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23. (本小题满分10分)甲、乙、丙三个同学研究了二次函数$y=ax^{2}-2ax+a-1(a\neq0)$的图象和性质,并交流了自己的学习成果.
(1)甲同学的说法:当$x=0$和$x=2$时,函数值相等.你认为甲同学的说法正确吗?请说明理由.
(2)乙同学的发现:$a$取某个值时,该函数图象上到$x$轴的距离为1的点有3个,且以这三个点为顶点的三角形的面积为3.根据乙同学的发现,求出此时$a$的值.
(3)丙同学的探索:若$a>0$,当$0<x<3$时,$y$的取值范围中恰有4个不同的整数值.根据丙同学的结论,求出$a$的取值范围.
(1)甲同学的说法:当$x=0$和$x=2$时,函数值相等.你认为甲同学的说法正确吗?请说明理由.
(2)乙同学的发现:$a$取某个值时,该函数图象上到$x$轴的距离为1的点有3个,且以这三个点为顶点的三角形的面积为3.根据乙同学的发现,求出此时$a$的值.
(3)丙同学的探索:若$a>0$,当$0<x<3$时,$y$的取值范围中恰有4个不同的整数值.根据丙同学的结论,求出$a$的取值范围.
答案:
23. 二次函数的图象与性质
解:
(1)
∵$y = ax^2 - 2ax + a - 1 = a(x - 1)^2 - 1$,
∴抛物线的对称轴为直线$x = 1$.
∴当$x = 0$和$x = 2$时,函数值相等.
∴甲同学说法正确. (2分)
(2)解法一(三角形法):
∵抛物线的顶点坐标为$(1, -1)$,
∴顶点到$x$轴的距离为1.
由条件可知$a > 0$,三角形的另外两个顶点的纵坐标都为1,
∴题设中的三角形是高为2、底边长为3的等腰三角形.
∴底边顶点坐标分别为$(\frac{5}{2},1)$,$(-\frac{1}{2},1)$. (4分)
代入$y = a(x - 1)^2 - 1$中,得$1 = a(\frac{5}{2} - 1)^2 - 1$,
解得$a = \frac{8}{9}$. (6分)
解法二(两点距离法):$a$取某个值时,该函数图象上到$x$轴的距离为1的点有3个,则这三个点有一个是顶点,则三角形的高为2,由抛物线的表达式知,其顶点坐标为$(1, -1)$,则$a > 0$.
令$y = ax^2 - 2ax + a - 1 = 1$,解得$x = 1 \pm \sqrt{\frac{2}{a}}$
则两个点之间的距离为$2\sqrt{\frac{2}{a}}$,
则$\frac{1}{2} × (2\sqrt{\frac{2}{a}}) × 2 = 3$,则$a = \frac{8}{9}$. (6分)
(3)
∵$a > 0$,抛物线的顶点坐标为$(1, -1)$,
∴当$0 < x < 3$时,$-1 \leqslant y < 4a - 1$. (8分)
∴4个不同的整数值分别为$-1,0,1,2$,即$2 < 4a - 1 \leqslant 3$.
∴$\frac{3}{4} < a \leqslant 1$. (10分)
解:
(1)
∵$y = ax^2 - 2ax + a - 1 = a(x - 1)^2 - 1$,
∴抛物线的对称轴为直线$x = 1$.
∴当$x = 0$和$x = 2$时,函数值相等.
∴甲同学说法正确. (2分)
(2)解法一(三角形法):
∵抛物线的顶点坐标为$(1, -1)$,
∴顶点到$x$轴的距离为1.
由条件可知$a > 0$,三角形的另外两个顶点的纵坐标都为1,
∴题设中的三角形是高为2、底边长为3的等腰三角形.
∴底边顶点坐标分别为$(\frac{5}{2},1)$,$(-\frac{1}{2},1)$. (4分)
代入$y = a(x - 1)^2 - 1$中,得$1 = a(\frac{5}{2} - 1)^2 - 1$,
解得$a = \frac{8}{9}$. (6分)
解法二(两点距离法):$a$取某个值时,该函数图象上到$x$轴的距离为1的点有3个,则这三个点有一个是顶点,则三角形的高为2,由抛物线的表达式知,其顶点坐标为$(1, -1)$,则$a > 0$.
