2026年华东师大版一课一练九年级数学全一册沪教版五四制第33页答案
5 如图①,隧道截面由抛物线的一部分AED和矩形ABCD构成,矩形的一边BC为12米,另一边AB为2米。以BC所在的直线为x轴,线段BC的垂直平分线为y轴,建立平面直角坐标系$xOy$,规定一个单位长度代表1米。$E(0,8)$是抛物线的顶点。
(1)求此抛物线对应的函数表达式。
(2)在隧道截面内(含边界)修建“$\sqcap$”型或“$\boxminus$”型栅栏,如图②、图③所示,点$P_1$、$P_4$在$x$轴上,$MN$与矩形$P_1P_2P_3P_4$的一边平行且相等。栅栏总长$l$为图中线段$P_1P_2$、$P_2P_3$、$P_3P_4$、$MN$的长度之和,请解决以下问题:
(i)修建一个“$\sqcap$”型栅栏,如图②,点$P_2$、$P_3$在抛物线AED上。设点$P_1$的横坐标为$m(0 < m ≤ 6)$,求栅栏总长$l$与$m$之间的函数表达式和$l$的最大值。
(ii)现修建一个总长为18米的栅栏,有如图③所示的“$\sqcap$”型和“$\boxminus$”型两种设计方案,请你从中选择一种,求出该方案下矩形$P_1P_2P_3P_4$面积的最大值,及取最大值时点$P_1$的横坐标的取值范围($P_1$在$P_4$右侧)。

第5题图① 第5题图② 第5题图③(方案一) 第5题图③(方案二)

答案

(1)由题意可得A(-6,2),D(6,2),又因为E(0,8)是抛物线的顶点,则可设抛物线的函数表达式为$y=ax^2 + 8$,将A(-6,2)代入,得36a + 8 = 2,解得$a=-\frac{1}{6}$,所以抛物线对应的函数表达式为$y=-\frac{1}{6}x^2 + 8$。
(2)(i) 因为点$P_1$的横坐标为$m(0 < m ≤ 6)$,且四边形$P_1P_2P_3P_4$为矩形,点$P_2$、$P_3$在抛物线AED上,所以$P_2$的坐标为$(m,-\frac{1}{6}m^2 + 8)$,所以$P_1P_2=P_3P_4=MN=-\frac{1}{6}m^2 + 8$,$P_2P_3=2m$,所以$l=3(-\frac{1}{6}m^2 + 8)+2m=-\frac{1}{2}m^2 + 2m + 24=-\frac{1}{2}(m - 2)^2 + 26$,因为$-\frac{1}{2} < 0$,所以当m=2时,l有最大值26,即栅栏总长l与m之间的函数表达式为$l=-\frac{1}{2}m^2 + 2m + 24$,l的最大值为26。
(ii) 方案一:设$P_2P_1=n$,则$P_2P_3=18 - 3n$,所以矩形$P_1P_2P_3P_4$面积为$(18 - 3n)n=-3n^2 + 18n=-3(n - 3)^2 + 27$。因为-3 < 0,所以当n=3时,矩形面积最大值为27,此时$P_2P_1=3$,$P_2P_3=9$。令$-\frac{1}{6}x^2 + 8=3$,解得$x=\pm\sqrt{30}$,所以$P_1$的横坐标的取值范围为$-\sqrt{30} + 9 ≤ x_{P_1} ≤ \sqrt{30}$。
方案二:设$P_2P_1=n$,则$P_2P_3=9 - n$,所以矩形$P_1P_2P_3P_4$面积为$(9 - n)n=-n^2 + 9n=-(n - \frac{9}{2})^2 + \frac{81}{4}$。因为-1 < 0,所以当$n=\frac{9}{2}$时,矩形面积最大值为$\frac{81}{4}$,此时$P_2P_1=\frac{9}{2}$,$P_2P_3=\frac{9}{2}$。令$-\frac{1}{6}x^2 + 8=\frac{9}{2}$,解得$x=\pm\sqrt{21}$,所以此时$P_1$的横坐标的取值范围为$-\sqrt{21} + \frac{9}{2} ≤ x_{P_1} ≤ \sqrt{21}$。