点$A(-1,0)$,$B(3,0)$,与$y$轴交于点$C$,其对称轴与$x$轴交于点$D$。
(1)求抛物线的对称轴;
(2)若点$C$的坐标为$(0,3)$,求抛物线的解析式;
(3)在(2)的条件下,点$P$是抛物线上的一个动点,且位于第一象限内,当点$P$到直线$BC$的距离最大时,求点$P$的坐标。
答案:
(1)
由于抛物线$y = ax^2 + bx + c$与$x$轴交于点$A(-1,0)$,$B(3,0)$,根据抛物线的对称性,其对称轴为两点横坐标和的一半,即:
$x = \frac{-1 + 3}{2} = 1$
所以,抛物线的对称轴为直线$x = 1$。
(2)
已知抛物线的对称轴为直线$x = 1$,且经过点$A(-1,0)$,$B(3,0)$,可以设抛物线的解析式为:
$y = a(x - 1)^2 - 4a$
(因为当$x = 1$时,$y$取到最小值,且最小值为$-4a$,由于$A$、$B$两点在$x$轴上,所以最小值的绝对值为$AB$的长度的一半的平方的相反数,即$4a$,但注意这里$a$的符号未定,所以写为$-4a$)
又因为抛物线经过点$C(0,3)$,代入得:
$3 = a(0 - 1)^2 - 4a$
$3 = a - 4a$
$3 = -3a$
解得:$a = -1$。
所以,抛物线的解析式为:
$y = -(x - 1)^2 + 4$
即:$y = -x^2 + 2x + 3$。
(3)
设直线$BC$的解析式为$y = kx + b$,代入点$B(3,0)$,$C(0,3)$得:
$\begin{cases} 3k + b = 0 \ b = 3 \end{cases}$
解得:
$\begin{cases} k = -1 \ b = 3 \end{cases}$
所以,直线$BC$的解析式为$y = -x + 3$。
设点$P$的坐标为$(m, -m^2 + 2m + 3)$,过点$P$作$PH \perp BC$于点$H$,则$PH$的长度即为点$P$到直线$BC$的距离。
由于$PH \perp BC$,所以直线$PH$的斜率为直线$BC$斜率的负倒数,即斜率为1。
设直线$PH$的解析式为$y = x + t$,代入点$P$的坐标得:
$-m^2 + 2m + 3 = m + t$
解得:
$t = -m^2 + m + 3$
所以,直线$PH$的解析式为$y = x - m^2 + m + 3$。
联立直线$PH$和直线$BC$的解析式得:
$\begin{cases} y = x - m^2 + m + 3 \ y = -x + 3 \end{cases}$
解得:
$\begin{cases} x = \frac{m^2 - m}{2} \ y = \frac{-m^2 + m + 6}{2} \end{cases}$
所以,点$H$的坐标为$(\frac{m^2 - m}{2}, \frac{-m^2 + m + 6}{2})$。
利用两点间距离公式计算$PH$的长度:
$PH = \sqrt{(\frac{m^2 - m}{2} - m)^2 + (\frac{-m^2 + m + 6}{2} + m^2 - 2m - 3)^2}$
$= \sqrt{\frac{(m^2 - 3m)^2}{4} + \frac{(m^2 - 3m)^2}{4}}$
$= \sqrt{\frac{(m^2 - 3m)^2}{2}}$
$= \frac{|m^2 - 3m|}{\sqrt{2}}$
由于点$P$在第一象限内,所以$m > 0$,且当$m = \frac{3}{2}$时,$PH$取得最大值,即点$P$到直线$BC$的距离最大。
此时,点$P$的坐标为$(\frac{3}{2}, \frac{15}{4})$。
