24. (12分)如图,一次函数$y=kx+b$与反比例函数$y=\frac{k_1}{x}(x<0)$的图象相交于点A,B,已知点A的坐标为$(-2,4)$,点B的横坐标为$-4$.
(1) 求该反比例函数的表达式;
(2) 请直接写出当$x<0$时,不等式$kx+b≥\frac{k_1}{x}$的解集;
(3) D是y轴上一点,E是平面内一点,若以A,B,D,E为顶点的四边形是菱形,求满足条件的点E的坐标.

(1) 求该反比例函数的表达式;
(2) 请直接写出当$x<0$时,不等式$kx+b≥\frac{k_1}{x}$的解集;
(3) D是y轴上一点,E是平面内一点,若以A,B,D,E为顶点的四边形是菱形,求满足条件的点E的坐标.
答案:24. (1) $y=\frac{-8}{x}$ (2) $-4≤ x≤-2$ (3) 以点A,B,D,E为顶点的四边形是菱形,点E的坐标为$(-2,0)$或$(-6,6)$
解析:
【分析】
(1) 求反比例函数表达式只需利用待定系数法,将已知点A的坐标代入反比例函数解析式,求出未知系数$k_1$即可。
(2) 不等式$kx+b≥\frac{k_1}{x}(x<0)$的几何意义是x<0范围内一次函数图像位于反比例函数图像上方(含交点)对应的x取值,结合两函数交点的横坐标即可直接得到解集。
(3) 先求出点B坐标和AB的长度,再分两种情况讨论:①AB为菱形的对角线,利用菱形对角线互相垂直平分、邻边相等的性质求解;②AB为菱形的边,利用菱形四边相等、对边平行的性质求解,最终得到符合条件的点E坐标。
【解析】
(1) 将点$A(-2,4)$代入反比例函数$y=\frac{k_1}{x}$,得:
$4=\frac{k_1}{-2}$,解得$k_1=-8$
∴反比例函数的表达式为$y=-\frac{8}{x}$
(2) 将$x=-4$代入$y=-\frac{8}{x}$,得$y=\frac{-8}{-4}=2$,即点B坐标为$(-4,2)$。
观察图像可得,x<0时一次函数图像在反比例函数图像上方(含交点)的x范围为$-4≤x≤-2$,即不等式的解集为$-4≤x≤-2$。
(3) 先计算AB的长度:由$A(-2,4)$、$B(-4,2)$,得$AB=\sqrt{(-2+4)^2+(4-2)^2}=\sqrt{8}=2\sqrt{2}$,设y轴上的点D坐标为$(0,m)$,分两种情况讨论:
① 当AB为菱形的对角线时:
菱形邻边相等,故$AD=BD$,即$AD^2=BD^2$,代入坐标得:
$(-2-0)^2+(4-m)^2=(-4-0)^2+(2-m)^2$
展开化简得:$20-8m=20-4m$,解得$m=0$,即$D(0,0)$。
菱形对角线互相平分,故AB的中点$(-3,3)$也是DE的中点,设$E(p,q)$,则$\frac{0+p}{2}=-3$,$\frac{0+q}{2}=3$,解得$p=-6,q=6$,即$E(-6,6)$。
② 当AB为菱形的边时:
此时$AD=AB=2\sqrt{2}$,故$AD^2=8$,代入坐标得:
$(-2-0)^2+(4-m)^2=8$,即$(4-m)^2=4$,解得$m=2$或$m=6$。
当$m=2$时,$D(0,2)$,由菱形对边平行且相等,向量$\overrightarrow{AB}=(-2,-2)=\overrightarrow{DE}$,得E坐标为$(0-2,2-2)=(-2,0)$,验证符合菱形条件。
当$m=6$时,计算得$BD=4\sqrt{2}≠AB$,无法构成菱形,舍去。
综上,满足条件的点E坐标为$(-2,0)$或$(-6,6)$。
【答案】
(1) $y=-\frac{8}{x}$
(2) $-4≤x≤-2$
(3) $(-2,0)$或$(-6,6)$
【知识点】
待定系数法求反比例函数解析式、一次函数与反比例函数综合、菱形的性质
【点评】
本题属于函数与几何的综合题,前两问侧重基础,考查对函数图像和不等式解集的对应关系的理解,第三问需要结合菱形性质分类讨论,避免漏解,考查数形结合和分类讨论的数学思想。
【难度系数】
0.6
(1) 求反比例函数表达式只需利用待定系数法,将已知点A的坐标代入反比例函数解析式,求出未知系数$k_1$即可。
(2) 不等式$kx+b≥\frac{k_1}{x}(x<0)$的几何意义是x<0范围内一次函数图像位于反比例函数图像上方(含交点)对应的x取值,结合两函数交点的横坐标即可直接得到解集。
