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九年级数学下(北师大版)第二章《二次函数》综合习题练习(含解析)

2023-10-12 来源:乌哈旅游


二次函数综合题 类型一 有关图象变换问题

1.已知抛物线y=a(x-1)2+3(a≠0)与y轴交于点A(0,2),顶点为B,且对称轴l1与x轴交于点M.

(1)填空:a的值为______,点B的坐标为______;

(2)有一个动点P从原点O出发,沿x轴正方向以每秒2个单位的速度运动,设运动时间为t秒,求t为何值时PA+PB最小;

(3)将此抛物线向右平移所得新的抛物线与原抛物线交于点C,且新抛物线的对称轴l2与x轴交于点N,过点C作DE∥x轴,分别交l1、l2于点D、E,若四边形MDEN是正方形,求平移后抛物线的解析式.

第1题图

解:(1)-1,(1,3);

【解法提示】把A(0,2)代入抛物线的解析式可得,2=a+3,∴a=-1,∴抛物线的解析式为y=-(x-1)2+3,∴抛物线的顶点B的坐标为(1,3). (2)如解图①,作点A关于x轴的对称点A′,连接BA′交x轴于点P,点P即为所求.

1

第1题解图①

∵A′(0,-2),B(1,3),

易得直线A′B的解析式为y=5x-2, 22

令y=0得,x=5,∴P(5,0), 2∴2t=5,

1

∴t=5时,PA+PB最小;

(3)设抛物线向右平移后的解析式为y=-(x-m)2+3.

2

y=-(x-1)+3m+1由,解得x=2, 2

y=-(x-m)+3

m+1

∴点C的横坐标为2,

∵MN=m-1,四边形MDEN是正方形,

m+1

如解图②,当点C在x轴的上方时,C(2,m-1),

第1题解图②

把点C的坐标代入y=-(x-1)2+3, (m-1)2

得到m-1=-+3,

4解得m=3或m=-5(舍去),

∴平移后抛物线的解析式为y=-(x-3)2+3;

2

m+1

当点C在x轴下方时,C(2,1-m), 把点C的坐标代入y=-(x-1)2+3, (m-1)2

得到1-m=-+3,

4解得m=7或m=-1(舍去),

∴平移后抛物线的解析式为y=-(x-7)2+3. 综上所述,平移后的解析式为y=-(x-3)2+3或 y=- (x-7)2+3.

2.已知抛物线y=x2-2ax+a2(a为常数,a>0),G为该抛物线的顶点. (1)如图①,当a=2时,若抛物线与y轴交于点M,则△GOM的面积为________;

(2)如图②,将抛物线绕顶点G逆时针旋转90°后,所得新图象与y轴交于A、B两点(点A在点B的上方),D为x轴的正半轴上一点,以OD为一对角线作平行四边形OQDE,其中Q点在第一象限,QE交OD于点C,若QO平分∠AQC,AQ=2QC.求证:△AQO≌△EQO;

(3)在(2)的条件下,若QD=OG,试求a的值.

图① 图②

3

第2题图

解:(1)4;

【解法提示】当a=2时,令x=0,则y=a2=4,∴点M(0,4),∵y=x2-2ax1

+a2=(x-a)2,∴当a=2时,顶点G(2,0),∴OM=4,OG=2,S△GOM=2OM·OG1=2×4×2=4.

(2)证明:∵四边形OQDE为平行四边形, 1

∴QC=CE=2QE,

又∵AQ=2QC,∴AQ=EQ,

∵QO平分∠AQC,∴∠AQO=∠EQO,

AQ=EQ

∵在△AQO和△EQO中,∠AQO=∠EQO,

QO=QO

∴△AQO≌△EQO(SAS); (3)∵由题意知G(a,0), ∴OG=a,∴OA=a, ∵QD=OG,∴QD=a,

∵四边形OQDE为平行四边形,∴OE=QD=a, 即A(0,a),

由旋转知,旋转前抛物线点A的坐标为(2a,a), 把(2a,a)代入y=x2-2ax+a2得,4a2-2a·2a+a2=a, 即a2=a,解得a=1或0. ∵a为常数,a>0,

4

∴a=0不合题意,舍去,∴a=1.

