一條河的同一側有兩個村莊,如何在河邊修建供水站,使得它到兩個村莊的距離和最短?一條馬路的兩邊有兩個小區,如何在馬路上修建人行天橋,使兩個小區間的路程之和最短?先做好這些準備工作,然後進入我們今天的研究習題。
已知平面直角坐标系中兩定點A(-1,0),B(4,0),抛物線y=ax² bx-2(a≠0)過點A、B,頂點為C,點P(m,n)(n<0)為抛物線上一點.
(1)求抛物線的解析式和頂點C的坐标;
(2)當∠APB為鈍角時,求m的取值範圍;
(3)若m>1.5,當∠APB為直角時,将抛物線向左或向右平移t個單位(0<t<2.5),點C、P平移後的對應的點為點C'、P',是否存在t,使得首尾依次連接A、B、P'、C'所構成的多邊形周長最短?若存在,求出t的值并說明抛物線平移的方向,若不存在,請說明理由.
(1)将已知的兩個點坐标代入函數解析式,求得a=0.5,b=-1.5,故函數解析式為y=0.5x²-1.5x-2,其頂點C坐标為(3/2,-25/8)
(2)根據所求得的解析式作出抛物線圖象,如圖所示:
以AB為直徑作圓D,通過計算發現,抛物線與y軸交點F恰好在圓上,也說明它的對稱點E點也在圓上,當點P與E、F重合時,則∠APB=90°,而當點P位于A、F之間或B、E之間時,∠APB為圓内角,大于弦AB所對的圓周角,所以它為鈍角,因此我們隻需要求出點E、F的坐标即可,E(0,-2),F(3,-2),所以-1<m<0或3<m<4
(3)此問的前提條件是m>3/2,即P點在上圖中的E點位置,設平移後的點分别為P'(3 t,-2),C'(3/2 t,-25/8),如圖所示,尋找多邊形(注意這個詞,沒有提四邊形)周長最短時,由于AB與PC長度一定,所以平移後隻需要當AC' BP'長度最短即可,下面我們一起來尋找:
先将線段AC'向右平移5個單位(AB的長度)到BC",再作點P'關于x軸的對稱點P",連接BP",通過以上作圖,我們達到以下目的:AC'=BC",BP'=BP",于是前面的問題AC' BP'的最短問題轉化成BC" BP"的最短問題,而當P"、B、C"這三點共線時,這個和才最短,因此,将P"和C"坐标用含t的式子表示出來,求出它們所在直線的解析式,代入點B坐标即可。
本題的思考:最短距離和的問題,一般來講需要将兩條線段轉換到同一條直線上,利用“兩點之間線段最短”來解決問題,轉換的方法有平移、軸對稱等,這道題中,被轉換的線段都有一個共同點,一端是定點,一端是動點,隻有這樣的線段才符合轉換的條件。
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