(3) 先求出点B坐标和AB的长度,再分两种情况讨论:①AB为菱形的对角线,利用菱形对角线互相垂直平分、邻边相等的性质求解;②AB为菱形的边,利用菱形四边相等、对边平行的性质求解,最终得到符合条件的点E坐标。
【解析】
(1) 将点$A(-2,4)$代入反比例函数$y=\frac{k_1}{x}$,得:
$4=\frac{k_1}{-2}$,解得$k_1=-8$
∴反比例函数的表达式为$y=-\frac{8}{x}$
(2) 将$x=-4$代入$y=-\frac{8}{x}$,得$y=\frac{-8}{-4}=2$,即点B坐标为$(-4,2)$。
观察图像可得,x<0时一次函数图像在反比例函数图像上方(含交点)的x范围为$-4≤x≤-2$,即不等式的解集为$-4≤x≤-2$。
(3) 先计算AB的长度:由$A(-2,4)$、$B(-4,2)$,得$AB=\sqrt{(-2+4)^2+(4-2)^2}=\sqrt{8}=2\sqrt{2}$,设y轴上的点D坐标为$(0,m)$,分两种情况讨论:
① 当AB为菱形的对角线时:
菱形邻边相等,故$AD=BD$,即$AD^2=BD^2$,代入坐标得:
$(-2-0)^2+(4-m)^2=(-4-0)^2+(2-m)^2$
展开化简得:$20-8m=20-4m$,解得$m=0$,即$D(0,0)$。
菱形对角线互相平分,故AB的中点$(-3,3)$也是DE的中点,设$E(p,q)$,则$\frac{0+p}{2}=-3$,$\frac{0+q}{2}=3$,解得$p=-6,q=6$,即$E(-6,6)$。
② 当AB为菱形的边时:
此时$AD=AB=2\sqrt{2}$,故$AD^2=8$,代入坐标得:
$(-2-0)^2+(4-m)^2=8$,即$(4-m)^2=4$,解得$m=2$或$m=6$。
当$m=2$时,$D(0,2)$,由菱形对边平行且相等,向量$\overrightarrow{AB}=(-2,-2)=\overrightarrow{DE}$,得E坐标为$(0-2,2-2)=(-2,0)$,验证符合菱形条件。
当$m=6$时,计算得$BD=4\sqrt{2}≠AB$,无法构成菱形,舍去。
综上,满足条件的点E坐标为$(-2,0)$或$(-6,6)$。
【答案】
(1) $y=-\frac{8}{x}$
(2) $-4≤x≤-2$
(3) $(-2,0)$或$(-6,6)$
【知识点】
待定系数法求反比例函数解析式、一次函数与反比例函数综合、菱形的性质
【点评】
本题属于函数与几何的综合题,前两问侧重基础,考查对函数图像和不等式解集的对应关系的理解,第三问需要结合菱形性质分类讨论,避免漏解,考查数形结合和分类讨论的数学思想。
【难度系数】
0.6
25. (12分)如果一个四边形的四个顶点在同一个圆上,我们就称这个四边形为圆内接四边形.
(1) 下列选项中,一定是圆内接四边形的是
① 平行四边形; ② 菱形; ③ 矩形; ④ 正方形.
(2) 如图①,一次函数$y=\frac{\sqrt{3}}{3}x+1$的图象与x轴交于点A,与y轴交于点B,点C在x轴的正半轴上,点D在y轴负半轴上,若A,B,C,D四点共圆.
① 设$△ AOD,△ COB$,四边形ABCD的面积分别为$S_1,S_2,S$,且满足:$\sqrt{S}=\sqrt{S_1}+\sqrt{S_2}$,试判断$△ BOC$的形状,并说明理由;
② 在①的条件下,求四边形ABCD的面积.
(3) 如图②,若等腰直角三角形ABC的外接圆为$\odot O$,半径为r,平面上有两点E,F,分别与$△ ABC$的三个顶点构成圆内接四边形(点E在AB的左侧,点F在AC的右侧),求五边形AEBCF面积的最大值.

(1) 下列选项中,一定是圆内接四边形的是
③④
(填序号).① 平行四边形; ② 菱形; ③ 矩形; ④ 正方形.
(2) 如图①,一次函数$y=\frac{\sqrt{3}}{3}x+1$的图象与x轴交于点A,与y轴交于点B,点C在x轴的正半轴上,点D在y轴负半轴上,若A,B,C,D四点共圆.
① 设$△ AOD,△ COB$,四边形ABCD的面积分别为$S_1,S_2,S$,且满足:$\sqrt{S}=\sqrt{S_1}+\sqrt{S_2}$,试判断$△ BOC$的形状,并说明理由;
② 在①的条件下,求四边形ABCD的面积.
