Question

如圖，等邊△ABC的邊長(zhǎng)為，以BC邊所在直線為x軸，BC邊上的高線AO所在的直線為y軸建立平面直角坐標(biāo)系．
（1）求過A、B、C三點(diǎn)的拋物線的解析式．
（2）如圖，設(shè)⊙P是△ABC的內(nèi)切圓，分別切AB、AC于E、F點(diǎn)，求陰影部分的面積．
（3）點(diǎn)D為y軸上一動(dòng)點(diǎn)，當(dāng)以D點(diǎn)為圓心，3為半徑的⊙D與直線AB、AC都相切時(shí)，試判斷⊙D與（2）中⊙P的位置關(guān)系，并簡(jiǎn)要說明理由．
（4）若（2）中⊙P的大小不變，圓心P設(shè)y軸運(yùn)動(dòng)，設(shè)P點(diǎn)坐標(biāo)為（0，a），則⊙P與直線AB、AC有幾種位置關(guān)系？并寫出相應(yīng)位置關(guān)系時(shí)a的取值范圍．

Answer 1

【答案】分析：（1）設(shè)過A、B、C三點(diǎn)拋物線解析式為y=ax²+bx+c，利用待定系數(shù)法即可求得此二次函數(shù)的解析式；
（2）易證⊙O切BC于O點(diǎn)，連接PE、PF，求得△APE與扇形EPF的面積，由S_陰影=2S_△APE-S_扇形EPF即可求得陰影部分的面積；
（3）設(shè)⊙D分別切直線AB、AC于M、N點(diǎn)，連接DM，由DM=3，∠DAM=30°，即可求得AD與PD的長(zhǎng)，由PD=OD+OP，即可得⊙P與⊙D外切，則當(dāng)點(diǎn)D在y軸負(fù)半軸時(shí)，設(shè)⊙D切直線AB、AC于點(diǎn)Q、G，連接DG，易求得DP=8，由DP＞3+1，可得⊙D與⊙P外離；
（4）當(dāng)a=-1或a=-5時(shí)，⊙P與直線AB、AC相切；當(dāng)-5＜a＜-1時(shí)，⊙P與直線AB、AC相交；當(dāng)a＜-5或a＞-1時(shí)，⊙P與直線AB、AC相離．
解答：解：（1）由條件求得A（0，-3），B（-，0），C（，0），
設(shè)過A、B、C三點(diǎn)拋物線解析式為y=ax²+bx+c，
代入，得，
解得，
∴所求拋物線解析式為：y=x²-3．

（2）易證⊙P切BC于O點(diǎn)．
如圖，連接PE、PF，
∵△ABC=×BC×PE×3=BC×OA，
∴3PE=OA=3，
∴PE=PF=1，PA=2，AE=，
∴S_△APE=，S_扇形EPF=，S_陰影=2S_△APE-S_扇形EPF=-，
（或運(yùn)用S_陰影=求得．）

（3）當(dāng)點(diǎn)D在y軸正半軸時(shí)，
如圖，設(shè)⊙D分別切直線AB、AC于M、N點(diǎn)，連接DM，
∵DM=3，∠DAM=30°，
∴AD=6，
又∵AP=2，
∴PD=4，
∴PD=OD+OP，
∴⊙P與⊙D外切．
當(dāng)點(diǎn)D在y軸負(fù)半軸時(shí)，設(shè)⊙D切直線AB、AC于點(diǎn)Q、G，連接DG，易求得DP=8，
∴DP＞3+1，
∴⊙D與⊙P外離．

（4）⊙P與直線AB、AC有三種位置關(guān)系：相切、相交、相離．
如圖，當(dāng)a=-1或a=-5時(shí)，⊙P與直線AB、AC相切；
當(dāng)-5＜a＜-1時(shí)，⊙P與直線AB、AC相交；
當(dāng)a＜-5或a＞-1時(shí)，⊙P與直線AB、AC相離．
點(diǎn)評(píng)：此題考查了圓與圓的位置關(guān)系，待定系數(shù)法求二次函數(shù)的解析式，切線的性質(zhì)與判定等知識(shí)．此題綜合性較強(qiáng)，難度較大，注意數(shù)形結(jié)合思想的應(yīng)用，注意掌握兩圓位置關(guān)系與圓心距d，兩圓半徑R，r的數(shù)量關(guān)系間的聯(lián)系是解此題的關(guān)鍵．