令$y = ax^2 - 2ax + a - 1 = 1$,解得$x = 1 \pm \sqrt{\frac{2}{a}}$
则两个点之间的距离为$2\sqrt{\frac{2}{a}}$,
则$\frac{1}{2} × (2\sqrt{\frac{2}{a}}) × 2 = 3$,则$a = \frac{8}{9}$. (6分)
(3)
∵$a > 0$,抛物线的顶点坐标为$(1, -1)$,
∴当$0 < x < 3$时,$-1 \leqslant y < 4a - 1$. (8分)
∴4个不同的整数值分别为$-1,0,1,2$,即$2 < 4a - 1 \leqslant 3$.
∴$\frac{3}{4} < a \leqslant 1$. (10分)
24. (本小题满分12分)如图1,四边形$ABCD$内接于$\odot O$,$BD$为直径,$∠ABC$为锐角,过点$B$作$BE\perp AC$于点$E$,过点$A$作$BC$的平行线交$BE$的延长线于点$F$.
(1)若$∠ABD=\alpha$,请用含$\alpha$的代数式表示$∠CBE$.
(2)若$AF=BD$,求证:$AD=AE$.
(3)如图2,在(2)的条件下,$BF$与$\odot O$交于点$G$,与$AD$的延长线交于点$H$,连接$DG$.
①若$CD=4$,$DG=1$,求$AD$的长.
②若$\cos∠AHB=\frac{DG}{HF}$,求$\tan∠ABD$的值.

(1)若$∠ABD=\alpha$,请用含$\alpha$的代数式表示$∠CBE$.
(2)若$AF=BD$,求证:$AD=AE$.
(3)如图2,在(2)的条件下,$BF$与$\odot O$交于点$G$,与$AD$的延长线交于点$H$,连接$DG$.
①若$CD=4$,$DG=1$,求$AD$的长.
②若$\cos∠AHB=\frac{DG}{HF}$,求$\tan∠ABD$的值.
答案:
24. 圆的综合题
解:
(1)
∵$BD$为直径,
∴$\angle BCD = 90°$.
∵$\angle ABD = \angle ACD = \alpha$,
∴$\angle ACB = 90° - \alpha$.
∵$BE \perp AC$于点$E$,
∴$\angle CBE = \alpha$. (3分)
(2)证明:
∵$AF // BC$,
∴$\angle AFE = \angle CBE = \angle ABD$.
∵$\angle BAD = \angle FEA = 90°$,$AF = BD$,
∴$\triangle ABD \cong \triangle EFA$(AAS).
∴$AD = AE$. (6分)
(3)①[第1步,利用圆周角定理的推论和等弧对等弦的性质得$AG,CD$的关系]
连接$AG$,作$DM \perp AC$于点$M$,如图1(巧作辅助线:作垂直,构造矩形,进而运用矩形的性质求解),
由
(2)知,$\angle CBE = \angle ABD$.
∵$\angle CAG = \angle CBE$,$\angle ACD = \angle ABD$,
∴$\angle ACD = \angle CAG$.
∴$AD = CG$.
∴$\overset{\frown}{AG} = \overset{\frown}{AD} + \overset{\frown}{DG} = \overset{\frown}{CG} + \overset{\frown}{DG} = \overset{\frown}{CD}$.
∴$AG = CD = 4$(提示:在同圆或等圆中,等弧对等弦).
[第2步,利用矩形的判定与性质得到$ME = DG$,$DM = EG$]
∵$BD$为直径,
∴$DG \perp BG$.
∵$BG \perp AE$,
∴四边形$DGEM$为矩形.
∴$ME = DG = 1$,$DM = EG$.
[第3步,利用勾股定理求出$AD$的长度]
设$AD = AE = x$,则$AM = x - 1$.
∵$EG^2 = AG^2 - AE^2$,$DM^2 = AD^2 - AM^2$.
∴$16 - x^2 = x^2 - (x - 1)^2$,
解得$x_1 = 3\sqrt{2} - 1$,$x_2 = -3\sqrt{2} - 1$(舍去).
∴$AD$的长为$3\sqrt{2} - 1$. (9分)
②[第1步,利用圆周角定理的推论及三角函数的定义得到$\frac{DC}{BD} = \frac{AG}{AF}$]
连接$AG$,如图2.(巧作辅助线:连接$AG$,构造出符合圆周角定理的推论的条件),
∵$BD$为直径,
∴$\angle BAH = 90°$.
∴$\angle AHB + \angle ABH = 90°$.
∵$AE \perp BE$,
∴$\angle BAC + \angle ABH = 90°$.
∴$\angle AHB = \angle BAC = \angle BDC$.
∵$AG = CD$,$BD = AF$,
∴$\cos \angle BDC = \frac{DC}{BD} = \frac{AG}{AF}$.
