26. 如图所示,已知点$M(x_1,y_1)$,$N(x_2,y_2)在二次函数y= a(x-2)^2-1(a>0)$的图象上,且$x_2-x_1= 3$.
(1)若二次函数的图象经过点$(3,1)$.
①求这个二次函数的表达式.
②若$y_1= y_2$,求顶点到$MN$的距离.
(2)当$x_1\leq x\leq x_2$时,二次函数的最大值与最小值的差为1,点$M$,$N$在二次函数对称轴的异侧,求$a$的取值范围.

(1)若二次函数的图象经过点$(3,1)$.
①求这个二次函数的表达式.
②若$y_1= y_2$,求顶点到$MN$的距离.
(2)当$x_1\leq x\leq x_2$时,二次函数的最大值与最小值的差为1,点$M$,$N$在二次函数对称轴的异侧,求$a$的取值范围.
答案
(1)①解:将点$(3,1)$代入$y=a(x-2)^2-1$,得$1=a(3-2)^2-1$,解得$a=2$,所以二次函数表达式为$y=2(x-2)^2-1$。
②解:二次函数对称轴为$x=2$,因为$y_1=y_2$,所以$M$,$N$关于对称轴对称,设$x_1=2-t$,$x_2=2+t$,由$x_2-x_1=3$,得$(2+t)-(2-t)=3$,解得$t=\frac{3}{2}$,则$x_1=2-\frac{3}{2}=\frac{1}{2}$,$y_1=2(\frac{1}{2}-2)^2-1=2×(\frac{9}{4})-1=\frac{9}{2}-1=\frac{7}{2}$,$MN$平行于$x$轴,顶点坐标为$(2,-1)$,顶点到$MN$的距离为$\frac{7}{2}-(-1)=\frac{9}{2}$。
(2)解:因为点$M$,$N$在对称轴异侧,设$x_1<2<x_2$,$x_2=x_1+3$,则$x_1+3>2$,得$x_1>-1$,又$x_1<2$,所以$-1<x_1<2$。二次函数开口向上,当$x\in[x_1,x_2]$时,最小值为$-1$。
当$x_2-2\geq2-x_1$,即$x_1+3-2\geq2-x_1$,$2x_1\geq1$,$x_1\geq\frac{1}{2}$时,最大值为$y_2=a(x_2-2)^2-1=a(x_1+1)^2-1$,由最大值与最小值差为1,得$a(x_1+1)^2-1-(-1)=1$,$a(x_1+1)^2=1$,$x_1\in[\frac{1}{2},2)$,$x_1+1\in[\frac{3}{2},3)$,$(x_1+1)^2\in[\frac{9}{4},9)$,所以$a=\frac{1}{(x_1+1)^2}\in(\frac{1}{9},\frac{4}{9}]$。
当$x_2-2<2-x_1$,即$x_1<\frac{1}{2}$时,最大值为$y_1=a(x_1-2)^2-1$,同理得$a(x_1-2)^2=1$,$x_1\in(-1,\frac{1}{2})$,$x_1-2\in(-3,\frac{3}{2})$,$(x_1-2)^2\in(\frac{9}{4},9)$,所以$a=\frac{1}{(x_1-2)^2}\in(\frac{1}{9},\frac{4}{9})$。
综上,$a$的取值范围是$\frac{1}{9}<a\leq\frac{4}{9}$。
②解:二次函数对称轴为$x=2$,因为$y_1=y_2$,所以$M$,$N$关于对称轴对称,设$x_1=2-t$,$x_2=2+t$,由$x_2-x_1=3$,得$(2+t)-(2-t)=3$,解得$t=\frac{3}{2}$,则$x_1=2-\frac{3}{2}=\frac{1}{2}$,$y_1=2(\frac{1}{2}-2)^2-1=2×(\frac{9}{4})-1=\frac{9}{2}-1=\frac{7}{2}$,$MN$平行于$x$轴,顶点坐标为$(2,-1)$,顶点到$MN$的距离为$\frac{7}{2}-(-1)=\frac{9}{2}$。
(2)解:因为点$M$,$N$在对称轴异侧,设$x_1<2<x_2$,$x_2=x_1+3$,则$x_1+3>2$,得$x_1>-1$,又$x_1<2$,所以$-1<x_1<2$。二次函数开口向上,当$x\in[x_1,x_2]$时,最小值为$-1$。
当$x_2-2\geq2-x_1$,即$x_1+3-2\geq2-x_1$,$2x_1\geq1$,$x_1\geq\frac{1}{2}$时,最大值为$y_2=a(x_2-2)^2-1=a(x_1+1)^2-1$,由最大值与最小值差为1,得$a(x_1+1)^2-1-(-1)=1$,$a(x_1+1)^2=1$,$x_1\in[\frac{1}{2},2)$,$x_1+1\in[\frac{3}{2},3)$,$(x_1+1)^2\in[\frac{9}{4},9)$,所以$a=\frac{1}{(x_1+1)^2}\in(\frac{1}{9},\frac{4}{9}]$。
当$x_2-2<2-x_1$,即$x_1<\frac{1}{2}$时,最大值为$y_1=a(x_1-2)^2-1$,同理得$a(x_1-2)^2=1$,$x_1\in(-1,\frac{1}{2})$,$x_1-2\in(-3,\frac{3}{2})$,$(x_1-2)^2\in(\frac{9}{4},9)$,所以$a=\frac{1}{(x_1-2)^2}\in(\frac{1}{9},\frac{4}{9})$。
综上,$a$的取值范围是$\frac{1}{9}<a\leq\frac{4}{9}$。
登录