(3) 如图②,若等腰直角三角形ABC的外接圆为$\odot O$,半径为r,平面上有两点E,F,分别与$△ ABC$的三个顶点构成圆内接四边形(点E在AB的左侧,点F在AC的右侧),求五边形AEBCF面积的最大值.
答案:25. (1) ③④ (2) ① $△ BOC$为等腰三角形 ② $S_{\mathrm{四边形}ABCD}=(1+\sqrt{3})^2×\frac{1}{2}=\frac{4+2\sqrt{3}}{2}=2+\sqrt{3}$ (3) $S_{\mathrm{五边形}AEBCF}$的最大值为$r^2+r^2+\frac{\sqrt{2}}{2}r^2-\frac{1}{2}r^2=\frac{3+\sqrt{2}}{2}r^2$
解析:
【分析】
(1) 依据圆内接四边形对角互补的性质,逐一判断各选项四边形的对角是否满足互补关系即可;
(2) ①先求出一次函数与坐标轴交点A、B的坐标,结合四点共圆的性质推导得到△AOD∽△COB,再将面积关系$\sqrt{S}=\sqrt{S_1}+\sqrt{S_2}$两边平方,通过等量代换推导边的关系,即可判断△BOC的形状;②结合①的结论,利用对角线互相垂直的四边形面积公式计算即可;
(3) 等腰直角△ABC的面积为固定值,要使五边形AEBCF面积最大,需△ABE、△ACF的面积取最大值,根据圆上点到定弦的距离最大时对应三角形面积最大的规律,分别计算最大值相加即可。
【解析】
(1) 圆内接四边形的对角互补:
①平行四边形仅对角相等,只有是矩形时对角才互补,不一定是圆内接四边形;
②菱形仅对角相等,只有是正方形时对角才互补,不一定是圆内接四边形;
③矩形四个内角均为90°,对角和为180°,一定是圆内接四边形;
④正方形四个内角均为90°,对角和为180°,一定是圆内接四边形;
故选③④。
(2) ①$△ BOC$为等腰三角形,理由如下:
对于一次函数$y=\frac{\sqrt{3}}{3}x+1$,令$y=0$,解得$x=-\sqrt{3}$,即$A(-\sqrt{3},0)$,$OA=\sqrt{3}$;令$x=0$,解得$y=1$,即$B(0,1)$,$OB=1$。
∵A、B、C、D四点共圆,
∴$∠ OAD=∠ OCB$,又$∠ AOD=∠ COB=90°$,
∴$△ AOD ∽ △ COB$,相似比为$\frac{OA}{OB}=\sqrt{3}$。
将$\sqrt{S}=\sqrt{S_1}+\sqrt{S_2}$两边平方得$S=S_1+S_2+2\sqrt{S_1S_2}$,
又四边形ABCD的面积可表示为四个小直角三角形面积之和,即$S=S_1+S_2+S_{△ AOB}+S_{△ COD}$,
因此$S_{△ AOB}+S_{△ COD}=2\sqrt{S_1S_2}$。
由$△ AOD ∽ △ COB$得$\frac{OD}{OC}=\sqrt{3}$,设$OC=m$,则$OD=\sqrt{3}m$,代入上式得:
$\frac{1}{2}×\sqrt{3}×1 + \frac{1}{2}× m×\sqrt{3}m = 2\sqrt{(\frac{1}{2}×\sqrt{3}×\sqrt{3}m)(\frac{1}{2}× m×1)}$
化简得$m^2-2m+1=0$,解得$m=1$,即$OC=1=OB$,又$∠ BOC=90°$,故$△ BOC$为等腰三角形。
②由①得$OC=1$,$OD=\sqrt{3}$,则$AC=\sqrt{3}+1$,$BD=1+\sqrt{3}$,
对角线互相垂直的四边形面积$S=\frac{1}{2}× AC× BD=\frac{1}{2}×(\sqrt{3}+1)^2=2+\sqrt{3}$。
(3) 等腰直角$△ ABC$外接圆半径为$r$,故斜边$AB=2r$,$AC=BC=\sqrt{2}r$,$S_{△ ABC}=\frac{1}{2}×\sqrt{2}r×\sqrt{2}r=r^2$。
E、F均在$\odot O$上,要使五边形面积最大,需$△ ABE$、$△ ACF$面积最大:
△ABE中AB为定值,E为弧AB中点时到AB的距离最大为$r$,此时$S_{△ ABE}$最大值为$\frac{1}{2}×2r× r=r^2$;
△ACF中AC为定值,对应最大面积为$\frac{\sqrt{2}-1}{2}r^2$,
因此五边形AEBCF的最大面积为$r^2+r^2+\frac{\sqrt{2}-1}{2}r^2=\frac{3+\sqrt{2}}{2}r^2$。
【答案】
(1) $\boxed{③④}$
(2) ①$△ BOC$为等腰三角形;②$\boxed{2+\sqrt{3}}$
