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21. (2025·扬州)如图,在平面直角坐标系中,二次函数 $ y = -x^2 - 2x + 3 $的图象(记为 $ G_1 $)与 $ x $ 轴交于点 $ A $,$ B $,与 $ y $ 轴交于点 $ C $,二次函数 $ y = x^2 + bx + c $的图象(记为 $ G_2 $)经过点 $ A $,$ C $。直线 $ x = t $与两个图象 $ G_1 $,$ G_2 $分别交于点 $ M $,$ N $,与 $ x $ 轴交于点 $ P $。
(1) 求 $ b $,$ c $的值。
(2) 当点 $ P $ 在线段 $ AO $ 上时,求 $ MN $ 的最大值。
(3) 设点 $ M $,$ N $ 到直线 $ AC $ 的距离分别为 $ m $,$ n $。当 $ m + n = 4 $ 时,对应的 $ t $ 值有

(1) 求 $ b $,$ c $的值。
(2) 当点 $ P $ 在线段 $ AO $ 上时,求 $ MN $ 的最大值。
(3) 设点 $ M $,$ N $ 到直线 $ AC $ 的距离分别为 $ m $,$ n $。当 $ m + n = 4 $ 时,对应的 $ t $ 值有
2
个;当 $ m - n = 3 $ 时,对应的 $ t $ 值有0
个;当 $ mn = 2 $ 时,对应的 $ t $ 值有4
个;当 $ \frac{m}{n} = 1 $ 时,对应的 $ t $ 值有无数
个。
答案:
21.
(1)
∵二次函数$y=-x^{2}-2x+3=-(x+3)(x-1)$,
∴令$y=0$,可得$x=-3$或$x=1$,即$A(-3,0)$,$B(1,0)$.令$x=0$,得$y=3$,
∴$C(0,3)$.把$A(-3,0)$,$C(0,3)$代入$y=x^{2}+bx+c$中,可得$\begin{cases}c = 3\\9 - 3b + c = 0\end{cases}$,解得$\begin{cases}b = 4\\c = 3\end{cases}$.
(2)由
(1)知,$G_{2}$对应的函数解析式为$y=x^{2}+4x+3$.
∵直线$x=t$与两个图象$G_{1}$,$G_{2}$分别交于点$M$,$N$,
∴$M(t,-t^{2}-2t+3)$,$N(t,t^{2}+4t+3)(-3\leq t\leq0)$,
∴$MN=-t^{2}-2t+3-t^{2}-4t-3=-2t^{2}-6t=-2(t+\frac{3}{2})^{2}+\frac{9}{2}$,
∴当$t=-\frac{3}{2}$时,$MN$取得最大值,
∴$MN$的最大值为$\frac{9}{2}$.
(3)2 0 4 无数 解析:如图,过点$M$作$MS⊥AC$于点$S$,过点$N$作$NR⊥AC$于点$R$,设$MN$交$AC$于点$E$.
∵$A(-3,0)$,$C(0,3)$,
∴易得直线$AC$对应的函数解析式为$y=x+3$,且$∠CAB = 45^{\circ}$,
∴易得$∠MES = ∠NER = 45^{\circ}$.
∵$MS = m$,$RN = n$,
∴易得$ME=\sqrt{2}m$,$EN=\sqrt{2}n$.
∵$E(t,t + 3)$,
∴$ME = |t^{2}+3t|$,$NE = |t^{2}+3t|$,
∴$ME = NE$,
∴$m = n$.当$m + n = 4$时,即$m = n = 2$,
∴$MN = 4\sqrt{2}$.当$-3\leq t\leq0$时,$MN_{max}=\frac{9}{2}<4\sqrt{2}$,那么由图可知,当$t < -3$或$t > 1$时,共2种情况满足题意,
∴对应的$t$值有2个.当$m - n = 3$时,即$m = n + 3$,这与$m = n$相矛盾,故不成立,
∴对应的$t$值有0个.当$mn = 2$时,$m = n=\sqrt{2}$,
∴$ME = 2$,
∴$|t^{2}+3t| = 2$,即$t^{2}+3t = ±2$,解得$t = -2$或$-1$或$\frac{-3 - \sqrt{17}}{2}$或$\frac{-3 + \sqrt{17}}{2}$,
∴对应的$t$值有4个.当$\frac{m}{n}=1$时,
∵$m = n$恒成立,
∴对应的$t$值有无数个.
21.
