Question

在平面直角坐標系中，已知拋物線y=-

1

2

x²+bx+c（b，c為常數(shù)）的頂點為P，等腰直角三角形ABC的頂點A的坐標為（0，-1），C的坐標為（4，3），直角頂點B在第四象限．
（1）如圖，若該拋物線過A，B兩點，求該拋物線的函數(shù)表達式；
（2）平移（1）中的拋物線，使頂點P在直線AC上滑動，且與AC交于另一點Q．
（i）若點M在直線AC下方，且為平移前（1）中的拋物線上的點，當以M、P、Q三點為頂點的三角形是等腰直角三角形時，求出所有符合條件的點M的坐標；
（ii）取BC的中點N，連接NP，BQ．試探究

PQ

NP+BQ

是否存在最大值？若存在，求出該最大值；若不存在，請說明理由．

Answer 1

（1）∵等腰直角三角形ABC的頂點A的坐標為（0，-1），C的坐標為（4，3）
∴點B的坐標為（4，-1）．
∵拋物線過A（0，-1），B（4，-1）兩點，
∴

c=-1 - 1 2 ×16+4b+c=-1

，解得：b=2，c=-1，
∴拋物線的函數(shù)表達式為：y=-

1

2

x²+2x-1．

（2）i）∵A（0，-1），C（4，3），
∴直線AC的解析式為：y=x-1．
設平移前拋物線的頂點為P₀，則由（1）可得P₀的坐標為（2，1），且P₀在直線AC上．
∵點P在直線AC上滑動，∴可設P的坐標為（m，m-1），
則平移后拋物線的函數(shù)表達式為：y=-

1

2

（x-m）²+m-1．
解方程組：

y=x-1 y=- 1 2 (x-m)2+(m-1)

，
解得

x1=m y1=m-1

，

x2=m-2 y2=m-3

∴P（m，m-1），Q（m-2，m-3）．
過點P作PE∥x軸，過點Q作QF∥y軸，則
PE=m-（m-2）=2，QF=（m-1）-（m-3）=2．
∴PQ=2

2

=AP₀．
若以M、P、Q三點為頂點的等腰直角三角形，則可分為以下兩種情況：
①當PQ為直角邊時：點M到PQ的距離為2

2

（即為PQ的長）．
由A（0，-1），B（4，-1），P₀（2，1）可知，
△ABP₀為等腰直角三角形，且BP₀⊥AC，BP₀=2

2

．
如答圖1，過點B作直線l₁∥AC，交拋物線y=-

1

2

x²+2x-1于點M，則M為符合條件的點．
∴可設直線l₁的解析式為：y=x+b₁，
∵B（4，-1），∴-1=4+b₁，解得b₁=-5，
∴直線l₁的解析式為：y=x-5．
解方程組

y=x-5 y=- 1 2 x2+2x-1

，得：

x1=4 y1=-1

，

x2=-2 y2=-7

∴M₁（4，-1），M₂（-2，-7）．

②當PQ為斜邊時：MP=MQ=2，可求得點M到PQ的距離為

2

．
如答圖2，取AB的中點F，則點F的坐標為（2，-1）．
由A（0，-1），F(xiàn)（2，-1），P₀（2，1）可知：
△AFP₀為等腰直角三角形，且點F到直線AC的距離為

2

．
過點F作直線l₂∥AC，交拋物線y=-

1

2

x²+2x-1于點M，則M為符合條件的點．
∴可設直線l₂的解析式為：y=x+b₂，
∵F（2，-1），∴-1=2+b₂，解得b₂=-3，
∴直線l₂的解析式為：y=x-3．
解方程組

y=x-3 y=- 1 2 x2+2x-1

，得：

x1=1+ 5 y1=-2+ 5

，

x2=1- 5 y2=-2- 5

∴M₃（1+

5

，-2+

5

），M₄（1-

5

，-2-

5

）．
綜上所述，所有符合條件的點M的坐標為：
M₁（4，-1），M₂（-2，-7），M₃（1+

5

，-2+

5

），M₄（1-

5

，-2-

5

）．

ii）

PQ

NP+BQ

存在最大值．理由如下：
由i）知PQ=2

2

為定值，則當NP+BQ取最小值時，

PQ

NP+BQ

有最大值．

如答圖2，取點B關于AC的對稱點B′，易得點B′的坐標為（0，3），BQ=B′Q．
連接QF，F(xiàn)N，QB′，易得FN∥PQ，且FN=PQ，
∴四邊形PQFN為平行四邊形．
∴NP=FQ．
∴NP+BQ=FQ+B′Q≥FB′=

22+42

=2

5

．
∴當B′、Q、F三點共線時，NP+BQ最小，最小值為2

5

．
∴

PQ

NP+BQ

的最大值為

2 2

2 5

=

10

5

．