Question

如圖，拋物線y=-x²+mx+n經(jīng)過△ABC的三個(gè)頂點(diǎn)，點(diǎn)A坐標(biāo)為（0，3），點(diǎn)B坐標(biāo)為（2，3），點(diǎn)C在x軸的正半軸上．
（1）求該拋物線的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式及點(diǎn)C的坐標(biāo)；
（2）點(diǎn)E為線段OC上一動(dòng)點(diǎn)，以O(shè)E為邊在第一象限內(nèi)作正方形OEFG，當(dāng)正方形的頂點(diǎn)F恰好落在線段AC上時(shí)，求線段OE的長；
（3）將（2）中的正方形OEFG沿OC向右平移，記平移中的正方形OEFG為正方形DEFG，當(dāng)點(diǎn)E和點(diǎn)C重合時(shí)停止運(yùn)動(dòng)．設(shè)平移的距離為t，正方形DEFG的邊EF與AC交于點(diǎn)M，DG所在的直線與AC交于點(diǎn)N，連接DM，是否存在這樣的t，使△DMN是等腰三角形？若存在，求出t的值；若不存在，請(qǐng)說明理由；
（4）在上述平移過程中，當(dāng)正方形DEFG與△ABC的重疊部分為五邊形時(shí)，請(qǐng)直接寫出重疊部分的面積S與平移距離t的函數(shù)關(guān)系式及自變量t的取值范圍；并求出當(dāng)t為何值時(shí)，S有最大值，最大值是多少？

Answer 1

解：（1）∵拋物線y=-x²+mx+n經(jīng)過點(diǎn)A（0，3），B（2，3），
∴，
解得：，
∴拋物線的解析式為：y=-x²+x+3．
令y=0，即-x²+x+3=0，
解得x=6或x=-4，
∵點(diǎn)C位于x軸正半軸上，
∴C（6，0）．

（2）當(dāng)正方形的頂點(diǎn)F恰好落在線段AC上時(shí)，如答圖1所示：

設(shè)OE=x，則EF=x，CE=OC-OE=6-x．
∵EF∥OA，
∴△CEF∽△COA，
∴，即，
解得x=2．
∴OE=2．

（3）存在滿足條件的t．理由如下：
如答圖2所示，

易證△CEM∽△COA，∴，即，得ME=2-t．
過點(diǎn)M作MH⊥DN于點(diǎn)H，則DH=ME=2-t，MH=DE=2．
易證△MNH∽△COA，∴，即，得NH=1．
∴DN=DH+HN=3-t．
在Rt△MNH中，MH=2，NH=1，由勾股定理得：MN=．
△DMN是等腰三角形：
①若DN=MN，則3-t=，解得t=6-；
②若DM=MN，則DM²=MN²，即2²+（2-t）²=（）²，
解得t=2或t=6（不合題意，舍去）；
③若DM=DN，則DM²=DN²，即2²+（2-t）²=（3-t）²，解得t=1．
綜上所述，當(dāng)t=1、2或6-時(shí)，△DMN是等腰三角形．

（4）當(dāng)正方形DEFG與△ABC的重疊部分為五邊形時(shí)，如答圖3所示：

設(shè)EF、DG分別與AC交于點(diǎn)M、N，由（3）可知：ME=2-t，DN=3-t．
設(shè)直線BC的解析式為y=kx+b，將點(diǎn)B（2，3）、C（6，0）代入得：
，
解得，
∴y=x+．
設(shè)直線BC與EF交于點(diǎn)K，
∵x_K=t+2，∴y_K=x_K+=t+3，
∴FK=y_F-y_K=2-（t+3）=t-1；
設(shè)直線BC與GF交于點(diǎn)J，
∵yJ=2，
∴2=x_J+，得x_J=，
∴FJ=x_F-x_J=t+2-=t-．
∴S=S_{正方形DEFG}-S_梯形MEDN-S_△FJK
=DE²-（ME+DN）•DE-FK•FJ
=2²-[（2-t）+（3-t）]×2-（t-1）（t-）
=t²+2t-．
過點(diǎn)G作GH⊥y軸于點(diǎn)H，交AC于點(diǎn)I，則HI=2，HJ=，
∴t的取值范圍是：2＜t＜．
∴S與t的函數(shù)關(guān)系式為：S=t²+2t-（2＜t＜）．
S=t²+2t-=（t-）²+1，
∵＜0，且2＜＜，
∴當(dāng)t=時(shí)，S取得最大值，最大值為1．
分析：（1）利用待定系數(shù)法求出拋物線的解析式，令y=0解方程，求出點(diǎn)C的坐標(biāo)；
（2）如答圖1所示，由△CEF∽△COA，根據(jù)比例式列方程求出OE的長度；
（3）如答圖2所示，若△DMN是等腰三角形，可能有三種情形，需要分類討論；
（4）當(dāng)正方形DEFG與△ABC的重疊部分為五邊形時(shí)，如答圖3所示．利用S=S_{正方形DEFG}-S_梯形MEDN-S_△FJK求出S關(guān)于t的表達(dá)式，然后由二次函數(shù)的性質(zhì)求出其最值．
點(diǎn)評(píng)：本題是典型的運(yùn)動(dòng)型二次函數(shù)壓軸題，考查了二次函數(shù)的圖象與性質(zhì)、待定系數(shù)法、一次函數(shù)、相似三角形、勾股定理、圖形面積計(jì)算、最值問題等知識(shí)點(diǎn)，考查了運(yùn)動(dòng)型問題、存在型問題和分類討論的數(shù)學(xué)思想，難度較大．解題關(guān)鍵是理解圖形的運(yùn)動(dòng)過程．