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3. 在平面直角坐标系中,已知抛物线 $ y = ax^2 - 2ax + c $ ($ a > 0 $).
(1)当 $ a = c $ 时,
①求抛物线的顶点坐标.
②将抛物线向下平移 $ m $ ($ m > 0 $)个单位长度,若平移后的抛物线过点 $ (0, -8) $,且与 $ x $ 轴两交点之间的距离为 6,求 $ m $ 的值.
(2)已知点 $ M(2, 2n + 1) $,$ N(-1, 3n + 2) $ 在抛物线上,且 $ c < 2 $,求 $ n $ 的取值范围.
(1)当 $ a = c $ 时,
①求抛物线的顶点坐标.
②将抛物线向下平移 $ m $ ($ m > 0 $)个单位长度,若平移后的抛物线过点 $ (0, -8) $,且与 $ x $ 轴两交点之间的距离为 6,求 $ m $ 的值.
(2)已知点 $ M(2, 2n + 1) $,$ N(-1, 3n + 2) $ 在抛物线上,且 $ c < 2 $,求 $ n $ 的取值范围.
答案:
解:
(1)①
∵$a = c$,
∴$y=ax^{2}-2ax + a=a(x - 1)^{2}$.
∴抛物线的顶点坐标为$(1,0)$.
②将抛物线向下平移$m(m>0)$个单位长度,所得抛物线为$y=ax^{2}-2ax + a - m$,
将点$(0,-8)$的坐标代入,得$a - m=-8$,
∴$m = a + 8$.
∴$y=ax^{2}-2ax + a - a - 8=ax^{2}-2ax - 8$.
设平移后抛物线与$x$轴的两个交点坐标为$(x_{1},0)$,$(x_{2},0)$,
∴$x_{1}+x_{2}=-\frac{-2a}{a}=2$,$x_{1}x_{2}=\frac{-8}{a}$.
∵平移后抛物线与$x$轴两交点之间的距离为6,
∴$|x_{1}-x_{2}|=\sqrt{(x_{1}+x_{2})^{2}-4x_{1}x_{2}}=\sqrt{4+\frac{32}{a}}=6$,
解得$a = 1$.
经检验,$a = 1$是原方程的解且符合题意,
∴$m = 1 + 8 = 9$.
(2)由题意得,抛物线的对称轴为$x=-\frac{-2a}{2a}=1$,
点$M(2,2n + 1)$关于对称轴的对称点为$(0,2n + 1)$.
将点$(0,2n + 1)$,$(-1,3n + 2)$的坐标代入$y=ax^{2}-2ax + c$,
得$\begin{cases}c = 2n + 1\\a + 2a + c = 3n + 2\end{cases}$
∴$\begin{cases}a=\frac{n + 1}{3}\\c = 2n + 1\end{cases}$
∵$a>0$,$c<2$,
∴$\begin{cases}\frac{n + 1}{3}>0\\2n + 1<2\end{cases}$
解得$-1<n<\frac{1}{2}$.
∴$n$的取值范围为$-1<n<\frac{1}{2}$.
(1)①
∵$a = c$,
∴$y=ax^{2}-2ax + a=a(x - 1)^{2}$.
∴抛物线的顶点坐标为$(1,0)$.
②将抛物线向下平移$m(m>0)$个单位长度,所得抛物线为$y=ax^{2}-2ax + a - m$,
将点$(0,-8)$的坐标代入,得$a - m=-8$,
∴$m = a + 8$.
∴$y=ax^{2}-2ax + a - a - 8=ax^{2}-2ax - 8$.
设平移后抛物线与$x$轴的两个交点坐标为$(x_{1},0)$,$(x_{2},0)$,
∴$x_{1}+x_{2}=-\frac{-2a}{a}=2$,$x_{1}x_{2}=\frac{-8}{a}$.
∵平移后抛物线与$x$轴两交点之间的距离为6,
∴$|x_{1}-x_{2}|=\sqrt{(x_{1}+x_{2})^{2}-4x_{1}x_{2}}=\sqrt{4+\frac{32}{a}}=6$,
解得$a = 1$.
经检验,$a = 1$是原方程的解且符合题意,
∴$m = 1 + 8 = 9$.
(2)由题意得,抛物线的对称轴为$x=-\frac{-2a}{2a}=1$,
点$M(2,2n + 1)$关于对称轴的对称点为$(0,2n + 1)$.
将点$(0,2n + 1)$,$(-1,3n + 2)$的坐标代入$y=ax^{2}-2ax + c$,
得$\begin{cases}c = 2n + 1\\a + 2a + c = 3n + 2\end{cases}$
∴$\begin{cases}a=\frac{n + 1}{3}\\c = 2n + 1\end{cases}$
∵$a>0$,$c<2$,
∴$\begin{cases}\frac{n + 1}{3}>0\\2n + 1<2\end{cases}$
解得$-1<n<\frac{1}{2}$.
