1. (2024·北京)在平面直角坐标系 $ xOy $ 中,已知抛物线 $ y = ax^2 - 2a^2x (a ≠ 0) $。
(1)当 $ a = 1 $ 时,求抛物线的顶点坐标;
(2)已知 $ M(x_1, y_1) $ 和 $ N(x_2, y_2) $ 是抛物线上的两点,若对于 $ x_1 = 3a, 3 ≤ x_2 ≤ 4 $,都有 $ y_1 < y_2 $,求 $ a $ 的取值范围。
(1)当 $ a = 1 $ 时,求抛物线的顶点坐标;
(2)已知 $ M(x_1, y_1) $ 和 $ N(x_2, y_2) $ 是抛物线上的两点,若对于 $ x_1 = 3a, 3 ≤ x_2 ≤ 4 $,都有 $ y_1 < y_2 $,求 $ a $ 的取值范围。
答案
(1)当$a = 1$时,抛物线解析式为$y = x^2 - 2x$。
$\because y = x^2 - 2x=(x - 1)^2 - 1$,
$\therefore$顶点坐标为$(1,-1)$。
(2)$\because M(3a,y_1)$在抛物线上,
$\therefore y_1 = a(3a)^2 - 2a^2(3a)=9a^3 - 6a^3 = 3a^3$。
$N(x_2,y_2)$满足$y_2 = ax_2^2 - 2a^2x_2$,$3≤ x_2≤4$。
由$y_1<y_2$得$3a^3<ax_2^2 - 2a^2x_2$,
即$a(x_2^2 - 2ax_2 - 3a^2)>0$,$a(x_2 - 3a)(x_2 + a)>0$。
①当$a>0$时,$(x_2 - 3a)(x_2 + a)>0$。
$\because x_2\in[3,4]$,$x_2 + a>0$,
$\therefore x_2 - 3a>0$恒成立,即$3a<3$,$\therefore a<1$。
故$0<a<1$。
②当$a<0$时,$(x_2 - 3a)(x_2 + a)<0$。
$\because a<0$,$3a<0$,$-a>0$,解集为$3a<x_2<-a$。
$\because x_2\in[3,4]$,$\therefore 4<-a$,即$a<-4$。
综上,$a$的取值范围是$a<-4$或$0<a<1$。
$\because y = x^2 - 2x=(x - 1)^2 - 1$,
$\therefore$顶点坐标为$(1,-1)$。
(2)$\because M(3a,y_1)$在抛物线上,
$\therefore y_1 = a(3a)^2 - 2a^2(3a)=9a^3 - 6a^3 = 3a^3$。
$N(x_2,y_2)$满足$y_2 = ax_2^2 - 2a^2x_2$,$3≤ x_2≤4$。
由$y_1<y_2$得$3a^3<ax_2^2 - 2a^2x_2$,
即$a(x_2^2 - 2ax_2 - 3a^2)>0$,$a(x_2 - 3a)(x_2 + a)>0$。
①当$a>0$时,$(x_2 - 3a)(x_2 + a)>0$。
$\because x_2\in[3,4]$,$x_2 + a>0$,
$\therefore x_2 - 3a>0$恒成立,即$3a<3$,$\therefore a<1$。
故$0<a<1$。
②当$a<0$时,$(x_2 - 3a)(x_2 + a)<0$。
$\because a<0$,$3a<0$,$-a>0$,解集为$3a<x_2<-a$。
$\because x_2\in[3,4]$,$\therefore 4<-a$,即$a<-4$。
综上,$a$的取值范围是$a<-4$或$0<a<1$。
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