Question

如图，已知点A（0，1），C（4，3），E（，），P是以AC为对角线的矩形ABCD内部（不在各边上）的一动点，点D在y轴上，抛物线y=ax²+bx+1以P为顶点．
（1）说明点A，C，E在一条直线上；
（2）能否判断抛物线y=ax²+bx+1的开口方向？请说明理由；
（3）设抛物线y=ax²+bx+1与x轴有交点F、G（F在G的左侧），△GAO与△FAO的面积差为3，且这条抛物线与线段AE有两个不同的交点，这时能确定a、b的值吗？若能，请求出a，b的值；若不能，请确定a、b的取值范围．

Answer

（1）说明点A、C、E在一条直线上，只要求出过A、C的直线的解析式，然后判断E是否满足函数的解析式就可以；
（2）由于动点P在矩形ABCD的内部，因而点P的纵坐标大于点A的纵坐标，而点A与点P都在抛物线上，且P为顶点，则抛物线有最高点，抛物线的开口向下；
（3）已知△GAO与△FAO的面积差为3，而这两个三角形的高相同是OA的长，等于1，因而就可以得到OG与OF的长度的一个关系式．抛物线y=ax2-6ax+1的顶点可以用a表示出来，顶点P在矩形ABCD的内部，即可以求出a的取值范围．
【解析】
（1）由题意，A（0，1）、C（4，3）两点确定的直线解析式为：y=x+1（1分）
将点E的坐标（，），代入y=x+1中，左边=，右边=×+1=．
∵左边=右边
∴点E在直线y=x+1上，
即点A、C、E在一条直线上；（2分）

（2）解法一：由于动点P在矩形ABCD的内部，
∴点P的纵坐标大于点A的纵坐标，而点A与点P都在抛物线上，且P为顶点，
∴这条抛物线有最高点，抛物线的开口向下．（3分）
解法二：
∵抛物线y=ax2+bx+1的顶点P的纵坐标为，且P在矩形ABCD的内部，
∴1＜＜3，由1＜1-得-＞0．
∴a＜0．
∴抛物线开口向下；（3分）

（3）连接GA、FA．
∵S△GAO-S△FAO=3
∴GO•AO-FO•AO=3．
∵OA=1，
∴GO-FO=6．
设F（x1，0），G（x2，0），
则x1、x2是方程ax2+bx+1=0的两个根，且x1＜x2，
又∵a＜0
∴x1•x2=＜0，
∴x1＜0＜x2
∴GO=x2、FO=-x1
∴x2-（-x1）=6，即x2+x1=6
∵x2+x1=∴=6
∴b=-6a（5分）
∴抛物线的解析式为：y=ax2-6ax+1，其顶点P的坐标为（3，1-9a）
∵顶点P在矩形ABCD的内部，
∴1＜1-9a＜3，
∴-＜a＜0①（6分）
由方程组，
得：ax2-（6a+）x=0
∴x=0或x==6+
当x=0时，即抛物线与线段AE交于点A，而这条抛物线与线段AE有两个不同的交点，
则有：0＜6+≤，
解得：-a＜-②（8分）
综合①②，得-＜a＜-（9分）
∵b=-6a，
∴＜b＜．（10分）