一、题目
在平面直角坐标系中,点 O 为坐标原点,抛物线 y = x² + bx 经过点 (3, 3)。点 A、B 是该抛物线上的两点,横坐标分别为 m、m+1。已知点 M(1, 1),作点 A 关于点 M 的对称点 C,作点 B 关于点 M 的对称点 D,构造四边形 ABCD。
(1) 求该抛物线所对应的函数表达式;
(2) 当 A、B 两点关于该抛物线的对称轴对称时,求点 C 的坐标;
(3) 该抛物线在 A、B 两点之间的部分(含 A、B 两点)为图象 G。当 0 < m < 1 时,若图象 G 的最高点与最低点的纵坐标之差为 ½,求 m 的值;
(4) 连结 OA、OB,当 ∠AOB = ∠OAD + ∠OBC 时,直接写出 m 的取值范围(这里 ∠AOB、∠OAD、∠OBC 均是大于 0° 且小于 180° 的角)。
二、第 (1) 问:求函数表达式
把 (3, 3) 代入 y = x² + bx:
9 + 3b = 3 ⇒ b = −2
∴ 抛物线的表达式为 y = x² − 2x。其对称轴为直线 x = 1,顶点 (1, −1)——这两个结论后面全程要用。
三、第 (2) 问:求点 C 的坐标
关键:A、B 的横坐标相差 1,若它们关于对称轴 x = 1 对称,则中点横坐标为 1:
(m + m + 1) / 2 = 1 ⇒ m = ½
此时 A(½, −¾)、B(3⁄2, −¾)(纵坐标相等,验证成立)。
点 C 与 A 关于 M(1, 1) 对称,M 是 AC 中点,由中点坐标公式 C = 2M − A:
x_C = 2 − ½ = 3⁄2, y_C = 2 − (−¾) = 11⁄4
∴ C(3⁄2, 11⁄4)。
四、第 (3) 问:G 的高低点之差为 ½
先定最低点:0 < m < 1 时,区间 [m, m+1] 必然包含顶点横坐标 1(m < 1 < m+1),所以 G 的最低点恒为顶点 (1, −1),最低纵坐标 −1。
再比端点:y(m) = m² − 2m,y(m+1) = m² − 1,两者相差 2m − 1:
① 当 ½ < m < 1:最高点为 B 端 (m+1, m²−1),差 = (m²−1) − (−1) = m²。令 m² = ½ 得 m = √2⁄2(≈0.71,满足 m > ½ ✓)。
② 当 0 < m < ½:最高点为 A 端 (m, m²−2m),差 = (m²−2m) − (−1) = (m−1)²。令 (m−1)² = ½ 得 m = 1 ± √2⁄2,结合 0 < m < ½ 舍去 1 + √2⁄2,得 m = 1 − √2⁄2(≈0.29 ✓)。
∴ m = √2⁄2 或 m = 1 − √2⁄2。

五、第 (4) 问:临界位置两步夹出范围
第一步:看清四边形的身份。
∵ C、D 分别与 A、B 关于 M 对称,∴ M 是 AC、BD 的中点,对角线互相平分,四边形 ABCD 恒为平行四边形,且 AD ∥ BC、AD = BC(方向相同)。
这里有个漂亮的副产品:C、D 的轨迹恰好是原抛物线关于 M(1,1) 对称的新抛物线 y = −x² + 2x + 2——四个动点沿着两条"开口相反"的抛物线追逐。
第二步:把两个角"搬"到点 O。
过 O 作射线 OH ∥ DA(与 DA 同向)。利用平行线内错角关系(平移不改变角的大小):
∠AOH = ∠OAD, ∠BOH = ∠OBC
于是条件 ∠AOB = ∠OAD + ∠OBC 就等价于一句话:射线 OH 落在 ∠AOB 的内部。两条临界边一夹,范围就出来了:
临界① OH 与 OA 重合 ⟺ AD ∥ AO:
由 (1−2m)(2m−m²) = (−m)(3−2m²+2m) 化简得 m(3m−5) = 0,m = 0 时 A 与 O 重合(舍),∴ m = 5⁄3。
临界② OH 与 OB 重合 ⟺ AD ∥ BO:
同理化简得 (m+1)(m−4) = 0,m = −1 时 B 与 O 重合(舍),∴ m = 4。
在两临界之间,OH 恰好从 OA 边扫到 OB 边、始终停在 ∠AOB 内部,此时三个角都满足"大于 0° 且小于 180°"。
∴ m 的取值范围是 5⁄3 < m < 4。

动态演示:亲手拖一拖
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