323

3.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=-3x2+3x+3与x轴交于A、B两点(点A在点B的左侧),与y轴交于点C,对称轴与x轴交于点D. (1)求直线BC的解析式;

(2)如图②,点P为直线BC上方抛物线上一点,连接PB、PC.当△PBC的1面积最大时,在线段BC上找一点E(不与B、C重合),使PE+2BE的值最小,1

求点P的坐标和PE+2BE的最小值;

323

(3)如图③,点G是线段CB的中点,将抛物线y=-3x2+3x+3沿x轴正方向平移得到新抛物线y′,y′经过点D,y′的顶点为F.在抛物线y′的对称轴上,是否存在一点Q,使得△FGQ为直角三角形?若存在,直接写出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.

图① 图② 图③

第3题图

323

解:(1)当x=0时,y=-3x2+3x+3=3, ∴点C的坐标为(0,3),

3223

当y=0时,有﹣3x+3x+3=0, 解得x1=-1,x2=3, ∴点B的坐标为(3,0).

5

设直线BC的解析式为y=kx+b(k≠0), 将B(3,0)、C(0,3)代入y=kx+b,得:

k=-333k+b=0

,解得:, b=3

b=3

3

∴直线BC的解析式为y=﹣3x+3;

(2)如解图①中,过点P作PM⊥x轴于点M,交直线BC于点F.作EN⊥x轴,

32233

设P(a,-3a+3a+3),则F(a,-3a+3),

第3题解图①

3

∴PF=-3a2+3a ,

1333

∴S△PBC=2×PF×3=-2a2+2a , 3

∴当a=2时,S△PBC最大 , 353∴P(2,4), ∵C(0,3),B(3,0), 3

∴tan∠CBO=3,

∴∠CBO=30°,∵EN⊥x轴,

6

1

∴EN=2BE,

1

∴PE+2BE=PE+EN,

∴根据两点之间线段最短和垂线段最短,则当P,E,N三点共线且垂直于1

x轴时,PE+2BE的值最小.

153

此时PE+2BE=PE+EN=PM=4; 323

(3)存在,点Q坐标为(3,2)或(3,-5), ∵D是对称轴x=1与x轴的交点,G是BC的中点, 33

∴D(1,0),G(2,2),

∴直线DG解析式y=3x﹣3,

323343

∵抛物线y=-3x2+3x+3=-3(x-1)2+3沿x轴正方向平移得到新抛物线y′,y′经过点D,∴原抛物线向右平移了2个单位, 343

∴y′=-3(x-3)2+3, 43

∴F(3,3), ∴对称轴为x=3, ∵△FGQ为直角三角形,

∴∠FGQ=90°或∠FQG=90°,∠GFQ=90°(不合题意,舍去), 当∠FQG=90°,则QG∥x轴, 3∴Q(3,2);

当∠FGQ=90°,设点Q坐标(3,y),

7

433243323232

∵FQ=FG+GQ,∴(3-y)=(3-2)+(3-2)+(3-2)+(2-

2

2

2

y)2. ∴y=-

23

, 5

23

∴Q(3,-5),

323

综上所述,Q的坐标可能为(3,2)或(3,-5).

4.如图,已知二次函数y1=ax2+bx的图象经过(-2,4),(-4,4)两点. (1)求二次函数y1的解析式;

(2)将y1沿x轴翻折,再向右平移2个单位,得到抛物线y2,直线y=m(m>0)交y2于M、N两点,求线段MN的长度(用含m的代数式表示); (3)在(2)的条件下,y1、y2交于A、B两点,如果直线y =

m与y1、y2的图象形成的封闭曲线交于C、D两点(C在左侧),直线y=-m与y1、y2的图象形成的封闭曲线交于E、F两点(E在左侧),求证:四边形CEFD是平行四边形.

第4题图

解:(1)将点(-2,4),(-4,4)代入y1=ax2+bx,得 1a=-4a-2b=42, ,解得16a-4b=4b=-3

8

1

∴y1=-2x2-3x;

19

(2)将y1配方,得y1=-2(x+3)2+2, 9

∴顶点坐标是(-3,2).

