如图,抛物线 y=x2+bx+cy=x^2+bx+c 交 xx 轴于 AA、BB 两点,交 yy 轴于点 CC. 直线 y=x−3y=x-3 经过点 BB、CC.

  1. (1)

    求抛物线的解析式;

  2. (2)

    PP 是直线 BCBC 下方的抛物线上动点(不与点 BB、CC 重合),过点 PP 作 xx 轴的垂线,垂足为 FF,交直线 BCBC 于点 DD,作 PE⊥BCPE \perp BC 于点 EE. 设点 PP 的横坐标为 mm,连接 PBPB,线段 PDPD 把 △PEB\triangle PEB 分成两个三角形,若这两个三角形的面积比为 4:54:5,求出 mm 的值.

完整解法

(1)

1. 求点B和点C的坐标

对于直线 y=x−3y = x - 3:
令 x=0x = 0,得 y=−3y = -3,故点 CC 的坐标为 (0,−3)(0, -3);
令 y=0y = 0,得 x=3x = 3,故点 BB 的坐标为 (3,0)(3, 0).

2. 代入待定系数求抛物线解析式

将 B(3,0)B(3, 0) 和 C(0,−3)C(0, -3) 代入抛物线 y=x2+bx+cy = x^2 + bx + c,得:
{c=−332+3b+c=0\begin{cases} c = -3 \\ 3^2 + 3b + c = 0 \end{cases}
解得:
{b=−2c=−3\begin{cases} b = -2 \\ c = -3 \end{cases}
因此,抛物线的解析式为 y=x2−2x−3y = x^2 - 2x - 3.

答案

y=x2−2x−3y = x^2 - 2x - 3

(2)

1. 确定m的取值范围并用m表示线段PD的长

由题意,点 PP 是直线 BCBC 下方的抛物线上的动点(不与 BB、CC 重合),
故点 PP 的横坐标范围为 0<m<30 < m < 3.
点 PP 的坐标为 (m,m2−2m−3)(m, m^2 - 2m - 3),点 DD 在直线 BCBC 上,其坐标为 (m,m−3)(m, m - 3).
因为 PD⊥xPD \perp x 轴,所以:
PD=(m−3)−(m2−2m−3)=−m2+3m=m(3−m)PD = (m - 3) - (m^2 - 2m - 3) = -m^2 + 3m = m(3 - m).

2. 表示出线段ED和DB的长度并求两三角形面积比

直线 BCBC 的解析式为 y=x−3y = x - 3,其与 xx 轴正方向的夹角为 45∘45^\circ.
因为 PD⊥xPD \perp x 轴,PE⊥BCPE \perp BC 于点 EE,所以在 Rt△PDE\text{Rt}\triangle PDE 中,∠PDE=45∘\angle PDE = 45^\circ,
故 △PDE\triangle PDE 是等腰直角三角形,可得:
ED=PD⋅cos⁡45∘=22m(3−m)ED = PD \cdot \cos 45^\circ = \frac{\sqrt{2}}{2} m(3 - m).
由两点间距离公式,线段 DBDB 的长为:
DB=(3−m)2+[0−(m−3)]2=2(3−m)DB = \sqrt{(3 - m)^2 + [0 - (m - 3)]^2} = \sqrt{2}(3 - m).
因为点 EE、DD、BB 均在直线 BCBC 上,所以 △PDE\triangle PDE 与 △PDB\triangle PDB 具有公共高 PEPE,
其面积之比等于底边之比:
S△PDES△PDB=EDDB=22m(3−m)2(3−m)=m2\frac{S_{\triangle PDE}}{S_{\triangle PDB}} = \frac{ED}{DB} = \frac{\frac{\sqrt{2}}{2} m(3 - m)}{\sqrt{2}(3 - m)} = \frac{m}{2}.

3. 根据面积比4:5分类讨论求解m

线段 PDPD 把 △PEB\triangle PEB 分成两个三角形,面积比为 4:54:5,分两种情况:
① 当 S△PDES△PDB=45\frac{S_{\triangle PDE}}{S_{\triangle PDB}} = \frac{4}{5} 时:
m2=45  ⟹  m=85\frac{m}{2} = \frac{4}{5} \implies m = \frac{8}{5}
经检验,0<85<30 < \frac{8}{5} < 3,符合题意;

② 当 S△PDES△PDB=54\frac{S_{\triangle PDE}}{S_{\triangle PDB}} = \frac{5}{4} 时:
m2=54  ⟹  m=52\frac{m}{2} = \frac{5}{4} \implies m = \frac{5}{2}
经检验,0<52<30 < \frac{5}{2} < 3,符合题意.

综上所述,mm 的值为 85\frac{8}{5} 或 52\frac{5}{2}.

答案

m=85m = \frac{8}{5} 或 m=52m = \frac{5}{2}

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