(1)
∵二次函数$y=-x^{2}-2x+3=-(x+3)(x-1)$,
∴令$y=0$,可得$x=-3$或$x=1$,即$A(-3,0)$,$B(1,0)$.令$x=0$,得$y=3$,
∴$C(0,3)$.把$A(-3,0)$,$C(0,3)$代入$y=x^{2}+bx+c$中,可得$\begin{cases}c = 3\\9 - 3b + c = 0\end{cases}$,解得$\begin{cases}b = 4\\c = 3\end{cases}$.
(2)由
(1)知,$G_{2}$对应的函数解析式为$y=x^{2}+4x+3$.
∵直线$x=t$与两个图象$G_{1}$,$G_{2}$分别交于点$M$,$N$,
∴$M(t,-t^{2}-2t+3)$,$N(t,t^{2}+4t+3)(-3\leq t\leq0)$,
∴$MN=-t^{2}-2t+3-t^{2}-4t-3=-2t^{2}-6t=-2(t+\frac{3}{2})^{2}+\frac{9}{2}$,
∴当$t=-\frac{3}{2}$时,$MN$取得最大值,
∴$MN$的最大值为$\frac{9}{2}$.
(3)2 0 4 无数 解析:如图,过点$M$作$MS⊥AC$于点$S$,过点$N$作$NR⊥AC$于点$R$,设$MN$交$AC$于点$E$.
∵$A(-3,0)$,$C(0,3)$,
∴易得直线$AC$对应的函数解析式为$y=x+3$,且$∠CAB = 45^{\circ}$,
∴易得$∠MES = ∠NER = 45^{\circ}$.
∵$MS = m$,$RN = n$,
∴易得$ME=\sqrt{2}m$,$EN=\sqrt{2}n$.
∵$E(t,t + 3)$,
∴$ME = |t^{2}+3t|$,$NE = |t^{2}+3t|$,
∴$ME = NE$,
∴$m = n$.当$m + n = 4$时,即$m = n = 2$,
∴$MN = 4\sqrt{2}$.当$-3\leq t\leq0$时,$MN_{max}=\frac{9}{2}<4\sqrt{2}$,那么由图可知,当$t < -3$或$t > 1$时,共2种情况满足题意,
∴对应的$t$值有2个.当$m - n = 3$时,即$m = n + 3$,这与$m = n$相矛盾,故不成立,
∴对应的$t$值有0个.当$mn = 2$时,$m = n=\sqrt{2}$,
∴$ME = 2$,
∴$|t^{2}+3t| = 2$,即$t^{2}+3t = ±2$,解得$t = -2$或$-1$或$\frac{-3 - \sqrt{17}}{2}$或$\frac{-3 + \sqrt{17}}{2}$,
∴对应的$t$值有4个.当$\frac{m}{n}=1$时,
∵$m = n$恒成立,
∴对应的$t$值有无数个.
22. (2025·山东)已知二次函数 $ y = x(x - a) + (x - a)(x - b) + x(x - b) $,其中 $ a $,$ b $为两个不相等的实数。
(1) 当 $ a = 0 $,$ b = 3 $ 时,求此函数图象的对称轴。
(2) 当 $ b = 2a $ 时,若该函数在 $ 0 \leq x \leq 1 $ 时,$ y $ 随 $ x $ 的增大而减小;在 $ 3 \leq x \leq 4 $ 时,$ y $ 随 $ x $ 的增大而增大,求 $ a $ 的取值范围。
(3) 若点 $ A(a,y_1) $,$ B(\frac{a + b}{2},y_2) $,$ C(b,y_3) $均在该函数的图象上,是否存在常数 $ m $,使得 $ y_1 + my_2 + y_3 = 0 $?若存在,求出 $ m $ 的值;若不存在,说明理由。
(1) 当 $ a = 0 $,$ b = 3 $ 时,求此函数图象的对称轴。
(2) 当 $ b = 2a $ 时,若该函数在 $ 0 \leq x \leq 1 $ 时,$ y $ 随 $ x $ 的增大而减小;在 $ 3 \leq x \leq 4 $ 时,$ y $ 随 $ x $ 的增大而增大,求 $ a $ 的取值范围。
(3) 若点 $ A(a,y_1) $,$ B(\frac{a + b}{2},y_2) $,$ C(b,y_3) $均在该函数的图象上,是否存在常数 $ m $,使得 $ y_1 + my_2 + y_3 = 0 $?若存在,求出 $ m $ 的值;若不存在,说明理由。
答案:
22.
(1)当$a = 0$,$b = 3$时,二次函数$y=x(x - a)+(x - a)(x - b)+x(x - b)$可化为$y=x(x - 0)+(x - 0)(x - 3)+x(x - 3)=3x^{2}-6x$,
∴此函数图象的对称轴为直线$x=-\frac{-6}{2×3}=1$.