99

此顶点沿x轴翻折后为(-3,-2),再向右平移2个单位后的点是(-1,-2). 翻折后抛物线的方向改变,但开口大小不变, 1∴翻折后抛物线解析式的二次项系数是2. 191

∴y2=2(x+1)2-2,即y2=2x2+x-4.

1

令y2=m,得2x2+x-4=m,即x2+2x-2(4+m)=0.

设此方程的两根为x1,x2,则x1+x2=-2,x1x2=-2(4+m). ∵x1,x2是点M,N的横坐标,

∴MN=|x1-x2|=(x1+x2)2-4x1x2=4+8(4+m)=29+2m; (3)设点A的纵坐标为y0. 9

①当y0≤m<2时,如题图.

1

对于直线y=m和函数y1=-2x2-3x,由第(2)问的方法求得CD=29-2m. 1

对于直线y=-m和函数y2=2x2+x-4,由第(2)问的方法可知EF=29-2m.

∴CD=EF.

又CD∥EF,∴四边形CEFD是平行四边形.

9

②当0<m<y0时,如解图,此时直线y=m与y1的右交点为D,与y1的左交点为C,直线y=-m与y2的右交点为F,与y2的左交点为E.

第4题解图

y=m

由方程组, 12

y=-2x-3x

1

消去y,得-2x2-3x=m,即x2+6x+2m=0. 解此方程,得x=-3±9-2m. 点D的横坐标为xD=-3+9-2m. y=m

由方程组,消去y,得 12

y=-x+x-42122

x+x-4=m,即x+2x-2(4+m)=0. 2

解此方程,得x=-1±9+2m. 点C的横坐标为xC=-1-9+2m. ∴CD=xD-xC=9-2m+9+2m-2.

10

同理,xF=-3+9+2m,xE=-1-9-2m. ∴EF=xF-xE=9-2m+9+2m-2. ∴CD=EF.

∴四边形CEFD是平行四边形.

综上所述,当m>0时,所构成的四边形CEFD是平行四边形.

类型二 有关图形规律问题

5.如图,在平面直角坐标系中,B(-2,0),C(0,4),将△BOC绕原点O顺时针旋转90°得到△DOA,抛物线y=ax2+bx+4经过A,B两点. (1)求抛物线的解析式;

(2)将△ADO以每秒一个单位的速度沿x轴的负半轴向左平移,平移后的三角形记为△D′O′A′,平移时间为t秒. ①当D′落在抛物线上时,求t的值;

②t为何值时,△D′A′C的周长最小?直接写出t的值和△D′A′C周长的最小值;

③设△D′O′A′与△BOC重叠部分的面积为S,当0≤t≤4时,请直接写出S与t的函数关系式.

第5题图

解:(1)根据题意得OA=OC=4,BO=DO=2,

11

∴D(0,2),A(4,0).

∴设抛物线的解析式为y=a(x+2)(x-4), ∵抛物线过点C(0,4), ∴4=-8a, 1

∴a=-2,

1

∴抛物线的解析式是y=-2x2+x+4; (2)①设D′的坐标是(-t,2),

1

当D′落在抛物线上时,-2t2-t+4=2,

解得:t1=-1+5,t2=-1-5(不合题意,舍去), ∴t=-1+5;

②如解图①,过点A作AE⊥AB,在AE上截取AF=CD=2,连接DD′、A′F、CD′、CA′,

第5题解图①

∵AF=CD=2,DD′=AA′=t,∠CDD′=∠A′AF=90°, ∴△AA′F≌△DD′C, ∴CD′=A′F,

12

∵OD=2,AO=4, ∴AD=OD2+AO2=25, ∴A′D′=25,

∵△CD′A′的周长=A′D′+CD′+CA′=25+A′F+CA′,

由两点之间线段最短可知,当CA′,A′F共线时,A′F+CA′值最小,最小值为CF的长度,

此时C(0,4),F(4,-2), ∵CF=62+42=213,

∴△CD′A′的周长的最小值为213+25. ∵C(0,4),F(4,-2),

3

∴直线CF的解析式y=-2x+4, 884

当y=0,则x=3,∴t=4-3=3.