(3) $\boxed{\frac{3+\sqrt{2}}{2}r^2}$
【知识点】
圆内接四边形性质;相似三角形判定与性质;二次根式运算
【点评】
本题为几何综合题,涉及圆、相似三角形、面积最值等多个考点,解题时需结合几何性质转化已知条件,灵活运用特殊三角形的性质简化计算。
【难度系数】
0.35
(1) 依据圆内接四边形对角互补的性质,逐一判断各选项四边形的对角是否满足互补关系即可;
(2) ①先求出一次函数与坐标轴交点A、B的坐标,结合四点共圆的性质推导得到△AOD∽△COB,再将面积关系$\sqrt{S}=\sqrt{S_1}+\sqrt{S_2}$两边平方,通过等量代换推导边的关系,即可判断△BOC的形状;②结合①的结论,利用对角线互相垂直的四边形面积公式计算即可;
(3) 等腰直角△ABC的面积为固定值,要使五边形AEBCF面积最大,需△ABE、△ACF的面积取最大值,根据圆上点到定弦的距离最大时对应三角形面积最大的规律,分别计算最大值相加即可。
【解析】
(1) 圆内接四边形的对角互补:
①平行四边形仅对角相等,只有是矩形时对角才互补,不一定是圆内接四边形;
②菱形仅对角相等,只有是正方形时对角才互补,不一定是圆内接四边形;
③矩形四个内角均为90°,对角和为180°,一定是圆内接四边形;
④正方形四个内角均为90°,对角和为180°,一定是圆内接四边形;
故选③④。
(2) ①$△ BOC$为等腰三角形,理由如下:
对于一次函数$y=\frac{\sqrt{3}}{3}x+1$,令$y=0$,解得$x=-\sqrt{3}$,即$A(-\sqrt{3},0)$,$OA=\sqrt{3}$;令$x=0$,解得$y=1$,即$B(0,1)$,$OB=1$。
∵A、B、C、D四点共圆,
∴$∠ OAD=∠ OCB$,又$∠ AOD=∠ COB=90°$,
∴$△ AOD ∽ △ COB$,相似比为$\frac{OA}{OB}=\sqrt{3}$。
将$\sqrt{S}=\sqrt{S_1}+\sqrt{S_2}$两边平方得$S=S_1+S_2+2\sqrt{S_1S_2}$,
又四边形ABCD的面积可表示为四个小直角三角形面积之和,即$S=S_1+S_2+S_{△ AOB}+S_{△ COD}$,
因此$S_{△ AOB}+S_{△ COD}=2\sqrt{S_1S_2}$。
由$△ AOD ∽ △ COB$得$\frac{OD}{OC}=\sqrt{3}$,设$OC=m$,则$OD=\sqrt{3}m$,代入上式得:
$\frac{1}{2}×\sqrt{3}×1 + \frac{1}{2}× m×\sqrt{3}m = 2\sqrt{(\frac{1}{2}×\sqrt{3}×\sqrt{3}m)(\frac{1}{2}× m×1)}$
化简得$m^2-2m+1=0$,解得$m=1$,即$OC=1=OB$,又$∠ BOC=90°$,故$△ BOC$为等腰三角形。
②由①得$OC=1$,$OD=\sqrt{3}$,则$AC=\sqrt{3}+1$,$BD=1+\sqrt{3}$,
对角线互相垂直的四边形面积$S=\frac{1}{2}× AC× BD=\frac{1}{2}×(\sqrt{3}+1)^2=2+\sqrt{3}$。
(3) 等腰直角$△ ABC$外接圆半径为$r$,故斜边$AB=2r$,$AC=BC=\sqrt{2}r$,$S_{△ ABC}=\frac{1}{2}×\sqrt{2}r×\sqrt{2}r=r^2$。
E、F均在$\odot O$上,要使五边形面积最大,需$△ ABE$、$△ ACF$面积最大:
△ABE中AB为定值,E为弧AB中点时到AB的距离最大为$r$,此时$S_{△ ABE}$最大值为$\frac{1}{2}×2r× r=r^2$;
△ACF中AC为定值,对应最大面积为$\frac{\sqrt{2}-1}{2}r^2$,
因此五边形AEBCF的最大面积为$r^2+r^2+\frac{\sqrt{2}-1}{2}r^2=\frac{3+\sqrt{2}}{2}r^2$。
【答案】
(1) $\boxed{③④}$
(2) ①$△ BOC$为等腰三角形;②$\boxed{2+\sqrt{3}}$
(3) $\boxed{\frac{3+\sqrt{2}}{2}r^2}$
【知识点】
圆内接四边形性质;相似三角形判定与性质;二次根式运算
【点评】
本题为几何综合题,涉及圆、相似三角形、面积最值等多个考点,解题时需结合几何性质转化已知条件,灵活运用特殊三角形的性质简化计算。
【难度系数】
0.35