(2)当$b = 2a$时,二次函数$y=x(x - a)+(x - a)(x - b)+x(x - b)$可化为$y=x(x - a)+(x - a)(x - 2a)+x(x - 2a)=3x^{2}-6ax+2a^{2}$,
∴该函数图象的对称轴为直线$x=-\frac{-6a}{2×3}=a$.
∵$3>0$,
∴该函数图象开口向上.
∵在$0\leq x\leq1$时,$y$随$x$的增大而减小,
∴$a\geq1$.
∵在$3\leq x\leq4$时,$y$随$x$的增大而增大,
∴$a\leq3$,
∴$1\leq a\leq3$.
(3)存在.
∵点$A(a,y_{1})$,$B(\frac{a + b}{2},y_{2})$,$C(b,y_{3})$均在该函数的图象上,
∴$y_{1}=a(a - a)+(a - a)(a - b)+a(a - b)=a^{2}-ab$.
∵$y=x(x - a)+(x - a)(x - b)+x(x - b)=3x^{2}-2(a + b)x+ab$,
∴$y_{2}=3(\frac{a + b}{2})^{2}-2(a + b)(\frac{a + b}{2})+ab=3×\frac{(a + b)^{2}}{4}-(a + b)^{2}+ab=-\frac{(a + b)^{2}}{4}+ab=-\frac{1}{4}a^{2}-\frac{ab}{2}-\frac{1}{4}b^{2}+ab=-\frac{1}{4}a^{2}+\frac{ab}{2}-\frac{1}{4}b^{2}=-\frac{1}{4}(a^{2}-2ab + b^{2})=-\frac{1}{4}(a - b)^{2}$,$y_{3}=b(b - a)+(b - a)(b - b)+b(b - b)=b^{2}-ab$.
∵$y_{1}+my_{2}+y_{3}=0$,
∴$a^{2}-ab+m[-\frac{1}{4}(a - b)^{2}]+b^{2}-ab=0$,整理得$(a - b)^{2}(1-\frac{1}{4}m)=0$.
∵$a$,$b$为两个不相等的实数,
∴$a - b\neq0$,
∴$1-\frac{1}{4}m=0$,解得$m = 4$.
(1)当$a = 0$,$b = 3$时,二次函数$y=x(x - a)+(x - a)(x - b)+x(x - b)$可化为$y=x(x - 0)+(x - 0)(x - 3)+x(x - 3)=3x^{2}-6x$,
∴此函数图象的对称轴为直线$x=-\frac{-6}{2×3}=1$.
(2)当$b = 2a$时,二次函数$y=x(x - a)+(x - a)(x - b)+x(x - b)$可化为$y=x(x - a)+(x - a)(x - 2a)+x(x - 2a)=3x^{2}-6ax+2a^{2}$,
∴该函数图象的对称轴为直线$x=-\frac{-6a}{2×3}=a$.
∵$3>0$,
∴该函数图象开口向上.
∵在$0\leq x\leq1$时,$y$随$x$的增大而减小,
∴$a\geq1$.
∵在$3\leq x\leq4$时,$y$随$x$的增大而增大,
∴$a\leq3$,
∴$1\leq a\leq3$.
(3)存在.
∵点$A(a,y_{1})$,$B(\frac{a + b}{2},y_{2})$,$C(b,y_{3})$均在该函数的图象上,
∴$y_{1}=a(a - a)+(a - a)(a - b)+a(a - b)=a^{2}-ab$.
∵$y=x(x - a)+(x - a)(x - b)+x(x - b)=3x^{2}-2(a + b)x+ab$,
∴$y_{2}=3(\frac{a + b}{2})^{2}-2(a + b)(\frac{a + b}{2})+ab=3×\frac{(a + b)^{2}}{4}-(a + b)^{2}+ab=-\frac{(a + b)^{2}}{4}+ab=-\frac{1}{4}a^{2}-\frac{ab}{2}-\frac{1}{4}b^{2}+ab=-\frac{1}{4}a^{2}+\frac{ab}{2}-\frac{1}{4}b^{2}=-\frac{1}{4}(a^{2}-2ab + b^{2})=-\frac{1}{4}(a - b)^{2}$,$y_{3}=b(b - a)+(b - a)(b - b)+b(b - b)=b^{2}-ab$.
∵$y_{1}+my_{2}+y_{3}=0$,
∴$a^{2}-ab+m[-\frac{1}{4}(a - b)^{2}]+b^{2}-ab=0$,整理得$(a - b)^{2}(1-\frac{1}{4}m)=0$.
∵$a$,$b$为两个不相等的实数,
∴$a - b\neq0$,
∴$1-\frac{1}{4}m=0$,解得$m = 4$.
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