5. (2025·无锡中考)已知二次函数 $y = -\frac{1}{2}x^2 + mx + \frac{\sqrt{3}}{3}m (m ≠ 0)$ 图象的顶点为A,与y轴交于点B,对称轴与x轴交于点C.
(1)若该函数图象经过点$(0,\sqrt{3})$,求点A的横坐标;
(2)若$m<3$,点$P(2,y_1)$和$Q(4,y_2)$在该函数图象上,证明:$y_1>y_2$;
(3)若$△ ABC$是等腰三角形,求$m$的值.
(1)若该函数图象经过点$(0,\sqrt{3})$,求点A的横坐标;
(2)若$m<3$,点$P(2,y_1)$和$Q(4,y_2)$在该函数图象上,证明:$y_1>y_2$;
(3)若$△ ABC$是等腰三角形,求$m$的值.
答案
(1) $\because$ 二次函数 $y=-\frac{1}{2}x^2+mx+\frac{\sqrt{3}}{3}m(m\ne0)$ 图象过点 $(0,\sqrt{3})$,$\therefore \frac{\sqrt{3}}{3}m=\sqrt{3}$,解得 $m=3$,$\therefore$ 二次函数为 $y=-\frac{1}{2}x^2+3x+\sqrt{3}$,$\therefore x_A=-\frac{3}{2×(-\frac{1}{2})}=3$,$\therefore$ 点 $A$ 的横坐标为 $3$.
(2) 证明:$\because$ 点 $P(2,y_1)$ 和 $Q(4,y_2)$ 在函数 $y=-\frac{1}{2}x^2+mx+\frac{\sqrt{3}}{3}m(m\ne0)$ 图象上,$\therefore y_1=-2+2m+\frac{\sqrt{3}}{3}m$,$y_2=-8+4m+\frac{\sqrt{3}}{3}m$.
$\because m<3$,$y_1-y_2=-2+2m+\frac{\sqrt{3}}{3}m - (-8+4m+\frac{\sqrt{3}}{3}m)=-2(m-3)>0$,$\therefore y_1>y_2$.
(3) 在函数 $y=-\frac{1}{2}x^2+mx+\frac{\sqrt{3}}{3}m(m\ne0)$ 中,当 $x=0$ 时,$y=\frac{\sqrt{3}}{3}m$,$\therefore B(0,\frac{\sqrt{3}}{3}m)$.$\because y=-\frac{1}{2}x^2+mx+\frac{\sqrt{3}}{3}m=-\frac{1}{2}(x-m)^2+\frac{m^2}{2}+\frac{\sqrt{3}}{3}m$,二次函数图象的顶点为 $A$,对称轴与 $x$ 轴交于点 $C$,$\therefore A(m,\frac{m^2}{2}+\frac{\sqrt{3}}{3}m)$,$C(m,0)$,$\therefore AB^2=m^2+(\frac{m^2}{2})^2$,$BC^2=m^2+(\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2$,$AC^2=(\frac{m^2}{2}+\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2$,当 $AB=AC$ 时,则 $m^2+(\frac{m^2}{2})^2=(\frac{m^2}{2}+\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2$,解得 $m=0$(舍去),$m=\frac{2\sqrt{3}}{3}$;
当 $AB=BC$ 时,则 $m^2+(\frac{m^2}{2})^2=m^2+(\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2$,解得 $m=0$(舍去),$m=\pm\frac{2\sqrt{3}}{3}$,当 $m=-\frac{2\sqrt{3}}{3}$ 时,$A(-\frac{2\sqrt{3}}{3},0)$,$C(-\frac{2\sqrt{3}}{3},0)$,则 $A$ 和 $C$ 重合,舍去;当 $AC=BC$ 时,则 $(\frac{m^2}{2}+\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2=m^2+(\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2$,解得 $m=0$(舍去),$m=\frac{2\sqrt{3}}{3}$,$m=-2\sqrt{3}$. 综上,$m=\frac{2\sqrt{3}}{3}$ 或 $m=-2\sqrt{3}$.
(2) 证明:$\because$ 点 $P(2,y_1)$ 和 $Q(4,y_2)$ 在函数 $y=-\frac{1}{2}x^2+mx+\frac{\sqrt{3}}{3}m(m\ne0)$ 图象上,$\therefore y_1=-2+2m+\frac{\sqrt{3}}{3}m$,$y_2=-8+4m+\frac{\sqrt{3}}{3}m$.
$\because m<3$,$y_1-y_2=-2+2m+\frac{\sqrt{3}}{3}m - (-8+4m+\frac{\sqrt{3}}{3}m)=-2(m-3)>0$,$\therefore y_1>y_2$.