4-t(2+2)t

t2

③当0≤t≤1时,S==-4+2t;

2212184

当1<t<2时,S=-20t+5t-5; 1216

当2≤t≤4时,S=-20t2-5t+5. 【解法提示】当0≤t≤1,如解图②,

13

第5题解图②

21OE

∵tan∠A′=4=2=OA′, 4-t

∴OE=2,

4-t(2+2)t

t2

∴S重叠部分==-4+2t;

2当1<t<2,如解图③, 212184

可求S重叠部分=-20t+5t-5; 当2≤t≤4时,如解图④, 1216

可求S重叠部分=-20t2-5t+5.

图③ 图④

第5题解图

6.已知直线y=2x+m与抛物线y=ax2+ax+b有一个公共点M(1,0),且a<b.

(1)抛物线顶点Q的坐标为________(用含a的代数式表示); (2)猜想直线y=2x+m与抛物线的交点情况,并证明你的猜想;

1

(3)设直线y=2x+m与抛物线的另一个交点为N,若-1≤a≤-2,求线段MN长度的取值范围. 19a解:(1)(-2,-4);

14

【解法提示】∵抛物线过点M(1,0),∴a+a+b=0,即b=-2a,∵y=ax219a19a

+ax+b=ax2+ax-2a=a(x+2)2-4,∴抛物线顶点Q的坐标为(-2,-4). (2)直线y=2x+m与抛物线有两个交点.证明如下: ∵直线y=2x+m经过点M(1,0), ∴0=2×1+m,解得m=-2,

y=2x-2联立,得ax2+(a-2)x-2a+2=0①, 2

y=ax+ax-2a∴Δ=(a-2)2-4a(-2a+2)=9a2-12a+4, 又∵a<b,b=-2a, ∴a<0,b>0,

∴Δ=9a2-12a+4=(3a-2)2>0, ∴方程①有两个不相等的实数根, ∴直线y=2x+m与抛物线有两个交点;

(3)由(2)得M、N的横坐标为方程ax2+(a-2)x-2a+2=0的解,即x2+(122

-a)x-2+a=0,

111322

∴[x+(2-a)]2=(a-2)2,解得x1=1,x2=a-2,将x=a-2代入y=2x-24

得y=a-6,

24

∴点N(a-2,a-6), 根据两点间的距离公式得,

24206013

MN2=[(a-2)-1]2+(a-6)2=a2-a+45=20(a-2)2,

15

1113

∵-1≤a≤-2,则-2≤a≤-1,∴a-2<0, 3125

∴MN=25(2-a)=35-a, 1

又∵-1≤a≤-2,∴55≤MN≤75.

7.如图,抛物线y=-x2+bx+c,经过A(-1,0),B(5,0)两点,与y轴交于C点.已知M(0,1),E(a,0),F(a+1,0),点P是第一象限内的抛物线上的动点.

(1)求此抛物线的解析式;

(2)当a=1时,求四边形MEFP的面积的最大值,并求此时点P的坐标; (3)若△PCM是以CM为底边的等腰三角形,求a为何值时,四边形PMEF周长最小?请说明理由.

第7题图 备用图

解:(1)将点A(-1,0),B(5,0)代入y=-x2+bx+c, -1-b+c=0b=4得:,解得:,

-25+5b+c=0c=5∴此抛物线的解析式为y=-x2+4x+5;

(2)当a=1时,E(1,0),F(2,0),OE=1,OF=2. 设P(x,-x2+4x+5),

如解图①,过点P作PN⊥y轴于点N,则PN=x,ON=-x2+4x+5,

16

∴MN=ON-OM=-x2+4x+4.

第7题解图①

S四边形MEFP=S梯形OFPN-S△PMN-S△OME 111=2(PN+OF)·ON-2PN·MN-2OM·OE

111=2(x+2)(-x2+4x+5)-2x(-x2+4x+4)-2×1×1 9992153=-x+2x+2=-(x-4)+16,

2

9153

∴当x=4时,四边形MEFP的面积有最大值为16, 99143当x=4时,y=-(4-2)2+9=16. 9143

此时点P坐标为(4,16);

(3) ∵M(0,1,),C(0,5), △PCM是以点P为顶点的等腰三角形, ∴点P的纵坐标为3.