∴$n$的取值范围为$-1<n<\frac{1}{2}$.
4. (2024·山东四市)在平面直角坐标系 $ xOy $ 中,点 $ P(2, -3) $ 在二次函数 $ y = ax^2 + bx - 3 $ ($ a > 0 $)的图象上,记该二次函数图象的对称轴为直线 $ x = m $.
(1)求 $ m $ 的值.
(2)若点 $ Q(m, -4) $ 在 $ y = ax^2 + bx - 3 $ 的图象上. 将该二次函数的图象向上平移 5 个单位长度,得到新的二次函数的图象. 当 $ 0 \leq x \leq 4 $ 时,求新的二次函数的最大值与最小值的和.
(3)设 $ y = ax^2 + bx - 3 $ 的图象与 $ x $ 轴交点为 $ (x_1, 0) $,$ (x_2, 0) $ ($ x_1 < x_2 $). 若 $ 4 < x_2 - x_1 < 6 $,求 $ a $ 的取值范围.
(1)求 $ m $ 的值.
(2)若点 $ Q(m, -4) $ 在 $ y = ax^2 + bx - 3 $ 的图象上. 将该二次函数的图象向上平移 5 个单位长度,得到新的二次函数的图象. 当 $ 0 \leq x \leq 4 $ 时,求新的二次函数的最大值与最小值的和.
(3)设 $ y = ax^2 + bx - 3 $ 的图象与 $ x $ 轴交点为 $ (x_1, 0) $,$ (x_2, 0) $ ($ x_1 < x_2 $). 若 $ 4 < x_2 - x_1 < 6 $,求 $ a $ 的取值范围.
答案:
解:
(1)因为点$P(2,-3)$在二次函数$y=ax^{2}+bx - 3$的图象上,
所以$-3 = 4a + 2b - 3$.
所以$b=-2a$.
所以$y=ax^{2}+bx - 3$可化为$y=ax^{2}-2ax - 3$.
所以对称轴为直线$x = 1$.
所以$m = 1$.
(2)因为点$Q(1,-4)$在$y=ax^{2}-2ax - 3$的图象上,
所以$-4 = a-2a - 3$.
所以$a = 1$.
所以$y=x^{2}-2x - 3$.
将$y=x^{2}-2x - 3$的图象向上平移5个单位长度得到$y=x^{2}-2x + 2$的图象.
因为$y=x^{2}-2x + 2$的图象开口方向向上,对称轴为直线$x = 1$,
所以当$0\leqslant x\leqslant1$时,$y$随$x$的增大而减小;
当$1<x\leqslant4$时,$y$随$x$的增大而增大.
所以当$x = 1$时,$y$取得最小值1;当$x = 4$时,$y$取得最大值10.所以最大值与最小值的和为11.
(3)因为$a>0$,
所以$y=ax^{2}-2ax - 3$的图象开口方向向上.
因为对称轴为直线$x = 1$,
所以$1 - x_{1}=x_{2}-1$.
所以$x_{2}=2 - x_{1}$.
因为$4<x_{2}-x_{1}<6$,
所以$-2<x_{1}<-1$.
所以$x=-2$时,$y>0$,且$x=-1$时,$y<0$.
即$4a + 4a - 3>0$且$a + 2a - 3<0$.
所以$\frac{3}{8}<a<1$.
(1)因为点$P(2,-3)$在二次函数$y=ax^{2}+bx - 3$的图象上,
所以$-3 = 4a + 2b - 3$.
所以$b=-2a$.
所以$y=ax^{2}+bx - 3$可化为$y=ax^{2}-2ax - 3$.
所以对称轴为直线$x = 1$.
所以$m = 1$.
(2)因为点$Q(1,-4)$在$y=ax^{2}-2ax - 3$的图象上,
所以$-4 = a-2a - 3$.
所以$a = 1$.
所以$y=x^{2}-2x - 3$.
将$y=x^{2}-2x - 3$的图象向上平移5个单位长度得到$y=x^{2}-2x + 2$的图象.
因为$y=x^{2}-2x + 2$的图象开口方向向上,对称轴为直线$x = 1$,
所以当$0\leqslant x\leqslant1$时,$y$随$x$的增大而减小;
当$1<x\leqslant4$时,$y$随$x$的增大而增大.
所以当$x = 1$时,$y$取得最小值1;当$x = 4$时,$y$取得最大值10.所以最大值与最小值的和为11.
(3)因为$a>0$,
所以$y=ax^{2}-2ax - 3$的图象开口方向向上.
因为对称轴为直线$x = 1$,
所以$1 - x_{1}=x_{2}-1$.
所以$x_{2}=2 - x_{1}$.
因为$4<x_{2}-x_{1}<6$,
所以$-2<x_{1}<-1$.
所以$x=-2$时,$y>0$,且$x=-1$时,$y<0$.
即$4a + 4a - 3>0$且$a + 2a - 3<0$.
所以$\frac{3}{8}<a<1$.
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