(3) 在函数 $y=-\frac{1}{2}x^2+mx+\frac{\sqrt{3}}{3}m(m\ne0)$ 中,当 $x=0$ 时,$y=\frac{\sqrt{3}}{3}m$,$\therefore B(0,\frac{\sqrt{3}}{3}m)$.$\because y=-\frac{1}{2}x^2+mx+\frac{\sqrt{3}}{3}m=-\frac{1}{2}(x-m)^2+\frac{m^2}{2}+\frac{\sqrt{3}}{3}m$,二次函数图象的顶点为 $A$,对称轴与 $x$ 轴交于点 $C$,$\therefore A(m,\frac{m^2}{2}+\frac{\sqrt{3}}{3}m)$,$C(m,0)$,$\therefore AB^2=m^2+(\frac{m^2}{2})^2$,$BC^2=m^2+(\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2$,$AC^2=(\frac{m^2}{2}+\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2$,当 $AB=AC$ 时,则 $m^2+(\frac{m^2}{2})^2=(\frac{m^2}{2}+\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2$,解得 $m=0$(舍去),$m=\frac{2\sqrt{3}}{3}$;
当 $AB=BC$ 时,则 $m^2+(\frac{m^2}{2})^2=m^2+(\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2$,解得 $m=0$(舍去),$m=\pm\frac{2\sqrt{3}}{3}$,当 $m=-\frac{2\sqrt{3}}{3}$ 时,$A(-\frac{2\sqrt{3}}{3},0)$,$C(-\frac{2\sqrt{3}}{3},0)$,则 $A$ 和 $C$ 重合,舍去;当 $AC=BC$ 时,则 $(\frac{m^2}{2}+\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2=m^2+(\frac{\sqrt{3}}{3}m)^2$,解得 $m=0$(舍去),$m=\frac{2\sqrt{3}}{3}$,$m=-2\sqrt{3}$. 综上,$m=\frac{2\sqrt{3}}{3}$ 或 $m=-2\sqrt{3}$.
6. 已知函数$y=\begin{cases} -x^2 + nx + n & (x≥ n), \\ -\dfrac{1}{2}x^2 + \dfrac{n}{2}x + \dfrac{n}{2} & (x < n). \end{cases}$($n$为常数)
(1) 当$n=5$时:
①点$P(4,b)$在此函数图象上,求$b$的值;
②求此函数的最大值.
(2) 已知线段$AB$的两个端点坐标分别为$A(2,2),B(4,2)$,当此函数的图象与线段$AB$只有一个交点时,直接写出$n$的取值范围.
(3) 当此函数图象上有4个点到$x$轴的距离等于4时,求$n$的取值范围.
(1) 当$n=5$时:
①点$P(4,b)$在此函数图象上,求$b$的值;
②求此函数的最大值.
(2) 已知线段$AB$的两个端点坐标分别为$A(2,2),B(4,2)$,当此函数的图象与线段$AB$只有一个交点时,直接写出$n$的取值范围.
(3) 当此函数图象上有4个点到$x$轴的距离等于4时,求$n$的取值范围.
答案
(1) 当 $n=5$ 时,$y=\begin{cases}-x^2+5x+5(x\ge5),\\-\frac{1}{2}x^2+\frac{5}{2}x+\frac{5}{2}(x<5).\end{cases}$
①将 $P(4,b)$ 代入 $y=-\frac{1}{2}x^2+\frac{5}{2}x+\frac{5}{2}$,解得 $b=\frac{9}{2}$.
②当 $x\ge5$ 时,$x=5$ 时有最大值为 $5$;当 $x<5$ 时,$x=\frac{5}{2}$ 时有最大值为 $\frac{45}{8}$.$\because \frac{45}{8}>5$,$\therefore$ 函数的最大值为 $\frac{45}{8}$.
(2) $2\le n<\frac{8}{3}$ 或 $\frac{18}{5}<n<4$.
解析:当 $n<0$ 时,如图①所示,显然此时不符合题意;当 $0\le n<2$ 时,如图②所示,显然此时不符合题意;当 $n\ge2$ 时,如图③所示,此时应满足
$\begin{cases}-\frac{1}{2}×2^2+\frac{n}{2}×2+\frac{n}{2}<2,\\-2^2+2n+n\ge2,\\-4^2+4n+n\le2,\end{cases}$ 解得 $2\le n<\frac{8}{3}$.
当 $n\ge\frac{8}{3}$ 时,如图④所示,此时应满足
$\begin{cases}-\frac{1}{2}× n^2+\frac{n}{2}× n+\frac{n}{2}<2,\\-\frac{1}{2}×2^2+\frac{n}{2}×2+\frac{n}{2}\ge2,\\-4^2+4n+n>2,\end{cases}$ 解得 $\frac{18}{5}<n<4$.
当 $n\ge4$ 时,如图⑤所示,显然此时不符合题意.
综上,当 $2\le n<\frac{8}{3}$ 或 $\frac{18}{5}<n<4$ 时,此函数图象与线段 $AB$ 只有一个交点.
(3) 如图⑥所示,当 $\begin{cases}-\frac{1}{2}× n^2+\frac{n}{2}× n+\frac{n}{2}\le-4,\\-(\frac{n}{2})^2+n·\frac{n}{2}+n>4\end{cases}$ 时,符合题意. 解得 $n\le-8$.
如图⑦所示,当 $\begin{cases}-\frac{1}{2}× n^2+\frac{n}{2}× n+\frac{n}{2}>-4,\\-(\frac{n}{2})^2+n·\frac{n}{2}+n=4,\\-n^2+n· n+n\le-4\end{cases}$ 时,符合题意. 解得 $n=-2\sqrt{5}-2$.
如图⑧所示,当 $\begin{cases}-\frac{1}{2}×(\frac{n}{2})^2+\frac{n}{2}×\frac{n}{2}+\frac{n}{2}=4,\\-n^2+n· n+n\ge4\end{cases}$ 时,符合题意. 解得 $n=4$.
如图⑨所示,当 $\begin{cases}-\frac{1}{2}× n^2+\frac{n}{2}× n+\frac{n}{2}\ge4,\\-n^2+n· n+n\ge4\end{cases}$ 时,符合题意. 解得 $n\ge8$.
综上,函数图象上有4个点到 $x$ 轴的距离等于4时,$n\le-8$ 或 $n=-2\sqrt{5}-2$ 或 $n=4$ 或 $n\ge8$.
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