令y=-x2+4x+5=3,解得x=2±6. ∵点P在第一象限,

17

∴P(2+6,3).

四边形PMEF的四条边中,PM、EF长度固定,因此只要ME+PF最小,则PMEF的周长将取得最小值.

如解图②,将点M向右平移1个单位长度(EF的长度),得M1(1,1); 作点M1关于x轴的对称点M2,则M2(1,-1);

连接PM2,与x轴交于点F,此时ME+PF= PM2最小.

设直线PM2的解析式为y=mx+n,将P(2+6,3),M2(1,-(2+6)m+n=3m+n=-1

第7题解图②

解得:m=

46-446+5,n=-1

5,

∴y=46-446+1

5x-5,

当y=0时,解得x=

6+54. ∴F(6+5

4,0).

18

1)代入得:

6+5

∵a+1=4,

6+14. 6+1

4时,四边形PMEF周长最小.

∴a=

∴当a=

11

8.如图,已知直线l:y=x+b经过点M(0,),一组抛物线的顶点B1(1,

34y1),B2(2,y2),B3(3,y3),…,Bn(n,yn)(n为正整数)依次在直线l上的点,这组抛物线与x轴正半轴的交点依次是:A1(x1,0),A2(x2,0),A3(x3,0),…,An+1(xn+1,0),设x1=d(0(2)求经过点A1、B1、A2的抛物线的解析式(用含d的代数式表示); (3)当d(0第8题图

11

解:(1)∵M(0,4)在直线y=3x+b上, 11∴4=3×0+b, 1∴b=4;

19

11

(2)由(1)得:y=3x+4, ∵B1(1,y1)在l上,

117

∴当x=1时,y1=3×1+4=12, 7∴B1(1,12).

7

∴设抛物线的表达式为y=a(x-1)2+12(a≠0), 又∵x1=d, ∴A1(d,0), 7

∴0=a(d-1)2+12, ∴a=-

7

12(d-1)2772

(x-1)+

12; 12(d-1)2∴经过点A1,B1,A2的抛物线的解析式为:y=-(3)存在.

由抛物线的对称性可知,所构成的三角形必是以抛物线顶点为直角顶点的等腰直角三角形,

∴此等腰直角三角形斜边上的高等于斜边的一半, 又∵0∴等腰直角三角形斜边的长小于2,

∴等腰直角三角形斜边上的高必小于1,即抛物线的顶点的纵坐标必小于1.

117

∵当x=1时,y1=3×1+4=12<1,

20

1111

当x=2时,y2=3×2+4=12<1, 111当x=3时,y3=3×3+4=14>1, ∴该抛物线的顶点只有B1,B2, 7①若B1为顶点,由B1(1,12), 75

则d=1-12=12;

11

②若B2为顶点,由B2(2,12), 1111

则d=1-[(2-12)-1]=12,

511

综上所述,d的值为12或12时,存在满足条件的抛物线.

类型三 有关新定义问题

9.如图①,若抛物线L1的顶点A在抛物线L2上,抛物线L2的顶点B在抛物线L1上(点A与点B不重合),我们把这样的两条抛物线L1、L2互称为“伴随抛物线”,可见一条抛物线的“伴随抛物线”可以有多条.

(1)在图①中,抛物线L1:y=-x2+4x-3与L2:y=a(x-4)2-3互为“伴随抛物线”,则点A的坐标为________,a的值为________; (2)在图②中,已知抛物线L3:y=2x2-8x+4,它的“伴

随 抛物线”为L4,若L3与y轴交于点C,点C关于L3的对称轴对称点为D,请求出以点D为顶点的L4的解析式;

(3)若抛物线y=a1(x-m)2+n的任意一条“伴随抛物线”的解析式为y=a2(x-h)2+k,请写出a1与a2的关系式,并说明理由.