[第2步,用相似三角形的判定与性质得到$\angle ADG = \angle AHF$]
∵$\cos \angle AHB = \frac{DG}{HF}$,
∴$\frac{DG}{HF} = \frac{AG}{AF}$.
又
∵$\triangle ABD \cong \triangle EFA$(AAS),
∴$\angle AFH = \angle ABD = \angle AGD$.
∴$\triangle AGD \sim \triangle AFH$.
∴$\angle ADG = \angle AHF$.
[第3步,根据等腰直角三角形的性质和三角函数的定义求解]
∵$DG \perp BF$,
∴$\angle GDH = \angle DHG = 45°$.
∵$\angle BAD = 90°$,
∴$AB = \sqrt{2}AE = \sqrt{2}AD$.
∴$\tan \angle ABD = \frac{\sqrt{2}}{2}$. (12分)
(解析人:全应毅)
24. 圆的综合题
解:
(1)
∵$BD$为直径,
∴$\angle BCD = 90°$.
∵$\angle ABD = \angle ACD = \alpha$,
∴$\angle ACB = 90° - \alpha$.
∵$BE \perp AC$于点$E$,
∴$\angle CBE = \alpha$. (3分)
(2)证明:
∵$AF // BC$,
∴$\angle AFE = \angle CBE = \angle ABD$.
∵$\angle BAD = \angle FEA = 90°$,$AF = BD$,
∴$\triangle ABD \cong \triangle EFA$(AAS).
∴$AD = AE$. (6分)
(3)①[第1步,利用圆周角定理的推论和等弧对等弦的性质得$AG,CD$的关系]
连接$AG$,作$DM \perp AC$于点$M$,如图1(巧作辅助线:作垂直,构造矩形,进而运用矩形的性质求解),
由
(2)知,$\angle CBE = \angle ABD$.
∵$\angle CAG = \angle CBE$,$\angle ACD = \angle ABD$,
∴$\angle ACD = \angle CAG$.
∴$AD = CG$.
∴$\overset{\frown}{AG} = \overset{\frown}{AD} + \overset{\frown}{DG} = \overset{\frown}{CG} + \overset{\frown}{DG} = \overset{\frown}{CD}$.
∴$AG = CD = 4$(提示:在同圆或等圆中,等弧对等弦).
[第2步,利用矩形的判定与性质得到$ME = DG$,$DM = EG$]
∵$BD$为直径,
∴$DG \perp BG$.
∵$BG \perp AE$,
∴四边形$DGEM$为矩形.
∴$ME = DG = 1$,$DM = EG$.
[第3步,利用勾股定理求出$AD$的长度]
设$AD = AE = x$,则$AM = x - 1$.
∵$EG^2 = AG^2 - AE^2$,$DM^2 = AD^2 - AM^2$.
∴$16 - x^2 = x^2 - (x - 1)^2$,
解得$x_1 = 3\sqrt{2} - 1$,$x_2 = -3\sqrt{2} - 1$(舍去).
∴$AD$的长为$3\sqrt{2} - 1$. (9分)
②[第1步,利用圆周角定理的推论及三角函数的定义得到$\frac{DC}{BD} = \frac{AG}{AF}$]
连接$AG$,如图2.(巧作辅助线:连接$AG$,构造出符合圆周角定理的推论的条件),
∵$BD$为直径,
∴$\angle BAH = 90°$.
∴$\angle AHB + \angle ABH = 90°$.
∵$AE \perp BE$,
∴$\angle BAC + \angle ABH = 90°$.
∴$\angle AHB = \angle BAC = \angle BDC$.
∵$AG = CD$,$BD = AF$,
∴$\cos \angle BDC = \frac{DC}{BD} = \frac{AG}{AF}$.
[第2步,用相似三角形的判定与性质得到$\angle ADG = \angle AHF$]
∵$\cos \angle AHB = \frac{DG}{HF}$,
∴$\frac{DG}{HF} = \frac{AG}{AF}$.
又
∵$\triangle ABD \cong \triangle EFA$(AAS),
∴$\angle AFH = \angle ABD = \angle AGD$.
∴$\triangle AGD \sim \triangle AFH$.
∴$\angle ADG = \angle AHF$.
[第3步,根据等腰直角三角形的性质和三角函数的定义求解]
∵$DG \perp BF$,
∴$\angle GDH = \angle DHG = 45°$.
∵$\angle BAD = 90°$,
∴$AB = \sqrt{2}AE = \sqrt{2}AD$.
∴$\tan \angle ABD = \frac{\sqrt{2}}{2}$. (12分)
(解析人:全应毅)
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