21

图① 图②

第9题图

解:(2,1),1;

【解法提示】(1)∵抛物线L1:y=-x2+4x-3,∴此抛物线的顶点坐标A(2,1),∵抛物线L2过点A(2,1),∴1=a(2-4)2-3,∴a=1. (2)由L3:y=2x2-8x+4化成顶点式,得y=2(x-2)2-4, ∴C(0,4),对称轴为x=2,顶点坐标(2,-4),

∴点C关于对称轴x=2的对称点D(4,4),设L4:y=a(x-h)2+k 则L4:y=a(x-4)2+4,

再将点(2,-4)代入得,-4=4a+4, 解得:a=-2,

L3的伴随抛物线L4的解析式为:y=-2(x-4)2+4; (3)a1=-a2.

理由如下:∵抛物线L1的顶点A在抛物线L2上,抛物线L2的顶点B在抛物线L1上,设A(m,n),B(h,k),

2

n=a2(m-h)+k①

∴可以列出两个方程, 2

k=a1(h-m)+n②

①+②得:(a1+a2)(m-h)2=0, ∵伴随抛物线的顶点不重合,

22

∴a1=-a2.

1

10.在平面直角坐标系中,将抛物线L1:y=2x2,沿x轴向右平移m(m>0)个单位长度,得抛物线L2,顶点为P,交L1于点Q. (1)抛物线L2的表达式为________(用字母m表示);

(2)连接OQ、PQ,当∠OQP=60°时,点Q的坐标为________;

(3)若将抛物线L1与L2其中任意一条沿着x轴方向水平向左(或向右)平移得到另一条,记抛物线L1的顶点为O,抛物线L2的顶点为P,抛物线L1与L2的交点为点Q,连接OQ、PQ,当∠OQP=90°时,我们称这样的两条抛物线是“共轭抛物线”.

①当L1和L2是“共轭抛物线”时,求m的值; ②请你根据上述“共轭抛物线”的概念,求出抛物线y= -x2-2x+3的“共轭抛物线”.

第10题图

1

解:(1)y=2(x-m)2;

【解法提示】将抛物线L1沿x轴向右平移m(m>0)个单位长度,得到抛物1

线L2:y=2(x-m)2. (2)(23,6);

23

【解法提示】如解图①,过点Q作QG⊥x轴于点G,由点Q到L1与L2的11m1

对称轴的距离相等,可得:OG=PG=2OP=2m,当x=2时,y=8m2,即点1

Q的坐标为(2m,

12

,∴根据抛物线的性质可知:△OPQ为等边三角形,

8m),∵∠OQP=60°

128mQG

∴tan∠QOP=OG=tan60°=1=3,

2m

第10题解图①

解得:m=43, ∴点Q坐标为(23,6); (3)①∵∠OQP=90°,OQ=PQ, 11∴∠QOG=45°,OG=PG=2OP=2m, 111212当x=2m时,y=2×(2m)=8m, 11

故点Q的坐标为(2m,8m2),

由∠QOG=45°,∠OGQ=90°,得:OG=GQ, 11

∴|2m|=|8m2|,

解得:m=0(不符合题意,舍去),m=±4, 当m=4时,抛物线向右平移;

24

当m=-4时,抛物线向左平移,

综上所述,当L1和L2是“共轭抛物线”时,m的值为±4; ②如解图②,∵y=-x2-2x+3=-(x+1)2+4,

第10题解图②

∴设抛物线y=-x2-2x+3的“共轭抛物线”为:y=-(x+1-m)2+4, ∵△PEQ是等腰直角三角形,∴PF=FQ, m则PF=|2|,

11

当x=-1+2m时,y=-4m2+4, 11

即Q(-1+2m,-4m2+4), 11

FQ=4-(-4m2+4)=4m2,

11

由PF=FQ可知:|2m|=4m2,解得:m=±2或m=0(不符合题意,舍去), 则抛物线y=-x2-2x+3向右平移所得的“共轭抛物线”为:y=-(x-1)2+4; 抛物线y=-x2-2x+3向左平移所得的“共轭抛物线”为:y=-(x+3)2+4, 综上所述,抛物线y=-x2-2x+3的“共轭抛物线”为y=-(x-1)2+4或y=-(x+3)2+4.

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